深度研究 | LoRa芯片模组

梅达尔多

首先说下LoRa和LoRaWAN的关系。这两者是啥关系?

　　LoRa：Semtech公司定义的一种物理层调制方式，是基于Unlicense频谱的广域网通信技术。

　　LoRaWAN：基于LoRa物理层协议而设计的MAC层协议。LoRaWAN的规范由Semtech，IBM和Actility公司所定义。LoRa联盟也是基于LoRaWAN规范而建立起来的联盟。

　　注：Semtech是位于美国的一家半导体公司，15年销售5.9亿美金，对比高通/Intel几百亿美金的销售额，Semtech不算个很大的公司。LoRa技术是Semtech公司在2012年从法国Cycleo SAS收购，当时只花费了5百万美金。另外，值得注意的是，Semtech的股票从15年Q4至今翻了一番，可能市场也非常认可过去半年LoRa在全球市场的表现吧。

　　Semtech：提供LoRa的射频芯片

　　Semtech拥有LoRa技术的专利，目前只有Semtech提供LoRa的射频芯片。

　　有消息指出Semtech也将LoRa技术授权给ST(意法半导体)，但是没有看到ST生产非常从任何LoRa的射频芯片，可能因为ST本身就不是主要做射频芯片的公司，另外一种可能就是授权的内容只是合作并不包括生产射频芯片。

　　Semtech目前的LoRa射频芯片包括六款SX1272/SX1273/SX1276/SX1277/SX1278/SX1279，各个芯片的主要差异在于三个地方：频段的支持(宽频段、低频段还是高频段)，芯片接收灵敏度，扩频因子的能力(这个应该也影响到接收灵敏度)。当然各个芯片的价格也因为这些能力的不同而不同。按照Semtech芯片的分销商Future Electronics的报价，从最低的2.96美金到4.1美金之间(3000片的报价)。这里面最流行的芯片应该是SX1276，这款芯片支持137MHz~1020MHz(涵盖了美国的920，欧洲的868，亚洲的433等主要unlicense频段)，另外这块芯片的接收灵敏度在125kHz带宽下达到-136dBm。

　　LoRaWAN的实现

　　如之前提到的，LoRa要能工作还需要实现LoRaWAN定义的MAC层协议。这里的实现可能分成几种模式：

　　基于芯片级的开发：首先一些公司提供LoRa射频模组，这种模组简单的对Semtech的芯片进行了封装，定义了管脚接口，这些模组价格较便宜，在国内阿里巴巴网站可卖到3.5~4美金(1000片报价)。任何终端可以集成这样的模组(当然终端也可以自行集成裸芯片)，另外终端还会自行集成一个MCU，该MCU里会集成LoRaWAN的实现。是否要在MCU里也集成上层APP协议的实现取决于终端。

　　基于LoRa模组的开发：和上面不同的是，大多数集成工作由模组公司完成，即模组公司集成裸芯片和MCU(内有LoRaWAN和APP协议)，然后终端集成这个模组，这样对于做终端的公司来说简单了很多，当然这也是有代价的，这样的模组当然有利润存在。这种模组在Internet上最低卖到8.3美金(1000片)。

　　还有一种模式是介于两者之间的，即LoRa的模组不集成APP协议，APP协议栈由终端自身的MCU来集成。

　　简单的从做终端的视角看上面三种模式，差别就是第一种完全自己做集成，第二种一些模组公司将射频、MCU等集成好，终端做更简单的集成。第三种是介于两者之间，终端公司要负责APP协议的集成。目前市面上的集成方式以第一种和第三种为主。

　　APP协议栈：可以看出LoRa只负责PHY和MAC层的协议定义，考虑模组开发的第一种和第三种方式下，上层协议的集成都是终端公司来完成的，芯片和模组本身不会考虑为可能存在的上层行业应用协议预留flash空间。所以给终端开发公司带来的硬件和软件投入的成本都会更多。当然各个行业有各个行业自身的要求，可能本身也不希望协议集成在芯片或模组中，但毕竟这种能力的缺失使得终端缺失了一种可能性。