LoRaWAN®ゲートウェイモジュールWM1302

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LoRaWAN®はLoRa Alliance®のライセンスの下で使用される商標です。 LoRa®マークはSemtech Corporationまたはその子会社の商標です。

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最近、Wio-E5モジュールを基にしたWio-E5シリーズをリリースしました。

こちらをクリックして、Wio-E5モジュール、Groveモジュール、ミニ開発ボード、開発キットなど、LoRa-E5ファミリーの新しいメンバーをご覧ください。

STM32WLシリーズ(SDK)向けのSTM32Cube MCUパッケージを使用してLoRaWAN®エンドノードを作成し、LoRaWAN®ネットワークに参加してデータを送信する方法については、ミニ開発ボードおよび開発キットのWikiページをご覧ください。

WM1302モジュールは、mini-PCIeフォームファクターを備えた新世代のLoRaWAN®ゲートウェイモジュールです。Semtech® SX1302ベースバンドLoRaWAN®チップを基にしており、ゲートウェイ製品の長距離無線通信の潜在能力をさらに引き出します。このモジュールは、以前のSX1301およびSX1308 LoRa®チップと比較して、感度が高く、消費電力が少なく、動作温度が低いという特徴があります。

WM1302 LoRaWAN®ゲートウェイモジュールは、SPIおよびUSBバージョンがあり、US915およびEU868周波数帯域に対応しています。これにより、EU868、US915、AS923、AS920、AU915、KR920、IN865など、幅広いLoRaWAN®周波数プランオプションを選択できます。

WM1302モジュールはCE、FCC、Telec認証を取得しており、LoRaWAN®ゲートウェイデバイスの開発および認証プロセスを簡素化します。

WM1302はM2MおよびIoTアプリケーション向けに設計されており、LPWANゲートウェイ対応のシナリオに広く適用できます。LoRaWAN®ゲートウェイやホットスポットなどのLoRa®ゲートウェイデバイスを開発する際の技術的な困難や時間を大幅に削減するための最適な選択肢となるでしょう。

特徴

Semtech® SX1302ベースバンドLoRa®チップ搭載、非常に低消費電力で高性能。
標準的な52ピンゴールデンフィンガーを備えたmini-PCIeフォームファクター、さまざまなゲートウェイデバイスへの統合が容易。
超低動作温度、追加の放熱が不要で、LoRaWAN®ゲートウェイのサイズを縮小。
高感度 -139 dBm @SF12（SX1250 TX/RXフロントエンド搭載）、TX出力最大26 dBm @3.3V。
CE、FCC、TELEC認証取得済み。最終製品の認証プロセスを簡素化。

ハードウェア概要

図解

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ピン配置

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仕様

地域	EU868	US915
周波数	863-870MHz	902-928MHz
感度	-125dBm @125K/SF7 -139dBm @125K/SF12	-125dBm @125K/SF7 -139dBm @125K/SF12
送信出力	26 dBm (3.3V電源使用時)	25 dBm (3.3V電源使用時)
LED	電源: 緑設定: 赤送信: 緑受信: 青
フォームファクタ	Mini PCIe, 52ピンゴールデンフィンガー
消費電力 (SPIバージョン)	待機: 7.5 mA 最大送信出力: 415 mA 受信: 40 mA
消費電力 (USBバージョン)	待機: 20 mA 最大送信出力: 425 mA 受信: 53 mA
LBT (Listen Before Talk)	対応
アンテナコネクタ	U.FL
動作温度	-40°C ～ 85°C
寸法	30 mm (幅) × 50.95 mm (長さ)
認証	CE

アプリケーション

LPWANゲートウェイデバイスの開発
長距離無線通信アプリケーションの開発
LoRa®およびLoRaWAN®アプリケーションの学習と研究

寸法

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はじめに

SPIバージョンとUSBバージョンの違い

WM1302 LoRaWAN® ゲートウェイモジュールのSPIバージョンでは、Semtech SX1302およびSX126xチップが同じSPIバスを介して異なるチップセレクト(CS)ピンでRaspberry Piに接続されます。

WM1302 LoRaWAN® ゲートウェイモジュールのUSBバージョンでは、Semtech SX1302およびSX126xチップがSTM32L4 MCUに接続され、この工場出荷時にプログラムされたMCUがUSBデバイスとして動作し、Raspberry PiとSX1302/SX126xの間のブリッジとなります。

