高性能、低成本的LoRa Core™ LLCC68芯片如何帮助传统小无线连接市场

2021年2月1日(Semtech)

在过去几年中，随着物联网应用和市场的快速发展，各种物联网技术也不断涌现并加速发展，对低成本、高性能的物联网链接技术的需求不断提高，而传统的小无线技术在最近10多年中技术停滞，逐渐无法满足市场的需求。

针对这一需求，Semtech公司开发了高性能、低成本、更稳定的LoRa Core™ LLCC68芯片，来帮助传统小无线链接市场的发展。

选择LoRa Core™ LLCC68的三大理由：

· LLCC68同时支持LoRa模式和FSK模式

· 与传统的小无线产品相比，LLCC68的FSK模式的灵敏度更高

· LLCC68的LoRa®模式支持更完善的性能和解决方案

LoRa Core™ LLCC68能够满足市场多种无线传输需求，其目标应用市场包括：

· 现有FSK小无线市场

· 基于LoRa的智能家居应用

· 需要抗干扰、远距离且实时性的工业控制场景

· 原有LoRa不需要超远距离的场景

稳定的供应链是一种竞争优势

物联网行业对FSK和LoRa®无线通信并不陌生，它们都是应用最广的物联网技术。LoRa一词取自英文Long Range两个单词的首字母Lo和Ra，代表“远距离”的意思。LoRa原本也是基于FSK通信的原理，但它是一种创新的线性调频扩频的物理层调制技术(Chirp Spread Spectrum，CSS)，最早由法国几位年轻人创立的一家创业公司Cycleo推出。

2012年，全球领先的半导体产品及解决方案供应商Semtech收购了这家法国公司，将这一种调制技术与其深厚的射频和混合信号芯片技术相结合，推出了具有低功耗、长距离和高灵活性的系列芯片并取名“LoRa”。近几年，Semtech公司基于LoRa技术不断进行芯片、软件和云/智能化优化，开发出一整套LoRa通信芯片解决方案，包括用于网关和终端上不同款的LoRa芯片，开启了LoRa芯片在全球广受欢迎的产品化之路。

Semtech作为一家全球性的公司，其分布在世界各地的资源体系将保障LoRa等芯片的供应。Semtech LoRa芯片的产品研发和知识产权在欧洲，从而能够保证顺畅而全面的创新技术合作。在中国销售的LoRa芯片都是在瑞士研发和供应，其在中国市场的销售不受国际技术贸易环境的影响。同时，Semtech已经在欧洲和中国授权了两家芯片合作伙伴生产LoRa芯片产品，这使得LoRa芯片供应实现了多元化，在中国运营的LoRa网络可得到极为可靠和稳定的芯片保证。

Semtech在LoRa芯片设计时充分考虑了外围电路的设计、采购便利性以及成本，在开发LoRa Core™ LLCC68芯片时，基于这些考虑因素，提供了全新的参考设计。该开发套件基于全部国产的、性能和供应稳定的外围元器件，由于不需要温补晶振和PA等器件，其整体成本很低。可以帮助客户和合作伙伴在传统中低速率FSK技术应用中降低供应链风险，并以高性价比的解决方案去面对竞争。

创新的技术是核心竞争优势

作为一种创建长距离通信连接的物理层无线调制技术，LoRa已成为在全球广受欢迎的创新物联网技术，它主要在全球免费频段运行(即非授权频段)，包括433、470、868、915MHz等。从组网模式来看，LoRa常采用星状网络，即网关星状连接终端节点，但终端节点并不绑定唯一网关，因而终端节点的上行数据可发送给多个网关。理论上来说，用户可以通过Mesh、点对点或者星形的网络协议和架构来实现灵活的LoRa组网。

LoRa技术不需要建设基站，一台网关便可控制较多设备，并且布网方式较为灵活，可大幅度降低建设成本。LoRa将其自组，安全，可控等诸多特性与物联网碎片化、低成本、大连接的需求相结合，因此被广泛部署在智慧社区、智能家居和楼宇、智能表计、智慧农业、智能物流等多个垂直行业。

基于其数十年来已经在军事和空间通信中验证过的宽带线性调频(Chirp Modulation)技术，相较于传统的FSK技术以及其他稳定性和安全性不足的短距离射频技术，LoRa在保持低功耗的同时极大地增加了通信范围，具有传输距离远、抗干扰性强等特点。

以Semtech最新推出的LoRa Core™ LLCC68器件为例，LoRa技术具有以下网络特征：

1. 更长的通信距离：与传统FSK技术相比，LoRa的灵敏度更接近香农定理的理论极限值，而且打破了传统FSK窄带系统的实施极限。

2. 更强的抗干扰能力：LoRa采用了扩频技术,可以在噪声之下最高 20dB 还能正常接收(LLCC68支持17.5dB之下)， 而FSK理论上需要在噪声之上8dB才能保证要求的PER;LoRa能够容忍更强的突发性的随机干扰， 如果突发长度< ½ LoRa的符号长度，其灵敏度恶化将<3dB，干扰占空比 <50%。

3. 全程低功耗：LLCC68器件的休眠电流小于1uA，工作时的发送电流为45mA@17dBm，接收电流仅为5mA。由于采用了Semtech创新的LoRa® CAD技术，整个唤醒过程仅需要约2个symbol时间，其中约1个symbol接收 (接收电流)，以及1个symbol的时间计算，这时的电流为接收模式的50%左右。但在相同的速率下，FSK一般需要3bytes或以上的前导用于接收同步，接收窗口需要打开5ms以上;在相同速率下，执行周期侦听(WOR)时，LoRa的电池续航时间是FSK的 3到4 倍。

4. 更大的网络容量：LoRa在同频段通讯类似码分复用，同频段不同扩频因子不会互相干扰，这得益于LoRa在节点的发包频次、数据包的长度、信号质量及节点的速率、可用信道数量、基站/网关的密度、信令开销和重传次数等网络容量决定因素上的全面创新和优化。正是基于这些特性，LoRa可以实现按需部署。

LoRa不需要温补晶振

当前，全球各地都在推进疫情的进一步防控与经济社会发展相互协同，物联网、5G、智能化等技术将在其中扮演更重要的角色，中国政府正在不断推进的“新基建”也在转化成为新的发展动力。目前温补晶振的缺货给无论是移动通信模块，还是传统的FSK小无线通信都带来了困扰。

LoRa技术的原理使其对频偏不敏感，如采用LoRa的BW125_SF9设置，即使采用 +/-30ppm 的晶振也可以实现-129dBm@1.8kbps的灵敏度，不需要温补晶振。但是，反观其他移动通信模块和FSK，它们都采用了对频率非常敏感的调制方式。

以FSK技术为例：其通信原理要求频率偏移必须在 Fdev/4以内，才能保障灵敏度的理论值下降幅度在2dB以内，也就是即使使用 +/-2ppm的温补晶振，也无法实现-123dBm@1.2kbps 灵敏度，因为400Hz的Fdev只能是在实验室里严苛条件下才可能实现。

因此，使用普通晶体的LoRa Core™ LLCC68器件来开发相关应用，不仅可以大幅度降低供应链风险，而且还将因为不需采用温补晶振而降低成本。