在物聯網規模化應用場景中，IoT終端通常分布范圍廣、數量龐大，且單次傳輸數據多為數據量小、周期性的狀態或傳感信息。同時，這類終端多采用電池供電，對功耗與續航有著嚴苛要求。

相比高帶寬通信技術，具備遠距離覆蓋、低功耗、小速率特性的通信方案，更適配物聯網規模化應用場景，能有效降低網絡建設成本，提升系統可靠性與部署靈活性。

其中，LoRa模塊就是一種面向物聯網規模化應用場景的主流硬件單元，它通過擴頻調制（Chirp Spread Spectrum（CSS））和前向糾錯機制，可實現遠距離、低速率、高接收靈敏度的數據傳輸能力。

在典型部署環境、低功耗運行條件下還能實現數公里至十余公里的通信覆蓋，且部署靈活，能穩定支持電池供電設備的長期穩定工作，是現階段智慧城市、智慧農業、工業監測等物聯網場景中被廣泛采用的通信解決方案之一。

RFM95，遠距離、低速率通信的高效解決方案

例如，RFM95收發器就是一款由華普微自主開發的、支持LoRa調制技術的遠程通信模塊。

它僅需低成本晶體元件和物料清單，即可實現低至﹣140dBm的接收靈敏度，結合其內部集成的+20dBm功率放大器，RFM95還打造出了164dB的最大鏈路預算，是物聯網終端實現遠距離、低速率通信的高效解決方案。

值得一提的是，除LoRa調制外，RFM95還兼容FSK、GFSK、MSK、GMSK、OOK等多種調制方式，并支持WMBus、IEEE 802.15.4g等行業標準協議，適用于智能抄表、工業物聯網、智能家居等多個領域，跨行業復用性強，不用更換硬件就能滿足不同通信需求。

RFM95模塊原理示意圖

從系統架構上看，RFM95采用的是典型低中頻（Low-IF）無線收發結構，在接收鏈路中 ，射頻信號首先由低噪聲放大器（LNA）進行放大，而后被轉換為差分形式，從而提升系統的二階線性度并增強諧波抑制能力。（LNA采用單端輸入結構，可減少外圍器件數量并簡化射頻前端設計）

隨后，信號經混頻器下變頻，生成中頻（IF）的同相（I）與正交（Q）分量。接下來，一對Σ-Δ（Sigma-Delta）模數轉換器（ADC）會完成模數轉換，后續的信號處理與解調均在數字域中完成。

芯片內部的數字狀態機同時負責控制自動頻率校正（AFC）、接收信號強度指示（RSSI）以及自動增益控制（AGC），并集成了用于數據包管理和協議處理的頂層序列控制器（TLS）功能。

在發射鏈路中 ，RFM95集成了三路射頻功率放大器（PA）。其中兩路分別連接至 RFO_LF和RFO_HF引腳，最大輸出功率可達+14 dBm。

這兩路PA采用非穩壓結構以提高功率效率，并可通過簡單的無源匹配網絡直接與接收端RF輸入連接，從而實現單天線端口、高效率的收發結構。

第三路PA連接至PA_BOOST引腳，通過專用匹配網絡可實現最高+20 dBm的輸出功率，并能夠覆蓋頻率合成器支持的全部頻段。

在頻率合成方面 ，RFM95內部集成兩套本振（LO）頻率合成器：一套覆蓋低UHF頻段（最高至525 MHz），另一套覆蓋高UHF頻段（860 MHz以上）。

其鎖相環（PLL）經過優化，可實現快速鎖定時間與自動校準功能。在發射模式下，頻率調制在PLL帶寬內以數字方式實現，同時PLL還支持比特流預濾波功能，可進一步提升頻譜純度。

此外，RFM95還集成了RC振蕩器與32 MHz晶體振蕩器以滿足不同工作模式下的時鐘需求。所有射頻前端參數以及數字狀態機配置均可通過SPI接口訪問寄存器進行靈活配置。

模塊內部還集成模式自動序列控制器，能夠在最短時間內完成芯片各工作模式之間的切換與校準，從而提升系統運行效率

LoRa模塊，高自由度的物理層無線擴頻通信方案

與完整LoRaWAN設備不同，LoRa模塊僅提供物理層無線通信能力，并不綁定固定的網絡協議。

因此，在系統架構設計與協議實現層面，開發者能夠獲得更高的靈活性。基于這一特性，LoRa模塊既能運行LoRaWAN協議，也能夠構建私有點對點通信、私有星型網絡或自定義輕量級通信協議，從而適配多樣化的組網需求。

LoRa和LoRaWAN的區別 圖源：LoRa聯盟

同時，由于上層通信協議與網絡邏輯皆由開發者自主設計，系統在幀格式定義、通信速率、信道管理、功耗策略以及數據加密等方面都具備更高的可控性。

這種高度開放的設計方式可幫助開發者根據具體應用場景靈活優化通信策略，從而更好地滿足差異化功能需求和特殊應用環境。

另外，由于不受固有協議棧限制，開發者還能更加靈活地設計休眠、喚醒與數據傳輸策略，使功耗管理更加可控，更易實現超長待機時間和微安級低功耗運行。這使LoRa模塊在電池供電設備中具有明顯優勢。

憑借這些優勢，LoRa模塊可廣泛用于遙控設備、本地傳感器網絡、簡單數據采集系統、遠距離無線通信以及私有物聯網等場景。

在對系統復雜度要求較低、但強調低成本與高可靠性的無線通信需求中，LoRa模塊往往具備不可替代的價值。

而RFM95作為一款支持多種調制方式的無線收發模塊，在遠距離通信能力、低功耗特性以及成本控制方面均表現優異，一套硬件平臺即可適配多種通信協議與應用場景，可有效幫助開發者在保證通信性能的同時實現更低成本、更高效率以及更廣泛的應用拓展能力。

審核編輯 黃宇