基于SX1276/7/8的多通道LoRa网关通信系统及应用方法与流程

基于sx1276/7/8的多通道lora网关通信系统及应用方法
技术领域
1.本发明涉及无线网络通信领域。更具体地说，本发明涉及一种基于sx1276/7/8的多通道lora网关通信系统及应用方法。


背景技术：

2.lora是lpwan通信技术中的一种，是美国semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。目前lora主要在全球免费频段运行，包括433、868、915mhz等。lora技术具有远距离、低功耗、多节点、低成本的优点。
3.sx1276/7/8芯片是一款半双工传输的低中频收发器，配备了标准fsk和远距离扩频lora调制解调器。该芯片可以用于超长距离的lora扩频通信，并且抗干扰性强，同时达到低功耗要求。
4.基于sx1276/7/8芯片可构建一个低成本的单通道lora网关，且具有一定通信容量(上线率)。实际应用中通信容量不足时，可通过增加lora通道的数量实现。而基于sx1276/7/8的单通道lora网关架构如图2所示，由收发天线、收发切换开关、sx1276/7/8中心节点及mcu数据中心组成，该技术方案已非常成熟。但在实际应用中，若增加m个lora通道的，通常需要m个收发天线以及m个切换开关才能实现m个lora通道的数据通信，而受现有的设备或现场环境、尺寸等影响，通常是无法搭载m个收发天线，故这使得通过增加lora通道解决通信容量不足的问题受到限制，无法实现。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
6.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于sx1276/7/8的多通道lora网关通信系统，包括多通道网关以及与其相配合的接收天线、发射天线；
7.所述多通道网关被配置为包括：
8.多个sx1276/7/8芯片；
9.与各sx1276/7/8芯片、接收天线、发射天线相配合构建信号接收、发送通道的多通道射频前端；
10.与各sx1276/7/8芯片相配合以与外部通信接口进行数据通信的mcu。
11.优选的是，所述多通道射频前端被配置为包括：
12.与接收天线相配合的信号接收调理组件；
13.与发射天线相配合的信号发送调理组件；
14.其中，所述信号接收调整组件、信号发送调理组件分别通过相配合的输出接口、输入接口与各sx1276/7/8芯片的输入端、输出端通信连接，构建对应的信号接收通道、信号发
送通道。
15.优选的是，所述信号接收调理组件被配置为包括：
16.与接收天线相配合的限幅器；
17.与各sx1276/7/8芯片相配合的射频信号分路器；
18.其中，所述限幅器的输出信号通过相配合的接收匹配网络芯片与射频信号分路器连接；
19.所述限幅器与接收匹配网络芯片之间还设置有带通滤波器、低噪声放大器。
20.优选的是，所述信号发送调理组件被配置为包括：
21.与各sx1276/7/8芯片相配合的射频信号合路器；
22.与发射天线相配合的低通滤波器；
23.其中，所述限幅器的射频信号合路器通过相配合的发射匹配网络芯片与低通滤波器连接；
24.所述低通滤波器与发射匹配网络芯片之间还设置有功率放大器。
25.一种应用多通道lora网关通信系统的方法，所述多通道lora网关通信系统的信号接收流程被配置为包括：
26.步骤s10，接收天线将接收到的射频信号送入多通道射频前端；
27.步骤s11，多通道射频前端将接收到的信号均分为m路，分别送至m路sx1276/7/8芯片中；
28.步骤s12，各sx1276/7/8芯片将接收到的信号输出至mcu，mcu通过标准通信接口接入互联网络以构建lora网关；
29.所述多通道lora网关通信系统的信号发送流程被配置为包括：
30.步骤s20，mcu通过标准通信接口将从互联网收到的m路数据信号送入到各sx1276/7/8芯片中；
31.步骤s21,多通道射频前端将各sx1276/7/8芯片中接收到的信号进行合路后输送至发射天线，实现各发送通道与外部终端的数据通信。
32.优选的是，在s11中，在接收通道中，通过接收天线输入的大功率干扰信号依次通过限幅器、带通滤波器、低噪声放大器、接收匹配网络芯片进行限幅、抑制、低噪声放大、匹配性能提升；
33.经过处理的射频信号通过射频信号分路器均分为m路输出。
