低功耗广域网(LPWAN, Low Power Wide Area Network)中的无线射频芯片

概述
低功耗广域(LPWA)技术有蜂窝和非蜂窝两大技术路线。工作在免许可频段的LPWA技术,企业可以自主组网,可以做网络运营商,这激活了企业的创新能力,也带动了创新应用的发展。本文汇总整理了目前免授权频段的LPWA技术使用到的一些无线射频芯片,简要图示如下:






LoRa
Semtech  SX1278,137 MHz ~ 525MHz低功耗长距离收发器
Semtech 公司的SX1276/77/78/79系列收发器具有LoRa长距离调制解调器,可提供超长距离扩频通信和高抗干扰能力,同时最大限度地减少电流消耗。使用Semtech的专利LoRa调制技术,SX1276/77/78/79使用低成本的晶体和物料清单实现了-148dBm的灵敏度。 高灵敏度与集成的+20 dBm功率放大器结合,产生了业界领先的链路预算。

主要特性:
  • 最大链路预算可达168dB
  • +20dBm–100mW 电压变化时恒定的射频功率输出
  • +14dBm 的高效率功率放大器
  • 可编程比特率高达300kbps
  • 高灵敏度:低至-148dBm
  • 高可靠性的前端:IIP3=-11dBm
  • 9.9mA 低接收电流,200nA 寄存器保持电流
  • 调制方式FSK、GFSK、MSK、GMSK、LoRaTM及OOK
Sigfox
STMicroelectronics
S2-LP,超低功耗高性能的sub-1GHz收发器
S2-LP是一颗高性能超低功耗的RF收发器,用于sub-1GH频段的RF无线应用。它既可以工作在免授权的ISM和SRD频段(433,868和920 MHz),也可以编程工作在其他更多频段(430-470MHz,860-940MHz)。S2-LP支持不同的调制方式:2(G)FSK、4(G)FSK、OOK和ASK。空中数据速率是可编程的,从0.3至500 kbps。S2-LP可用于信道间隔为12.5/25 kHz的系统,从而可以实现窄带操作。S2-LP长通信距离的RF链路预算高于140dB,并满足全球范围内适用的监管要求,包括欧洲,日本,中国和美国。

主要特性:
  • 频段:430-470MHz,860-940MHz
  • 调制方式:2(G)FSK, 4(G)FSK,OOK, ASK
  • 空中速率从 0.3 to 500 kbps
  • 超低功耗:7 mA RX;10 mA TX@+10 dBm
  • 优秀的接受灵敏度:低至 -130 dBm
  • 可编程RF功率输出达+16 dBm
  • 大于140 dB RF链路预算
  • 支持SIGFOX™ 网络
  • 工作温度范围:-40 °C to +85 °C

M2COMM
M2C8001, Uplynx是基于M2C8001,M2COMM的无线SoC系列之一,专为超低功耗无线IoT应用而设计。 Uplynx将Sigfox协议栈与sub-GHz RF整合在一起。 M2C8001内置10位ADC,模拟比较器和GPIO可通过UART接口由AT命令来进行访问。 Uplynx是通过Sigfox网络启用无线数据上行链路的IoT应用程序中最具成本效益,最小,易于设计的SoC解决方案。

主要特性:
  • 频段:868(863〜870)MHz,870-875.6MHz,915(902-928)MHz ISM频段
  • 通过AT命令访问传感器/外设单元
  • AES-128
  • 内置温度传感器,电池检测,电压报警
  • 可编程传输功率:14〜22dBm(1dB步长)
  • 电流功耗:
  • - 58mA Tx,14dBm
  • - 130mA Tx,22dBm
  • - 3mA待机电流
  • -

NXP OL2385
低功耗多通道UHF射频无线平台
OL2385器件是一种射频收发器,内置嵌入式MCU,专为广泛的工业和家庭应用而设计,要求有非常高的双向无线电通信链路预算。
主要特性:
  • 频段:160 - 960 MHz
  • 超低RX功率低于11 mA
  • 29 mA时,输出功率最高可达+14 dBm
  • 灵敏度-126 dBm @ 4 kHz
  • 400 kbps 4(G)FSK,200 kbps 2(G)FSK,ASK,OOK
  • 工作温度范围:-40°C至+85°C

Microchip 
ATA8520 单芯片 SIGFOX RF 发射器

主要特性:
  • 完全集成的单芯片射频发射器(符合SIGFOX™)
  • 频段:868.0MHz至868.6MHz
  • 低电流消耗:电报传输时为32.7mA,TX输出功率为+ 14.5dBm
  • 典型的OFF模式电流:5nA(VS = + 3.6V时最大600nA,T = + 85℃)
  • 数据速率:100bit / s,采用DBPSK调制
  • 温度范围-40°C至+ 85°C