WM1302のクイックスタート

必要なハードウェア

WM1302 LoRaWAN® ゲートウェイモジュール
40ピンGPIOヘッダーを備えたRaspberry Piボード（例: Raspberry Pi 4BまたはRaspberry 3B+）
Raspberry Pi用WM1302 Pi Hat
Raspberry Pi用電源アダプタ
LoRa®アンテナ
8GB以上のSDカードとカードリーダー
WM1302 LoRaWAN® ゲートウェイモジュールUSBバージョンを使用する場合はType C USBケーブル

必要なソフトウェア

最新のRaspberry Pi OSイメージ: Raspberry Pi OS Liteを推奨
Balena Etcher: Raspberry Pi OSイメージをSDカードに書き込むため
putty: WindowsでSSHを介してRaspberry Piに接続するため

ステップ1. WM1302 Raspberry Pi Hatの取り付けとWM1302モジュールのインストール

Pi HatをRaspberry Piの40ピンヘッダーに取り付けるのは簡単です。まずRaspberry Piの電源を切り、以下の写真のようにWM1302モジュールをPi Hatに挿入し、ネジで固定します。

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USBバージョンのWM1302モジュールを使用する場合は、Type CポートをType C USBケーブルでRaspberry PiのUSBポートに接続してください。

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ステップ2. RaspbianのI2CおよびSPIインターフェースを有効化

WM1302モジュールはSPIおよびI2Cを介してRaspberry Piと通信します。しかし、これらのインターフェースはRaspbianではデフォルトで無効になっているため、WM1302を使用する前に有効化する必要があります。ここでは、コマンドラインを使用してSPIおよびI2Cインターフェースを有効化する方法を紹介します。

まず、SSHを介してRaspberry Piにログインするか、モニターを使用してログインします（GPSモジュールがPi Hat上のハードウェアUARTピンを占有するため、シリアルコンソールは使用しないでください）。その後、コマンドラインでsudo raspi-configを入力してRaspberry Piソフトウェア設定ツールを開きます：

sudo raspi-config

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Interface Optionsを選択
SPIを選択し、Yesを選択して有効化
I2Cを選択し、Yesを選択して有効化
Serial Portを選択し、「ログインシェルを使用しますか...」に対してNoを選択し、「シリアルポートハードウェアを使用しますか...」に対してYesを選択
次に、これらの設定が正しく動作することを確認するために、Raspberry Piを再起動してください。

Step3. SX1302ソースコードの取得とコンパイル

まず、gitをインストールし、GitHubからsx1302_hal（SX1302 LoRa Gateway用のライブラリとプログラム）をダウンロードします：

sudo apt update
sudo apt install -y git
cd ~
git clone https://github.com/Lora-net/sx1302_hal

sx1302_halフォルダに移動し、すべてをコンパイルします：

cd ~/sx1302_hal
make

Step4. Semtech SX1302パケットフォワーダーの実行

注意

新しいLinuxカーネルでは、sysfsインターフェースがchardevインターフェースに置き換えられています。

これにより、sx_1302リポジトリに提供されているreset_lgw.shがモジュールを正しくリセットできず、以下のログが出力されます：

...
./reset_lgw.sh: 26: echo: echo: I/O error
./reset_lgw.sh: 27: echo: echo: I/O error
./reset_lgw.sh: 28: echo: echo: I/O error
./reset_lgw.sh: 29: echo: echo: I/O error
./reset_lgw.sh: 32: cannot create /sys/class/gpio/gpio17/direction: Directory nonexistent
./reset_lgw.sh: 33: cannot create /sys/class/gpio/gpio5/direction: Directory nonexistent
./reset_lgw.sh: 34: cannot create /sys/class/gpio/gpio18/direction: Directory nonexistent
./reset_lgw.sh: 35: cannot create /sys/class/gpio/gpio13/direction: Directory nonexistent
CoreCell reset through GPIO17...
SX1261 reset through GPIO17...
CoreCell power enable through GPIO18...
CoreCell ADC reset through GPIO13...
./reset_lgw.sh: 45: cannot create /sys/class/gpio/gpio18/value: Directory nonexistent
./reset_lgw.sh: 47: cannot create /sys/class/gpio/gpio17/value: Directory nonexistent
./reset_lgw.sh: 48: cannot create /sys/class/gpio/gpio17/value: Directory nonexistent
./reset_lgw.sh: 50: cannot create /sys/class/gpio/gpio5/value: Directory nonexistent
./reset_lgw.sh: 51: cannot create /sys/class/gpio/gpio5/value: Directory nonexistent
./reset_lgw.sh: 53: cannot create /sys/class/gpio/gpio13/value: Directory nonexistent
./reset_lgw.sh: 54: cannot create /sys/class/gpio/gpio13/value: Directory nonexistent
...

