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SX130芯片的LoRa网关吞吐量是SX127芯片的多少倍?

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发表于 2023-6-16 16:45:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
1.吞吐量,LoRa网关的重要性能
0 h- T4 n- m7 V8 ?  J+ j从广义上讲,网关是连接2个不同网络的设备。如果一个设备,它能将LoRa无线网络和Internet连接起来,它就是一个LoRa网关。# O0 w% L9 w! y' U
+ }! f* u) i( ?" w+ }2 @1 D
目前,大部分的LoRa网关采用SX1301基带芯片,也有部分使用SX1276/8单信道芯片。那么,SX1301芯片的数据吞吐量是SX1276/8芯片的多少倍呢?我们一起来探讨。
5 B' v- }9 B5 h' c6 y
- ]9 a# L3 _7 d& e) J; L2.误解1:SX1301=48个SX1276/8+ |+ U- h9 F& V2 K: V5 Z9 ^
有些行业朋友认为,SX1301有8通道,每个通道可以接收6个正交(速率不同,互不干扰)LoRa信号,那么,SX1301 = 8 x 6 = 48个SX1276/8。然而,这是不正确的!下文摘自《SX1301 Datasheet》Page-18IF0 to IF7 channels它明确地说明:SX1301能同时解调的LoRa数据包不超过8个。
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1/ G4 y2 i) r" p6 l( {$ i
& \7 ?8 m& w" q# N! J3 G
如果您只需要知道结果,看完上面的数字----8,就OK了,请移步。
8 s( J; W2 }9 [9 x9 ]! J0 q+ ^" ~1 n+ u
如果您和我们一样,喜欢探寻更深层次的原因,请接着看下面的解释。看到下面SX1301的框架图,很快会得到2个启发:
" I& }# h, }' T# }, h) B9 h3 V0 i' t  v4 E
1)它只有8路LoRa解调器,这才是真正的瓶颈!那怕一个通道(IF0~IF7)接收了6个正交数据包,解调器也只负责处理其中一个。% }% Z  \  e9 S  C& `2 J' L

6 C5 Q: K' a9 J5 ~2)当一个通道接收LoRa信号后,会启动3个工作进程:数据包仲裁MCU,分配解调器给“合适”的LoRa通道;前导码搜索引擎,查找一个LoRa数据包的起始信号;LoRa解调器,解析该LoRa数据包。
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7 m/ \! W. m2 T) H* Z; x
7 Q: S& ]: |  m/ ]7 f( r刚才谈到:数据包仲裁MCU,分配解调器给“合适”的LoRa通道。那么,什么才是合适呢?这个优先级包括:接收数据包的速率,信道(IF0~IF7),射频通道(即,2个SX1255/7,分别对应Radio A和B),接收数据包的信号强度。4 Y, L7 c5 U# L6 y  H4 s& c. R5 r
) ]! |  K/ T* T; e* t  L
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! z+ R# B8 \: V- `) q  ^
7 O. e3 o" T+ h& w数据包仲裁MCU的优先级,是由Semtech的固件决定的,用户无法更改。这也是芯片厂商的天生优势----制定游戏规则,限定玩家的范围。: T1 M( j, ^8 w. {; R

4 j) B8 H! K1 T! ]2 X* B4" D' c7 ^5 H/ ]0 C

$ F9 n, }  Z3 b: H* r  u3.误解2:SX1301=8个SX1276/8, p" p, `# p- O( }+ v
那么,SX1301芯片是否等于8个SX1276/8呢?也不正确!因为,这忽略了SX1301芯片的ADR技术。
, C: p7 ?2 p: a1 n8 [# C5 U: _$ U! ~" @2 m6 Z  y+ e4 D& X+ y
ADR(Adaptive Data Rate,速率自适应),如下图所示,依赖Node和SX1301-Gateway的距离:越近,Node将采用高速率;越远,Node将采用低速率。这可以有效地提高网络吞吐量。
! y7 {; f; W3 Y4 y* p) ?' x' O2 m) N& r$ N& ^* u" c7 p. s- K
5# c' j7 T% f, e# @, P
1 ^) ?% E8 y" e2 d$ K
4.更真实的评估$ F- N  |6 X  N* K
SX1301芯片的ADR技术能提高吞吐量,要准确计算性能的提升却比较难,因为,它依赖实际网络中节点的物理位置分布。9 ~8 i& c; R; j- [; a+ M/ w

. U6 Z7 G) _' r- w1 k因为LoRa的长距离优势,往往基于低速率,即下表的SF12=293bps;可以看出,SF10(中速率)约为低速率的3倍,SF7(高速率)约为低速率的18倍。
, e" e1 c  v' y) _. G) Z( v. k! ~8 t# w5 u7 k, o! _( l
6+ g0 _" y+ n0 l. E8 x' z  f6 M
. T; i# U7 K. o1 N% b( w" J- h" r
为此,我们提出数学统计模型。设网络节点的位置呈正态分布(这是最符合工程实施的概率分布)。如下图所示:68.2%属于常态,即ADR用不上;27.2%,ADR能提高约3倍吞吐量;4.6%,ADR能提高18倍吞吐量。/ s6 e& I8 n- X, I

: w# ~/ |6 r! M, B5 R* O这样一来,ADR提高吞吐量为:68.2%x 1 + 27.2% x 3 + 4.6% x 18 = 232.6%. ~2 s: ?$ E! l; B0 {
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7& p& g( o# c0 t5 @8 o# G4 m

+ `: q2 ?. n$ u# o7 ^2 w2 a小结:运用ADR的SX1301吞吐量相当于(8 x 232.6%) = 18.6 个SX1276/8
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