ATA8520E,单芯片 SIGFOX RF 收发器
ATA8520E是一颗射频收发器,可用于欧盟(ETSI)868MHz和US(FCC)902MHz SIGFOX网络中上行和下行链路的操作。它可以提供给SIGFOX专有网络空中接口的物联网(IoT)和其他M2M的通信设备使用。工业和消费者应用包括环境传感器,智能电表,病人监护仪,家庭自动化和楼宇安全系统。 ATA8520E整合了一个RF前端,数字基带和一个微控制器到一个芯片中。内部存储器中的固件支持芯片操作,包括处理SIGFOX协议。 SIGFOX ID,PAC代码和加密密钥存储和保护在芯片内。串行外设接口提供外部控制和配置。

主要特性:
  • 完全集成的单芯片RF收发器(符合SIGFOX™规范)
  • 该设备必须在第一次使用操作频率之前进行配置:
    • - 欧盟:上行868.0MHz至868.6MHz,下行869.4MHz至869.65MHz
    • - US:上行和下行902MHz至906MHz
  • 低功耗:
    • - 在传输过程中为32.7mA(EU)/ 16.7mA(US)
    • - 10.4mA(EU)/ 10.5mA(US))
  • 典型的OFF模式电流:5nA(VS = + 3.6V时最大600nA,T = + 85℃)
  • 数据速率:
    • - EU:100bit / s,上行链路DBPSK调制,下行链路用GFSK调制方式为600bit / s
    • - US:上行链路DBPSK调制600bit / s和下行链路GFSK调制600bit / s
  • 上电(通常为10ms(EU),30ms(US)从OFF模式到空闲模式)
  • 温度范围-40°C至+ 85°C


Silicon Laboratories
Si446x 主要特性:
  • 频率频段:119-1050 MHz
  • 接收灵敏度:-124至-133 dBm
  • 调制方式:(G)FSK,(G)MSK,2(G)FSK,4(G)FSK,OOK
  • 最大输出功率高达+20 dBm
  • PA支持+27 dBm或+30 dBm
  • 低功耗
  • 10/13 mA RX
  • 18mA TX + 10dBm(Si4460)
  • 30 nA关机,40 nA待机
  • 数据速率:0.1 kbps至1 Mbps

ON Semiconductor
AX5043: 超低功耗RF收发器, 27-1050 MHz

AX5043是用于27 MHz至1050 MHz频段的真正的单芯片,窄带,超低功耗ASK和FSK RF收发器。它提供了超低功耗的传输和接收操作与最高灵敏度和高选择性的独特组合。如果使用内置的前向纠错(FEC),则可以在1 kbps的情况下实现143 dB的链路预算,这可以扩展到146 dB,无需额外的外部组件。 AX5043在6.25 kHz通道中的功耗完全可达1 kbps。
AX5043支持。在传输模式下,所有调制都是成形的。对于BT = 0.3或BT = 0.5的FSK高斯滤波器,可以满足最严格的监管要求。功率斜坡可配置无限制。。

主要特性:
  • 频段:27 − 1050 MHz
  • 调制:FSK/MSK/4−FSK/GFSK/GMSK/ ASK/AFSK/FM/PSK
  • 数据速率:0.1 kbps to 125 kbps
  • 灵敏度(FEC):−137 dBm @ 0.1 kbps, 868 MHz, FSK
  • 输出功率:16 dBm @ 868 MHz 16 dBm @ 433 MHz 16 dBm @ 169 MHz
  • 低功耗: RX(868/433 MHz):9.5 mA ;TX(868 Mhz): 7.5 mA @ 0 dBm ,16 mA @ 10 dBm,48 mA @ 16 dBm

Texas Instruments
CC1120
CC1120是用于窄带系统的高性能射频收发器。CC1120 是一款全集成单芯片射频收发器,此器件设计用于在成本有效无线系统中实现极低功耗和低压运行的高性能。所有滤波器都已集成,因此无需昂贵的外部表面声波 (SAW) 和中频 (IF) 滤波器。
主要特性:
  • 频段(MHz):169/433/470/868/915/920
  • 调制:2-FSK,2-GFSK, 4-FSK, 4-GFSK, MSK, OOK
  • 接受电流(mA):17
  • 发射功率(dBM): 16
  • 灵敏度:(dBm): -129

