LoRa-SX1276/77/78芯片datasheet

LoRaTM调制解调器采用专利扩频调制技术。与传统调制技术相比，LoRaTM可以增加链路预算并增强对带内干扰的抗干扰能力。同时，放松了对晶体基准振荡器的频率容限要求，从而能够在降低系统成本的基础上提高性能。有关 SX1276/77/78 设计取舍和运行的更多信息，请参阅本数据手册 4.1 节。

1.基于LoRaTM调制解调器的链路设计
（1）扩频因子
LoRaTM扩频调制技术采用多个信息码片来代表有效负载信息的每个位。扩频信息的发送速度称为符号速率（Rs），而码片速率与标称符号速率之间的比值即为扩频因子，其表示每个信息位发送的符号数量。
因为不同扩频因子（SpreadingFactor）之间为正交关系，因此必须提前获知链路发送端和接收端的扩频因子。另外，还必须获知接收机输入端的信噪比。在负信噪比条件下信号也能正常接收，这改善了LoRa接收机的灵敏度、链路预算及覆盖范围。

（2）编码率
为进一步提高链路的鲁棒性，LoRaTM调制解调器采用循环纠错编码进行前向错误检测与纠错。使用这样的纠错编码之后，会产生传输开销。
在存在干扰的情况下，前向纠错能有效提高链路的可靠性。由此，编码率（及抗干扰性能）可以随着信道条件的变化而变化——可以选择在报头中加入编码率以便接收端能够解析。
（3）信号带宽
增加信号带宽，可以提高有效数据速率以缩短传输时间，但这是以牺牲部分一接收灵敏度为代价。当然，多数国家对允许占用带宽都设有一定的约束。FSK调制解调器描述的带宽是指单边带带宽，而LoRaTM调制解调器中描述的带宽则是指双边带带宽（或全信道带宽）。 LoRaTM调制解调器规格表（见2.5.5节）中列出了在多数规范约束的带宽范围。

2.LoRa数据包格式
（1）数据包格式

LoRaTM调制解调器采用隐式和显式两种数据包格式。其中，显式数据包的报头较短，主要包含字节数、编码率及是否在数据包中使用循环冗余校验（CRC）等信息。数据包格式见下图。
LoRaTM数据包包含以下三个组成部分：
 前导码
 可选报头
 数据有效负载

前导码
前导码用于保持接收机与输入的数据流同步。默认情况下，数据包含有12个符号长度的前导码。前导长度是一个可以通过编程来设置的变量，所以前导码的长度可以扩展。例如，在接收密集型应用中，为了缩短接收机占空比，可缩短前导码的长度。然而，前导码的最小允许长度就可以满足所有通讯需求。对于希望前导码是固定开销的情况，可以将前导码寄存器长度设置在6到65536之间来改变发送前导码长度，实际发送前导码的长度范围为6+4至 65535+4个符号。这样几乎就可以发送任意长的前导码序列。
接收机会定期执行前导码检测。因此，接收机的前导码长度应与发射机一致。如果前导码长度为未知或可能会发生变化，应将接收机的前导码长度设置为最大值。
报头
根据所选择的操作模式，可以选用两种报头。在RegModemConfig1寄存器上，通过设定 ImplicitHeaderModeOn位选择报头类型。
显式报头模式

显式报头模式是默认的操作模式。在这种模式下，报头包含有效负载的相关信息，包括：  以字节数表示的有效负载长度；  前向纠错码率；  是否打开可选的16位负载CRC。
报头按照最大纠错码（4/8）发送。另外，报头还包含自己的CRC，使接收机可以丢弃无效的报头。
隐式报头模式

在特定情况下，如果有效负载长度、编码率及CRC为固定或已知，则比较有效的做法是通过调用隐式报头模式来缩短发送时间。这种情况下，需要手动设置无线链路两端的有效负载长度、错误编码率及CRC。
注意：如果将扩频因子 SF 设定为 6 ，则只能使用隐式报头模式。

