Du hast ein paar LoRaWAN-Sensoren gekauft, im Keller oder auf dem Grundstück ist aber kein öffentliches Gateway in Reichweite, und in der Schublade liegt noch ein Raspberry Pi 4. Die kurze Antwort: Mit dem RAK5146 Pi HAT machst du aus diesem Raspberry Pi ein vollwertiges LoRaWAN-Gateway mit acht Kanälen, das sich mit The Things Network oder einem eigenen ChirpStack-Server verbindet. Du steckst das Konzentratormodul auf die Trägerplatine, setzt beides auf den 40-Pin-Header, schraubst die Antenne an und spielst eine passende Gateway-Software auf. Wenn du einem unterstützten Weg folgst, ist das an einem Nachmittag erledigt.
Schwierig wird es selten bei der Montage, sondern bei den Entscheidungen davor: SPI oder USB, welche Pi-Generation, welche Software und welches Protokoll zum Netzwerkserver. Wer hier eine Anleitung für die falsche Variante erwischt, sucht stundenlang nach einem Fehler, der eigentlich ein Konfigurationsfehler ist. Darum geht es in den folgenden Abschnitten der Reihe nach, mit den Zahlen aus den Herstellerunterlagen und den typischen Stolperstellen.
Was ist ein Raspberry Pi LoRaWAN HAT?
HAT steht für „Hardware Attached on Top“: eine Erweiterungsplatine, die direkt auf die 40-polige Stiftleiste des Raspberry Pi gesteckt wird und darüber Strom, GPIOs und Schnittstellen wie SPI bezieht. Unter dem Begriff LoRaWAN HAT werden allerdings zwei sehr unterschiedliche Dinge verkauft, und genau hier passiert der häufigste Fehlkauf.
Die eine Sorte trägt einen einzelnen LoRa-Transceiver, etwa einen SX1262 oder SX1276. Damit kann der Pi selbst als Endgerät funken oder ein sogenanntes Single-Channel-Gateway spielen. Ein solches Gateway hört aber nur auf einem Kanal und einem Spreading Factor gleichzeitig, während deine Sensoren zwischen mehreren Kanälen springen. Ein Großteil der Pakete geht so verloren, und The Things Network rät ausdrücklich davon ab, solche Aufbauten an sein Netz zu hängen.
Die andere Sorte trägt einen Gateway-Konzentrator. Der RAK5146 basiert auf dem Semtech SX1303, einem Basisband-Prozessor, der laut RAKwireless acht Kanäle überwacht, Spreading Factors von SF5 bis SF12 parallel auswertet und bis zu 16 Pakete gleichzeitig demodulieren kann. Das ist dieselbe Funkarchitektur, die in kommerziellen Indoor- und Outdoor-Gateways steckt. Erst damit wird aus einem Raspberry Pi ein echtes LoRaWAN-Gateway, das sich gegenüber dem Netzwerkserver wie jedes andere Gateway verhält. Wie ein Konzentratormodul intern arbeitet, ist ein eigenes Thema; für den Selbstbau reicht es zu wissen, dass du genau so ein Modul brauchst.
Was ist im RAK5146 Pi HAT Kit enthalten?
Das Kit, um das es hier geht, ist die Ausführung für EU868 mit SPI-Schnittstelle und ohne GPS (RAKwireless SKU 815024). Im Karton liegen vier Teile:
- 1× RAK5146-Konzentratormodul, SPI-Version, EU868, im Mini-PCIe-Format
- 1× RAK5146/RAK2287 Pi HAT, die Trägerplatine mit Mini-PCIe-Steckplatz und 40-Pin-Buchse
- 1× LoRa-Antenne mit MHF-Anschluss
- 1× Set aus Abstandshaltern und Muttern
Nicht enthalten sind Raspberry Pi, Netzteil, microSD-Karte und Gehäuse. Das ist kein Mangel, sondern der Sinn des Kits: Du entscheidest selbst, welchen Host du verwendest und wie der Aufbau am Ende verpackt wird.
Laut Datenblatt sendet der RAK5146 mit bis zu 27 dBm und erreicht bei SF12 und 125 kHz Bandbreite eine Empfindlichkeit von −139 dBm. Die 27 dBm sind die technische Obergrenze des Moduls; in Europa begrenzt die Gateway-Software die Sendeleistung auf das, was im EU868-Band zulässig ist. Spannender für die Reichweite ist ohnehin die Empfindlichkeit, denn ein Gateway empfängt die meiste Zeit und sendet nur für Bestätigungen und Downlinks.
