LoRa 筆記

記錄一下玩 LoRa 的東西。技術規範、法規、廠商、軟體、韌體、硬體等等。依據玩耍過程不定時更新。

技術規範

簡介

如果只講 LoRa，指的是 OSI model 中的 physical layer/PHY (layer 1) 採用的標準，而 LoRaWAN 則是 data link layer (layer 2) 的 medium access control (MAC) sublayer 採用的標準。

LoRaWAN MAC 的部分要有個 MCU 或是 CPU 來負責處理，要看廠商出的模組有沒有內建 MCU 跟相搭配的韌體，如果沒有就得跑在模組外的平台上。

把 Sensor/Node、Gateway、Network Server 分開來看的話，各角色的 network stack 會長這樣子：

雖然有個 LoRa Alliance，但核心技術跟專利差不多都掌握在 Semtech 手裡。

Regional Parameters

根據 LoRaWAN™ Regional Parameters v1.1rA，台灣地區用的是 AS923 (923 MHz ISM Band)，相對 EU868 跟 US915 算新。EU868 是 EU863-870，而 US915 是 US902-928，至於 AS923 底下就亂了，照這個文件來看台灣是 922-928 MHz，似乎超出了 NCC 法規給的頻率範圍。（見下一章節）

如果照 The Things Network 的標準，台灣用的是 AS923-925，這就符合法規了。

個人傾向採用較為嚴格的 The Things Network 標準。無論如何，支援 US915 的硬體，通常轉來台灣使用，不管用哪個標準都是可以勝任的。（US915 的 SAW filter、RF front end 零件選擇及硬體設計相容 AS923 頻段。）

法規

根據無線電頻率分配表

• 920-925 MHz 供低功率物聯網設備（低功率射頻電機）在次要條件下使用
• 920-928 MHz 供無線射頻辨識系統（RFID）使用
• 922-926 MHz 供國道高速公路收費系統使用
• 926-928 MHz 供 0.5W 以下低功率海上活動示標器在海上以次要條件使用

還蠻多重疊的，而且聽說 ETC 的發射功率很強，難怪會有這樣的說法。遠通電收也有話說，但是真實性如何大家看看上面列過的文件就可以知道。 😬

產品

軟（韌）體

• Lora-net/LoRaMac-node
  • LoRaWAN node 的韌體官方實作
  • 以 STM32 硬體為主
• Lora-net/lora_gateway
  • LoRaWAN macro gateway driver 的官方實作
  • 拿來透過 SPI 控 SX1301
• Lora-net/packet_forwarder
  • LoRaWAN macro gateway packet forwarder 的官方實作
  • 依賴 Lora-net/lora_gateway 的 library
• hLora-net/picoGW_mcu
  • Picocell MCU 的韌體官方實作
• Lora-net/picoGW_hal
  • LoRaWAN pico gateway driver 的官方實作
  • 從 USB 透過 STM32 轉 SPI 控 SX1308
• Lora-net/picoGW_packet_forwarder
  • LoRaWAN pico gateway packet forwarder 的官方實作
  • 依賴 Lora-net/picoGW_hal 的 library
• Lora-net/sx1302_hal
  • LoRaWAN core gateway packet forwarder 的官方實作
  • 透過 SPI，或從 USB 透過 STM32 轉 SPI 控 SX1302
• lorabasics/basicstation
  • 給 gateway 用的新版程式
  • 從 UDP-based Packet Forwarder Protocol 改為 WebSocket-based Station Protocol
  • 依賴 macro/pico/core gateway 的 library
• LoRaWAN software expansion for STM32Cube
  • STMicroelectronics 出的 LoRaWAN library
  • 有 AT commands 的 example
  • LoRaWAN MAC 實作是跟 Semtech 的
  • IDE 可用 SW4STM32（免費），不一定要用 Keil 或 IAR 的
• The Things Network
  • 源自荷蘭的開放 LoRa 基礎建設
  • Software – GitHub
  • Hardware – GitHub
  • 商業部分有 The Things Industries
  • Industrial – GitHub
• LoRa Server
  • Application Server – GitHub
  • Network Server – GitHub
  • LoRa Gateway Bridge – GitHub
• IBM LoRaWAN in C
  • 之前叫 LoRaMAC in C，所以簡寫才會是 LMiC
  • 從 Wayback Machine 召喚回來的考古材料
  • 那個時候 Hardware Abstraction Layer 好像就是用 STM32 的了
• Arduino-LMIC library
  • 把 IBM LMiC 移植到 Arduino 上的產物
  • 如果用 Arduino 打底，又用了沒有 MCU 的模組，就得靠它
  • 因為 LoRaWAN 的標準在移植當時仍在演進，且 LMiC 感覺已經終止開發，未來能否跟上標準是個問號
  • 其實目前好像就跟不上 AS923 的標準了 😂
• Arduino-LMIC library – MCCI Corporation
  • 這個看起來有公司持續在更新
  • 有 AS923