34.优选的是，在s21中，在发送通道中，各sx1276/7/8芯片输出的m路射频信号，经射频信号合路器合路成一路，依次经发射匹配网络芯片、功率放大器、低通滤波器进行匹配性能提升、发射通道增益和发射信号功率提高以及高次谐波抑制后送入发射天线。
35.本发明至少包括以下有益效果：本发明设计一种基于sx1276/7/8的多通道lora网关架构得到的通信系统，包括接收天线、发射天线、多通道射频前端、m路lora中心、mcu数据中心，该架构下的通信系统取消了单通道网关中的收发切换开关设计，增加多通道射频前端设计，使每个通道呈现出独立的接收通道和发射通道，具有以下有效果：
36.其一，可在不降低通信性能的前提下提高lora网关的上线率(通信容量)；
37.其二，采用两根收发独立天线，能够实现每个通道独立同时工作且相互不干扰，天线数量少易于集成到一个设备；
38.其三，每个lora通道为独立通道，相互之间可独立工作也可接力工作，即若某个通道失效，则可通过其它完好通道接力，与其中终端合集继续通信，提高了网关的可靠性；
39.其四，多通道射频前端可在发射功率、通道噪声系数、抗干扰滤波方面进行定制化设计，非常灵活，可对网关某些性能进行提升，如通信距离、抗特定干扰源等。
40.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
41.图1为本发明的一个实施例中多通道lora网关的原理示意图；
42.图2为现有技术中单通道lora网关的原理示意图；
43.图3为本发明的一个实施例中多通道射频前端的原理示意图。
具体实施方式
44.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
45.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
46.图1示出了根据本发明的一种基于sx1276/7/8的多通道lora网关通信系统的实现形式，其中多通道网关1以及与其相配合的接收天线2、发射天线3，接收天线的作用在于接收到的射频信号送入多通道射频前端接收通道，发射天线的作用于将多通道的信号发射至终端；
47.所述多通道网关被配置为包括：
48.多个sx1276/7/8芯片4；
49.与各sx1276/7/8芯片、接收天线、发射天线相配合构建信号接收、发送通道的多通道射频前端5，其主要用于构建与接收天线、发射天线相配合的接收通道、发送通道；
50.与各sx1276/7/8芯片相配合以与外部通信接口进行数据通信的mcu 6，其主要作用是通过mcu数据中心提供的标准通信接口接入其它互联网络从而构成lora网关。
51.在另一种实例中，所述多通道射频前端被配置为包括：
52.与接收天线相配合的信号接收调理组件；
53.与发射天线相配合的信号发送调理组件；
54.其中，所述信号接收调整组件、信号发送调理组件分别通过相配合的输出接口、输入接口与各sx1276/7/8芯片的输入端、输出端通信连接，构建对应的信号接收通道、信号发送通道。
55.如图3，在另一种实例中，所述信号接收调理组件被配置为包括：
56.与接收天线相配合的限幅器7，接收通道之限幅器的作用是对输入的大功率干扰信号进行限幅处理，已保护后级电路不被大功率干扰信号烧毁；
57.与各sx1276/7/8芯片相配合的射频信号分路器8，接收通道之射频信号分路器的作用是将接收到的信号均分为m路输出，提高通道间一致性性能；
58.其中，所述限幅器的输出信号通过相配合的接收匹配网络芯片9与射频信号分路
器连接，接收通道之接收匹配网络芯片的作用是提升接收通道匹配性能，降低信号反射，防止产生自激现象，优化接收通道增益性能；
59.所述限幅器与接收匹配网络芯片之间还设置有带通滤波器10、低噪声放大器11，在这种结构中，接收通道之带通滤波器的作用是对输入的带外干扰信号进行抑制处理，防止带外干扰信号所带来的信号阻塞和接收性能下降，接收通道之低噪声放大器的作用是对输入的射频信号进行低噪声放大，降低接收通道噪声系数指标，进而提高接收灵敏度，提升接收性能，故本方案中的多通道射频前端可将接收通道对来自接收天线的射频信号进行限幅、带通滤波、低噪声放大、接收匹配网络后经m分路器将信号均分为m路，分别送至m路lora中心的接收通道；
60.所述信号发送调理组件被配置为包括：
61.与各sx1276/7/8芯片相配合的射频信号合路器12，发射通道之射频信号合路器的作用是将m路射频信号合路为一路射频信号输出；
62.与发射天线相配合的低通滤波器13，发射通道之低通滤波的作用是对发射射频信号的高次谐波进行抑制，防止高次谐波对电磁环境超出电磁干扰，提供电磁兼容性能；