„Ohne GPS“ bedeutet: Auf diesem Modul ist kein GNSS-Empfänger bestückt. Für den normalen Betrieb mit Sensoren der Klasse A brauchst du ihn nicht. Relevant wird GPS erst, wenn du Class-B-Geräte mit zeitgesteuerten Empfangsfenstern betreiben oder Funkpakete über präzise Zeitstempel orten willst. Den Gateway-Standort trägst du in diesem Fall einfach von Hand in der Konsole des Netzwerkservers ein.
LoRaWAN-Gateway selber bauen: Was brauchst du außer dem Raspberry Pi?
Neben Kit und Pi gehören vier Dinge auf die Einkaufsliste, und an jedem davon scheitern Selbstbau-Gateways in der Praxis häufiger als am Funkmodul.
Erstens ein ordentliches Netzteil. Für einen Raspberry Pi 4 ist das offizielle USB-C-Netzteil mit 5,1 V und 3 A die sichere Wahl, für einen Pi 3B+ eines mit 5,1 V und 2,5 A über Micro-USB. Das Konzentratormodul hängt über den HAT an derselben Versorgung. Ein altes Handy-Ladegerät liefert unter Last oft zu wenig Spannung; der Pi meldet dann Unterspannung, und der Konzentrator verliert sporadisch die Verbindung, was im Log wie ein Softwarefehler aussieht.
Zweitens eine microSD-Karte mit mindestens 16 GB von einem Markenhersteller, am besten eine Variante für Dauerbetrieb. Ein Gateway schreibt rund um die Uhr Logs, und billige Karten geben nach einigen Monaten auf. Wenn du ein Image verwendest, das Logs im Arbeitsspeicher hält, verlängert das die Lebensdauer deutlich.
Drittens eine Netzwerkverbindung. Ethernet ist die robusteste Lösung, WLAN funktioniert für ein Indoor-Gateway aber auch. Entscheidend ist, dass ausgehende Verbindungen zum Netzwerkserver nicht von einer Firewall blockiert werden.
Viertens ein Gehäuse mit Platz für den HAT und einer sauberen Antennenführung. Die MHF-Buchse auf dem Modul ist winzig und nur für wenige Dutzend Steckzyklen ausgelegt. Wenn die Antenne außen am Gehäuse sitzen soll, brauchst du ein kurzes Adapterkabel auf SMA, das zugentlastet befestigt wird. Für den Betrieb im Freien ist ein offener Pi-Aufbau ohne wetterfestes Gehäuse keine Option.
SPI oder USB: Welche RAK5146-Variante brauchst du?
Den RAK5146 gibt es in mehreren Ausführungen: mit SPI- oder USB-Schnittstelle, mit oder ohne GPS, teils mit Listen Before Talk, und für verschiedene Frequenzbänder von EU868 über US915 bis AS923. Äußerlich sehen die Module fast identisch aus, die Software behandelt sie aber völlig unterschiedlich.
Bei der SPI-Variante spricht der Raspberry Pi über die SPI-Leitungen der Stiftleiste direkt mit dem SX1303, und ein GPIO-Pin steuert den Reset des Konzentrators. Das ist auf einem Pi HAT der natürliche Weg: kurze Leitungen, kein zusätzliches Kabel, breite Unterstützung in allen gängigen Gateway-Programmen. Die USB-Variante meldet sich dagegen als USB-Gerät beim Host und wird über einen eigenen Treiberpfad angesprochen. Sie ist vor allem dort interessant, wo der Host gar keine SPI-Schnittstelle nach außen führt oder das Modul in einem Mini-PCIe-Steckplatz eines anderen Rechners sitzen soll.
Für den Raspberry Pi mit HAT ist SPI deshalb die naheliegende Wahl, und genau diese Variante steckt im hier beschriebenen Kit. Der typische Fehler danach: Du folgst einer Anleitung, die für die USB-Version geschrieben wurde, oder wählst im Installationsmenü das falsche Modell aus. Die Software sucht dann am falschen Anschluss, findet nichts, und der Packet Forwarder bricht beim Start mit einem Fehler zur Konzentrator-Initialisierung ab.
Ebenso fest ist das Frequenzband. Ein EU868-Modul hat Filter und Abstimmung für 863 bis 870 MHz; ein Umstellen auf US915 per Konfigurationsdatei macht daraus kein amerikanisches Gateway. In Deutschland und dem Rest der EU ist EU868 richtig.
Welcher Raspberry Pi passt zum RAK5146?