システムがまだsysfsインターフェースを持っているかどうかを確認するには、以下のコマンドを実行してください：

ls /sys/class/gpio

sysfsインターフェースを持つLinuxの場合：

gpioxフォルダが表示される場合、システムカーネルがまだsysfsインターフェースを持っていることを意味し、上記のスクリプトを使用してモジュールをリセットできます。

reset_lgw.shスクリプト内のSX1302とSX1261のリセットピンをテキストエディタnanoで変更します：

nano tools/reset_lgw.sh

テキストエディタの冒頭に以下のコードが表示されます：

# GPIO mapping has to be adapted with HW
#

SX1302_RESET_PIN=23     # SX1302 reset
SX1302_POWER_EN_PIN=18  # SX1302 power enable
SX1261_RESET_PIN=22     # SX1261 reset (LBT / Spectral Scan)
AD5338R_RESET_PIN=13    # AD5338R reset (full-duplex CN490 reference design)

カーソルを移動して、SX1302_RESET_PIN=23をSX1302_RESET_PIN=17に、SX1261_RESET_PIN=22をSX1261_RESET_PIN=5に変更します。以下のようになります：

# GPIO mapping has to be adapted with HW
#

SX1302_RESET_PIN=17     # SX1302 reset
SX1302_POWER_EN_PIN=18  # SX1302 power enable
SX1261_RESET_PIN=5      # SX1261 reset (LBT / Spectral Scan)
AD5338R_RESET_PIN=13    # AD5338R reset (full-duplex CN490 reference design)

これらの変更を保存するには、CTRL + xを押し、次にyを押し、最後にEnterを押してテキストエディタを閉じます。

sysfsインターフェースを持たないLinuxの場合：

gpioxという名前のフォルダが表示されない場合、Libgpiodパッケージを使用してGPIOを呼び出す必要があります。

Libgpiodパッケージを使用してGPIOを制御するreset_lgw.shスクリプトは以下の通りです：

reset_lgw.sh

SX1302_RESET_PIN=17     # SX1302 reset
SX1302_POWER_EN_PIN=18  # SX1302 power enable
SX1261_RESET_PIN=5     # SX1261 reset (LBT / Spectral Scan)


WAIT_GPIO() {
    sleep 0.1
}

reset() {
    echo "CoreCell reset through GPIO$SX1302_RESET_PIN..."
    echo "SX1261 reset through GPIO$SX1261_RESET_PIN..."
    echo "CoreCell power enable through GPIO$SX1302_POWER_EN_PIN..."

    # write output for SX1302 CoreCell power_enable and reset
    gpioset gpiochip0 $SX1302_POWER_EN_PIN=1; WAIT_GPIO
    
    gpioset gpiochip0 $SX1302_RESET_PIN=1; WAIT_GPIO
    gpioset gpiochip0 $SX1302_RESET_PIN=0; WAIT_GPIO

    gpioset gpiochip0 $SX1261_RESET_PIN=0; WAIT_GPIO
    gpioset gpiochip0 $SX1261_RESET_PIN=1; WAIT_GPIO
}

case "$1" in
    start)
    reset
    ;;
    stop)
    reset
    ;;
    *)
    echo "Usage: $0 {start|stop}"
    exit 1
    ;;
esac

exit 0

reset_lgw.shをpacket_forwarderフォルダにコピーし、lora_pkt_fwdを実行します。使用しているモジュールに基づいてglobal_conf.json.sx1250.xxxx設定ファイルを選択してください：

cp tools/reset_lgw.sh packet_forwarder/
cd packet_forwarder

# 以下のコマンドからモジュールに基づいて選択してください
# WM1302 LoRaWAN Gateway Module (SPI) - EU868の場合
./lora_pkt_fwd -c global_conf.json.sx1250.EU868

# WM1302 LoRaWAN Gateway Module (USB) - EU868の場合
./lora_pkt_fwd -c global_conf.json.sx1250.EU868.USB

# WM1302 LoRaWAN Gateway Module (SPI) - US915の場合
./lora_pkt_fwd -c global_conf.json.sx1250.US915

# WM1302 LoRaWAN Gateway Module (USB) - US915の場合
./lora_pkt_fwd -c global_conf.json.sx1250.US915.USB

これで、パケットフォワーダーは正しく動作するようになります。ただし、開発者がLoRa®パケットをLoRa®サーバー（例：TTNやchirpstack）に転送する必要がある場合、まだいくつかの作業が必要です。