63.其中，所述限幅器的射频信号合路器通过相配合的发射匹配网络芯片14与低通滤波器连接，射通道之发射匹配网络芯片的作用是提升发射通道匹配性能，降低信号反射，防止产生自激现象，优化发射通道增益性能；
64.所述低通滤波器与发射匹配网络芯片之间还设置有功率放大器15，发射通道之功率放大器的作用是提高发射通道增益和发射信号功率，以满足系统传输距离的性能，在这种方案中，m路lora中心输出的射频信号经射频信号合路器合路成一路，经发射匹配网络、功率放大和低通滤波后送入发射天线。
65.一种应用多通道lora网关通信系统的方法，所述多通道lora网关通信系统的信号接收流程被配置为包括：
66.步骤s10，接收天线将接收到的射频信号送入多通道射频前端；
67.步骤s11，多通道射频前端将接收到的信号均分为m路，分别送至m路sx1276/7/8芯片中；
68.步骤s12，各sx1276/7/8芯片将接收到的信号输出至mcu，mcu通过标准通信接口接入互联网络以构建lora网关；
69.所述多通道lora网关通信系统的信号发送流程被配置为包括：
70.步骤s20，mcu通过标准通信接口将从互联网收到的m路数据信号送入到各sx1276/7/8芯片中；
71.步骤s21,多通道射频前端将各sx1276/7/8芯片中接收到的信号进行合路后输送至发射天线，实现各发送通道与外部终端的数据通信；
72.在s11中，在接收通道中，通过接收天线输入的大功率干扰信号依次通过限幅器、带通滤波器、低噪声放大器、接收匹配网络芯片进行限幅、抑制、低噪声放大、匹配性能提升；
73.经过处理的射频信号通过射频信号分路器均分为m路输出；
74.在s21中，在发送通道中，各sx1276/7/8芯片输出的m路射频信号，经射频信号合路器合路成一路，依次经发射匹配网络芯片、功率放大器、低通滤波器进行匹配性能提升、发
射通道增益和发射信号功率提高以及高次谐波抑制后送入发射天线。在这种架构中，提供一川基于sx1276/7/8的多通道lora网关架构得到的通信系统，该架构下的通信系统取消了单通道网关中的收发切换开关设计，增加多通道射频前端设计，使每个通道呈现出独立的接收通道和发射通道。
75.实施例：
76.本发明提出一种基于sx1276/7/8的多通道lora网关的硬件实现方法。该方法运用了功率补偿技术、天线共用技术、低噪声放大及抗干扰等技术解决多通道集成后性能下降和通道间的相互干扰难题。
77.为了更好的说明本发明，首先介绍基于sx1276/7/8的单通道lora网关架构，如图2所示。网关由收发天线、收发切换开关、sx1276/7/8中心节点及mcu数据中心组成。sx1276/7/8中心节点是基于sx1276/7/8芯片设计，为目前运用成熟且成本低廉的产品。射频前端分为接收通道和发射通道，通过收发切换开关共用一根收发天线，收发切换开关由sx1276/7/8中心节点状态机控制。sx1276/7/8中心节点通过标准通信接口与后端的mcu数据中心进行数据交互，mcu数据中心通过标准通信接口接入其它互联网络从而构成lora网关。该网关具备其固有的性能参数，如灵敏度、上线率(通信容量)、通信距离、发射功率、传输速率等。
78.本发明提出一种基于sx1276/7/8的多通道lora网关的硬件实现方法，其架构图如图1所示。该架构取消了单通道网关中的收发切换开关设计，使每个通道呈现出独立的接收通道和发射通道。多通道lora网关由一根接收天线、一根发射天线、多通道射频前端、m个sx1276/7/8中心节点(m个通道)和mcu数据中心组成。接收和发射天线用于射频信号的接收和发射；多通道射频前端含发射通道射频信号功率补偿、收发通道射频信号分合路、接收通道射频信号低噪声放大及接收通道射频抗干扰滤波等功能；m个sx1276/7/8中心节点组成m个lora通道，每个lora通道与特定的终端合集进行通信，分别通过标准通信接口与后端的mcu数据中心进行数据交互；mcu数据中心通过标准通信接口接入其它互联网络从而构成多通道lora网关，该架构中含m个终端合集，每个合集含n个终端。
79.以上方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。
80.这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
81.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。