低数据速率优化
SX1276/77/78
无线&传感数据手册
修订版 1，2013 年 9 月 © 2013 Semtech Corporation 第 31 页 www.semtech.com
由于扩频因子较高时数据包的发送时间可能较长，因此可以选择在数据包发送和接收期间提高传输对频率变化的鲁棒性。有效数据速率较低时，可通过LowDataRateOptimize位提高 LoRa链路的鲁棒性。当单个符号传输时间超过16毫秒时，必须使用LowDataRateOptimize 位。注意：发射机和接收机的LowDataRateOptimize位设置必须一致。
有效负载
数据包有效负载是一个长度不固定的字段，而实际长度和纠错编码率CR则由显式模式下的报头指定或者由隐式模式下在寄存器的设置来决定。另外，还可以选择在有效负载中包含 CRC码。有关有效负载的更多信息及如何从FIFO数据缓存提取有效负载，请参见4.1.2.3节

（2）传输时间
如果已知扩频因子（SF）、编码率（CR）及信号带宽（BW），可以使用以下公式计算出单个LoRaTM数据包的总传输时间。根据符号速率定义，可以很容易地得出符号速率。

LoRa数据包时间等于前导码时间和数据包传输时间之和。前导码的长度可通过以下公式计算：

其中，npreamble表示已设定的前导码长度，其值来自寄存器上的RegPreambleMsb和 RegPreambleLsb位。有效负载时间取决于所使用的报头模式。可以通过以下公式计算有效负载的符号数。

公式中各符号的具体含义如下： 
PL表示有效负载的字节数； 
SF表示扩频因子； 
使用报头时，H=0；
没有报头时，H=1。 
当LowDataRateOptimize位设置为1时，DE=1；否则DE=0 
CR表示编码率，取值范围为1-4
有效负载时间等于符号周期乘以有效负载符号数

传输时间或数据包时间等于前导码时间加上有效负载时间。计算公式如下：

（3）LoRa跳频
当单个数据包时间可能超过相关法规允许的最大信道停留时间，一般采用跳频扩频技术（FHSS）。这种情况在美国最为常见，美国主要采用902-928MHz ISM频段，便于应用跳频技术。为了促进FHSS系统的实施，可以将寄存器RegHopPeriod的FreqHoppingPeriod 位设置为非零值，从而开启LoRaTM调制解调器的跳频模式。

顶级定序器：监听模式示例
在此场景下，电路大部分时间处于空闲模式，即仅开启 RC 振荡器。接收机会定期唤醒并寻找输入信号。如果检测到有用信号，接收机将保持开启状态并对数据进行分析。相反，如果接收机在一定时间内没有检测到有用信号，则会关闭，直至到下一个接收期唤醒。
监听模式下，无线电大部分时间处于低功率模式，因而平均功耗值极低。图 44 为此场景下的时序总图。

根据应用和环境，可以采取如下几种方式实现听取模式：  PreambleDetect 中断唤醒  SyncAddress 中断唤醒  PayloadReady 中断唤醒
(1)前导码中断唤醒
在一种可能的场景下，定序器会轮询前导码检测。如果检测到前导码信号，则定序器关闭，在用户切换模式前，电路会一直保持接收模式。否则，接收机会在下一个 Rx 周期到来前一直处于关闭状态。

时序图
如下图所示，如果未接收到信号，则电路每“定时器 1+定时器 2”的时间会唤醒一次，并切换至接收模式，接收模式时长由定时器 2 来确定。如果未检测到前导码信号，则电路切换回空闲模式，即仅运行 RC 振荡器的睡眠模式。

如果检测到前导码信号，则定序器关闭。PreambleDetect 信号可以映射到 DIO4，从而提醒用户关注。接下来，用户便可采取适当的行动。

T 定时器 2 定义了在未检测到前导码信号情况下芯片维持接收模式的最大持续时间。为最大限度降低功耗，定时器 2 的数值设置必须能够刚好满足前导码检测的需要。
T 定时器1+T 定时器2用于定义循环周期，即两轮前导码轮询启动的间隔。为最大限度降低平均功耗值，定时器 1 的时间应相对较长。但提高定时器 1 的数值同时也会延长数据包接收持续时间。
为确保数据包检测顺利并最大限度降低接收机功耗，接收到的数据包前导码长度应为 T 定时器 1+2xT 定时器2。
(2) SyncAddress 中断唤醒
(3)PayloadReady 中断唤醒

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