RAKwireless nennt in seiner Schnellstart-Anleitung für den RAK5146 den Raspberry Pi 3B+ und den Raspberry Pi 4. Beide haben den 40-Pin-Header, ausreichend Rechenleistung und werden von allen gängigen Gateway-Images unterstützt. Ein Packet Forwarder braucht nur wenige Prozent CPU und wenig Arbeitsspeicher; ein Pi 4 mit 2 GB ist für ein reines Gateway mehr als genug. Erst wenn auf demselben Gerät zusätzlich ein kompletter ChirpStack-Netzwerkserver mit Datenbank laufen soll, lohnt sich mehr RAM.
Beim Raspberry Pi 5 ist Vorsicht angebracht. Er steuert seine GPIOs über einen neuen Peripheriechip, und dadurch hat sich die Nummerierung der Pins unter Linux geändert. Ältere Reset-Skripte für SX1302- und SX1303-Konzentratoren greifen deshalb ins Leere: Der Konzentrator wird nicht zurückgesetzt und lässt sich nicht starten. Neuere Softwarestände haben das teilweise angepasst. Prüfe vor dem Kauf, ob die Software, die du verwenden willst, den Pi 5 zusammen mit einem SPI-Konzentrator ausdrücklich unterstützt. Wenn du nur einen Pi 5 hast, ist ChirpStack Gateway OS ein guter Ausgangspunkt, weil es Images für den Pi 5 anbietet.
Ein Pi Zero hat zwar ebenfalls den 40-Pin-Header, ist aber deutlich kleiner als der HAT und für den Dauerbetrieb als Gateway eher knapp bemessen. Andere Einplatinenrechner mit Pi-kompatibler Stiftleiste können funktionieren, allerdings nur, wenn Pinbelegung, SPI-Treiber und Reset-Pin genau zu der Software passen, die du einsetzt. Für den ersten Aufbau ist eine dokumentierte Kombination aus Pi 3B+ oder Pi 4 und einem offiziellen Image deshalb der kürzeste Weg zum laufenden Gateway.
Raspberry Pi LoRa-Gateway einrichten: Welche Software brauchst du?
Für das Gateway brauchst du zwei Softwarebausteine: einen Treiber für den SX1303 und ein Programm, das die empfangenen Pakete an einen Netzwerkserver weiterleitet. In der Praxis gibt es drei Wege, die das schon fertig bündeln.
Der einfachste ist das vorkompilierte Gateway-Image von RAKwireless auf Basis von Raspberry Pi OS. Du schreibst es mit einem Tool wie balenaEtcher auf die microSD-Karte, startest den Pi und richtest alles über das Menü sudo gateway-config ein: Netzwerkserver wählen, Frequenzplan wählen, fertig. Die Gateway-EUI zeigt dir sudo gateway-version an.
Der zweite Weg ist ein frisches Raspberry Pi OS Lite, auf dem du selbst installierst. Dann aktivierst du zuerst über raspi-config die SPI-Schnittstelle und installierst anschließend entweder den Semtech Packet Forwarder aus dem sx1302_hal-Paket oder LoRa Basics Station. Das ist mehr Arbeit, gibt dir aber volle Kontrolle über Versionen und Konfiguration.
Der dritte Weg ist ChirpStack Gateway OS, ein schlankes, auf OpenWrt basierendes System. Dessen Komponente ChirpStack Concentratord unterstützt den RAK5146 für EU868 als Modell „rak_5146“. Über die Weboberfläche wählst du Chipsatz, Modell und Kanalplan und leitest die Daten entweder per MQTT an einen ChirpStack-Server oder über den UDP Forwarder an einen anderen Netzwerkserver weiter. Das „Full“-Image bringt sogar einen kompletten ChirpStack-Netzwerkserver auf dem Pi selbst mit, praktisch für ein Testlabor ohne Cloud.
Unabhängig vom Image entscheidest du dich außerdem für ein Protokoll zum Server. Der klassische Semtech-UDP-Weg ist simpel, überträgt aber unverschlüsselt und ohne Authentifizierung. Basic Station baut eine TLS-gesicherte WebSocket-Verbindung auf und authentifiziert das Gateway per Schlüssel. Für eine neue Installation bei The Things Network ist Basic Station deshalb die sauberere Wahl; UDP bleibt der schnelle Weg für Tests und für Server, die nichts anderes sprechen.
Raspberry Pi Gateway mit The Things Network verbinden: Wie geht das?
Die Anbindung an The Things Network läuft in drei Schritten: Gateway-EUI ermitteln, Gateway in der Konsole registrieren, Software auf den richtigen Server zeigen lassen.
Die Gateway-EUI ist die 64-Bit-Kennung deines Gateways. Die Images zeigen sie dir an; üblicherweise wird sie aus der MAC-Adresse der Ethernet-Schnittstelle gebildet, indem in der Mitte FFFE eingefügt wird. Notiere sie exakt, denn ein vertauschtes Zeichen ist der häufigste Grund, warum ein Gateway in der Konsole nie als verbunden erscheint.