CC1125
CC1125是超高性能窄带射频收发器。CC1125 是一款全集成单芯片射频收发器,此器件设计用于在成本有效无线系统中实现极低功耗和低压运行的高性能。 所有滤波器都已集成,因此无需昂贵的外部表面声波 (SAW) 和中频 (IF) 滤波器。
主要特性:
  • 频段(MHz):169/315/433/470/868/915/920
  • 调制解调:2-FSK, 2-GFSK, 4-FSK, 4-GFSK, MSK, OOK
  • 数据速率(kbps): 200
  • 接受电流(mA):17
  • 发射功率(dBM): 16
  • 灵敏度:(dBm): -129


RPMA
RPMA(Random Phase Multiple Access,随机相位多址接入)是Ingenu公司的专利技术。公司成立于2008年,由加利福尼亚州圣地亚哥的高通公司的前工程师组成,最初名为On-Ramp Wireless。Ingenu也还是IEEE 802.15.4k任务组(致力于低能量基础设施监控)的创始成员。RPMA具有比其他型号更好的上行和下行容量,声称具有更好的调度和干扰鲁棒性。 它工作在全球范围内的2.4 GHz频段(也同样用于WiFi和蓝牙)。并不像LoRa和Sigfox那样做不同的区域需要改变不同的工作频段。根据其内部研究,RPMA具有显着更高的链路预算(177 vs SigFox/149, LoRa/157),意味着更好的覆盖。

在终端部分采用了Maxim公司的无线射频收发器MAX2832。
MAX2832
MAX2831/MAX2832直接变频、零IF RF收发器是专为2.4GHz至2.5GHz 802.11g/b WLAN应用设计的。MAX2831完全集成了实现RF收发器所需的全部电路,可提供包括RF功率放大器(PA)、RF至基带接收通路、基带至RF发射通路、VCO、频率合成器、晶体振荡器、以及基带/控制接口。MAX2832集成了除了PA以外的其它相同功能的模块。该系列器件适用于全部802.11g OFDM数据速率(6Mbps至54Mbps),以及802.11b的QPSK和CCK数据速率(1Mbps至11Mbps)。
主要特性
  • 工作于2.4GHz至2.5GHz ISM波段
  • IEEE 802.11g/b兼容(54Mbps OFDM与11Mbps CCK)
  • 完整的RF收发器、PA、以及晶体振荡器(MAX2831)
  • 同类收发器的性能最佳
  • 62mA接收器电流
  • -76dBm Rx灵敏度(54Mbps OFDM)
  • +18.5dBm发送功率(5.6% EVM,带54Mbps OFDM)


Weightless-P
从目前的一些消息来看,Weightless-P采用了安森美半导体(ON Semiconductor)公司的产品。
模块的主要特性:
  • 灵敏度:124 dBm@625 bps
  • 发射功率: -14dBm
  • 频率:868/915/923MHz
  • 调制方式:PSK/GMSK

Weightless-P基站创新地应用了软件定义无线电技术(SDR)实现了Weightless-P完整的协议栈,用于低功耗长距离大密度数据的双向通信。
基站规格:
  • 处理器:双核ARM Cortex-A9 @ 667MHz,运行Linux
  • 接口:以太网
  • 内存:1GB DDR3 SDRAM
  • 频率:868 / 915MHz
  • 电源:5V / 2A DC
  • UL数据速率:100/50 / 12.5 / 6.25kpbs单通道;8个子频道的10/5 / 1.25kbps
  • DL数据速率:100/50 / 12.5 / 6.25kpbs
  • 灵敏度:0.625kbps -134dBm
  • TX功率:10dBm
  • 调制方式:GMSK / PSK
  • Weightless-P协议栈

ZETA
由纵行科技完全自主研发的业内领先的运营商级LPWAN技术,拥有国内外十多项发明专利。凭借特有的低功耗Mesh Access、主动双向通信、多种协议版本等优势,纵行科技能够为用户提供最佳的低功耗物联网通信解决方案。
网络主要特性:
  • 频段:Sub-GHz频段,如:433/470/500/787/868/915MHz等
  • 数据速率:100bps-50kbps
  • 传输距离:采用超窄带技术,保证在市区环境下2-10km的稳定传输
  • 网络容量:分布式网络结构、虚拟OFDMA以及超窄带传输技术,可提供3-10倍于其他LPWAN技术的网络容量
  • 网络安全:提供适合物联网应用的高效安全方案,支持超过50信道的跳频、接入鉴权、MAC地址过滤、AES-128(可选) 、LCG轻量级数据加密等。

无线射频器件主要采用了TI 和Sillicon Labs的产品。


 

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