この目的を達成するには、まずRaspberry Pi GatewayをLoRa Serverに追加する必要があります。例としてTTNv3を取り上げます。TTNv3コンソールにログインし、Go to gatewaysをクリックしてAdd gatewayをクリックします。Add gatewayページでは、入力する必要がある多数の設定が表示されます。注目すべきはGateway EUI、Gateway Server address、Frequency planであり、その他はデフォルトのままにしておきます。

Gateway EUI: ゲートウェイの64ビット拡張ユニーク識別子。このWikiではAA555A0000000000に設定します。
Gateway Server address: ゲートウェイが接続するサーバーアドレスです。これをクリップボードにコピーしてください。開発者は後でこれを設定ファイルに保存する必要があります。
Frequency plan: EU868モジュールを使用する場合は、Europe 863-870 MHz (SF9 for RX2)を選択してください。US915モジュールを使用する場合は、United States 902-928 MHz, FSB 2を選択してください。
ゲートウェイを追加した後、Raspberry Piに戻り、`CTRL + c`を押して`lora_pkt_fwd`を停止します。その後、先ほど使用した`global_conf.json.sx1250.xxxx`設定ファイルをテキストエディタ`nano`で編集します：

# モジュールに応じて以下のコマンドのいずれかを選択してください
# WM1302 LoRaWAN ゲートウェイモジュール (SPI) - EU868の場合
nano global_conf.json.sx1250.EU868

# WM1302 LoRaWAN ゲートウェイモジュール (USB) - EU868の場合
nano global_conf.json.sx1250.EU868.USB

# WM1302 LoRaWAN ゲートウェイモジュール (SPI) - US915の場合
nano global_conf.json.sx1250.US915

# WM1302 LoRaWAN ゲートウェイモジュール (USB) - US915の場合
nano global_conf.json.sx1250.US915.USB

基本的に、以下のパラメータを変更する必要があります："gateway_ID" "server_address" "serv_port_up" "serv_port_down"。これらは設定ファイルの末尾にあります。Gateway Server addressを"server_address"にコピーし、"serv_port_up"と"serv_port_down"を1700に変更します。これらのパラメータは以下のように編集されるべきです：

"gateway_conf": {
    "gateway_ID": "AA555A0000000000",
    /* デフォルトのサーバーアドレス/ポートに変更 */
    "server_address": "eu1.cloud.thethings.network",
    "serv_port_up": 1700,
    "serv_port_down": 1700,

これらの変更を保存するには、CTRL + xを押し、その後yを押して、最後にEnterを押してテキストエディタを閉じます。

lora_pkt_fwdを再起動すると、Raspberry PiゲートウェイがTTNv3に接続されていることが確認できます。

# モジュールに応じて以下のコマンドのいずれかを選択してください
# WM1302 LoRaWAN ゲートウェイモジュール (SPI) - EU868の場合
./lora_pkt_fwd -c global_conf.json.sx1250.EU868

# WM1302 LoRaWAN ゲートウェイモジュール (USB) - EU868の場合
./lora_pkt_fwd -c global_conf.json.sx1250.EU868.USB

# WM1302 LoRaWAN ゲートウェイモジュール (SPI) - US915の場合
./lora_pkt_fwd -c global_conf.json.sx1250.US915

# WM1302 LoRaWAN ゲートウェイモジュール (USB) - US915の場合
./lora_pkt_fwd -c global_conf.json.sx1250.US915.USB

ソース

Semtech SX1302 データシート

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技術サポート & 製品ディスカッション

技術的な問題がある場合は、フォーラムにご投稿ください。

弊社製品をお選びいただきありがとうございます！お客様が弊社製品をスムーズにご利用いただけるよう、さまざまなサポートを提供しております。お客様のご希望やニーズに応じた複数のコミュニケーションチャネルをご用意しています。

特徴​

ハードウェア概要​

図解​

ピン配置​

仕様​

アプリケーション​

寸法​

はじめに​

SPIバージョンとUSBバージョンの違い​

WM1302のクイックスタート​

必要なハードウェア​

必要なソフトウェア​

ステップ1. WM1302 Raspberry Pi Hatの取り付けとWM1302モジュールのインストール​

ステップ2. RaspbianのI2CおよびSPIインターフェースを有効化​

Step3. SX1302ソースコードの取得とコンパイル​

Step4. Semtech SX1302パケットフォワーダーの実行​

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