硬體

PHY 晶片

廠商	型號	備註
Semtech	SX1272 SX1276 SX1278	Node 單頻單 SF（可調） 有 Reference Design，免簽 NDA
	SX1301	Gateway 多頻，SF7-SF12 要搭 SX1255/SX1257 transceiver 有 Reference Design (SX1301AP2)，須簽 NDA
	SX1308	Gateway 多頻，SF7-SF12 要搭 SX1255/SX1257 transceiver 有 Reference Design，免簽 NDA
	SX1302	Gateway 多頻，SF5-SF12 要搭 SX1250/SX1255/SX1257 transceiver 有 Reference Design，免簽 NDA
	SX1303	Gateway 多頻，SF5-SF12 要搭 SX1250/SX1255/SX1257 transceiver 有 Reference Design，免簽 NDA
HopeRF	RF9x	Node 單頻單 SF（可調） 看 datasheet 是設計得跟 Semtech 出的晶片很像，不知道兩者之間是什麼關係。期待 decap…… 感覺是封裝 remark

模組、開發板等

廠商	型號	備註
Semtech Mbed Mouser Digi-Key RS Components element14	NAMote72	Node SX1272 + STM32L152RC IPEX Connector (U.FL?) Lora-net/LoRaMac-node
	SX1272MB2xAS	Node SX1272 w/o MCU SMA Connector
	SX1276MB1xAS	Node SX1276 w/o MCU SMA Connector
	Picocell Gateway	Gateway SX1308 + SX1257 * 2 + STM32F401CDU6 SMA Connector User Guide
STMicroelectronics Mbed Mouser Digi-Key RS Components element14	B-L072Z-LRWAN1	Node CMWX1ZZABZ-091 (Type ABZ) SMA Connector 設計跟 Lora-net/LoRaMac-node 用的硬體相近 可以直接套 LoRaWAN software expansion for STM32Cube 軟硬體完善和開放程度都令人激賞鴨賞（冷）
	I-NUCLEO-LRWAN1	Node WM-SG-SM-42 SMA Connector 設計跟 Lora-net/LoRaMac-node 用的硬體相近 可以直接套 LoRaWAN software expansion for STM32Cube
Arduino Mouser Digi-Key RS Components element14	Arduino MKR WAN 1300	Node CMWX1ZZABZ-078 (Type ABZ) U.FL Connector 設計跟 Lora-net/LoRaMac-node 用的硬體相近 底層韌體是用 LoRaWAN software expansion for STM32Cube 的 AT_Slave 發展出來的
Murata Mbed Mouser Digi-Key RS Components element14	Type ABZ	Node SX1276 + STM32L0 設計跟 Lora-net/LoRaMac-node 用的硬體相近 因為用的是 STM32L0，可以搭 Keil MDK-ARM 的免費 license 開發
Multi-Tech Mbed Digi-Key	MultiConnect xDot	Node SX1272 + ST32L151CCU6 IPEX Connector (U.FL?) 設計跟 Lora-net/LoRaMac-node 用的硬體相近
L-Tek Web Shop RS Components	L-Tek IoT FF1705	Node MultiConnect xDot IPEX Connector (U.FL?) The Things Network PoC 作品
IMST	iM881A	Node SX1272 + STM32L051C8 設計跟 Lora-net/LoRaMac-node 用的硬體相近
	iC880A	Gateway SX1301 + SX1257 * 2 設計跟 Lora-net/lora_gateway 硬體配置相同
GlobalSat	LM-130H1	Node SX1276 + STM32L151CB IPEX Connector (U.FL?) 設計跟 Lora-net/LoRaMac-node 用的硬體相近 資料不齊，官網上找不到 AT command 的詳細文件 號稱支援 AS923，但實測 F-0LR-1E-1706291 版本的韌體還不支援。LoRa Alliance 針對 US915 規範的測試報告中有看到 F-0LR-1E-1711061 的韌體版本，但問題同上，官網沒得下載，亦無升級步驟解說，該更新版本是否支援 AS923 仍未知。
	LM-110H1	Node LM-130H1 RP-SMA Connector 設計跟 Lora-net/LoRaMac-node 用的硬體相近
	LM-130H1 AEB	Node LM-130H1 RP-SMA Connector 設計跟 Lora-net/LoRaMac-node 用的硬體相近
Microchip Mouser RS Components element14	RN2483	Node SX1276 + PIC18LF46K22-I/MV
	RN2903	Node SX1276 + PIC18LF46K22-I/MV
	LoRa® Technology Evaluation Kit – 900	Gateway + Node Gateway: SX1301 + SX1257 * 2 + PIC24EP512GU810 Node: RN2903 SMA Connector
RAKWireless Download – en, cn Wiki GitHub 淘宝 AliExpress 品管不太好，出貨的板子上常常到處都是助焊劑、排針歪斜、錫量不均、焊點漏焊，且內附的供電 USB 線內阻高，會導致 Raspberry Pi 無法正常開機 買來的東西常常與賣場圖文不符，天線增益降低、缺轉接頭、缺底板、線材長不一樣 無法理解店家評分怎麼還能那麼高，購買前要有心理準備	RAK811	Node SX1276 + STM32L151CB GitHub 設計跟 Lora-net/LoRaMac-node 用的硬體相近 有對應的 Arduino Library 有 shielding can，過 FCC FCC ID: 2AF6B-RAKSMR006
	RAK831	Gateway SX1301 + SX1257 * 2 RP-SMA Connector GitHub 設計跟 Lora-net/lora_gateway 硬體配置相同
	RAK833	Gateway SX1301 + SX1257 * 2 U.FL Connector RAK833-LoRaGateway-RPi – GitHub 設計跟 Lora-net/lora_gateway 硬體配置相同
	WisNode-LoRa	Node RAK811 RP-SMA Connector GitHub 與用 AVR MCU 的 Arduino board 連線有些問題要注意
	RAK811 Breakout Board	Node RAK811 RP-SMA Connector 看起來是想做成跟 XBee pin-compatible，但是犯蠢搞錯了排針方向（新版已修正）
HopeRF	RFM95W	Node RF96 (SX1276?) w/o MCU
NiceRF 淘宝 Tindie AliExpress 1688 阿里巴巴	LoRa1276-C1-915	Node SX1276 w/o MCU 跟 RFM95W pin compatible 有 shielding can，過 FCC FCC ID: 2AD66-1276C1
Dragino Wiki GitHub YouTube 淘宝 Tindie	LoRa Shield	Node RFM95W w/o MCU SMA Connector Wiki Page GitHub
	LoRa/GPS HAT	Node as Gateway RFM95W w/o MCU SMA Connector GitHub
	LG01-P	Node as Gateway RFM95W + ATmega328P + AR9331 Firmware – GitHub 跟 Arduino Yún 配置很像
	LoRaST	Node RFM95W + STM32L072CZT6 IPEX Connector (MHF4?) Hardware – GitHub Firmware – GitHub
RisingHF Wiki GitHub YouTube	RHF76-052	Node SX1276 + STM32L051C8T6 設計跟 Lora-net/LoRaMac-node 用的硬體相近
	RHF0M301	Gateway SX1301 + SX1255/SX1257 * 2 SMA Connector 設計跟 Lora-net/lora_gateway 硬體配置相同
	RHF3M076	Node RHF76-052? SMA Connector
USI	WM-SG-SM-42	Node SX1272 + STM32L052T8Y6 IPEX Connector (U.FL?) 設計跟 Lora-net/LoRaMac-node 用的硬體相近
Adafruit Mouser Digi-Key RS Components element14	RFM95W LoRa Radio Transceiver Breakout	Node RFM95W
	Feather 32u4 RFM95 LoRa Radio	Node RFM95W + ATmega32u4
	Feather M0 with RFM95 LoRa Radio	Node RFM95W + ATSAMD21G18
Rocket Scream	Mini Ultra Pro V3 (With Radio)	Node RFM95W + ATSAMD21G18
n-fuse	LRWCCx-MPCIE	Gateway SX130x + SX1257 * 2 + STM32F401CD U.FL Connector 設計跟 Lora-net/picoGW_hal 硬體配置相同
Embit	EMB-LR1301-mPCIe	Gateway SX130x + SX1257 * 2 U.FL Connector 設計跟 Lora-net/lora_gateway 硬體配置相同

參考資料

• 頻率資料庫查詢系統 – 國家通訊傳播委員會
• What is LoRa®? – Semtech
• What is the LoRaWAN™ Specification? – LoRa Alliance
• LoRaWAN™ for Developers – LoRa Alliance
• Resource Hub – LoRa Alliance
• LoRaWAN – The Things Network
• LoRa-What? – NewieVentures
• Firmware Updates over Low-Power Wide Area Networks – The Things Network
• Building a Raspberry Pi Powered LoRaWAN Gateway – DesignSpark
• LoRaWAN: OTAA or ABP? – NewieVentures
• OpenChirp
• RFM69 & HopeRF: are they Semtech clones or not? – LowPowerLab
• Microchip RN2483 teardown
• STM32 – Wikipedia
• PIC microcontroller – Wikipedia