In der Konsole von The Things Stack wählst du den europäischen Cluster eu1, legst ein neues Gateway an, trägst die EUI ein und wählst den Frequenzplan „Europe 863-870 MHz (SF9 for RX2 – recommended)“. Dieser Frequenzplan muss zu dem passen, was du auf dem Gateway eingestellt hast.
Nutzt du den UDP-Weg, trägst du auf dem Gateway als Serveradresse eu1.cloud.thethings.network mit Port 1700 für Up- und Downlink ein. Bei Basic Station lautet die Adresse wss://eu1.cloud.thethings.network:8887. Zusätzlich erzeugst du in der Konsole einen API-Schlüssel mit dem Recht, Uplinks zu schreiben und Downlinks zu lesen, und hinterlegst ihn auf dem Gateway. Kopiere den Schlüssel sofort, denn die Konsole zeigt ihn nur ein einziges Mal an.
Ob alles stimmt, siehst du nach wenigen Minuten: Das Gateway steht in der Konsole auf „Connected“, und unter Live Data erscheinen die Pakete eines Sensors in der Nähe. Bleibt der Status auf „Disconnected“, prüfst du in dieser Reihenfolge EUI, Cluster, ausgehende Ports in der Firewall und erst danach die Funkseite.
Raspberry Pi oder fertiges LoRaWAN-Gateway: Was ist besser?
Technisch funken beide gleich gut, denn ein selbst gebautes Gateway mit RAK5146 nutzt denselben SX1303-Konzentrator wie viele fertige Geräte. Der Unterschied liegt in allem drumherum. Die folgende Übersicht zeigt, wo die beiden Ansätze auseinandergehen.
| Kriterium | Raspberry Pi mit RAK5146 Pi HAT | Fertiges LoRaWAN-Gateway |
|---|---|---|
| Aufbau | Selbst montieren, Image wählen und konfigurieren | Auspacken, anschließen, im Webinterface einrichten |
| Gehäuse und Montage | Selbst lösen, für außen aufwendig | Indoor- oder wetterfeste Outdoor-Gehäuse ab Werk |
| Software | Frei wählbar, voller Zugriff auf das Linux-System | Herstellerfirmware, je nach Modell offen oder geschlossen |
| Stromversorgung | USB-Netzteil des Pi | Oft PoE oder 12 V, teils mit Überspannungsschutz |
| Pflege | Betriebssystem, Speicherkarte und Updates in deiner Hand | Firmware-Updates vom Hersteller |
| Typischer Einsatz | Labor, Prototyp, Lernprojekt, eigener ChirpStack-Server | Dauerbetrieb, Outdoor, Kundeninstallationen |
Die Tabelle zeigt das Muster: Der Raspberry Pi gewinnt bei Flexibilität und beim Lernen, das fertige Gateway bei Robustheit und Wartungsaufwand. Wenn du verstehen willst, was ein Gateway intern tut, eine eigene Software ausprobieren oder ChirpStack lokal betreiben möchtest, ist der Selbstbau ideal. Dasselbe gilt für ein Indoor-Gateway im eigenen Haus, das bei einem Ausfall niemanden außer dir stört.
Für Installationen, die jahrelang ohne Eingriff laufen sollen, im Freien hängen oder bei Kunden betrieben werden, ist ein fertiges Gerät meist die bessere Wahl. Dort ist die Kombination aus Gehäuse, Stromversorgung und Firmware bereits getestet und als Gesamtgerät zertifiziert; beim Selbstbau bist du dagegen selbst der Integrator. Preislich landen Kit, Pi, Netzteil, Karte und Gehäuse zusammen oft in einer ähnlichen Größenordnung wie ein einfaches Indoor-Gateway, der Selbstbau ist also selten ein reines Sparprojekt.
Raspberry Pi LoRaWAN HAT kaufen: Worauf solltest du achten?
Bevor du bestellst, gehst du am besten die Punkte aus diesem Artikel noch einmal durch. Achte zuerst darauf, dass der HAT einen echten Gateway-Konzentrator wie den SX1303 trägt und nicht nur einen einzelnen LoRa-Transceiver, denn nur dann empfängt er auf acht Kanälen parallel. Danach prüfst du das Frequenzband: Für Deutschland und die EU muss es EU868 sein, ein Umstellen per Software ist nicht möglich. Bei der Schnittstelle ist SPI auf einem Pi HAT der einfachste Weg; eine USB-Variante braucht eine andere Konfiguration. GPS benötigst du nur für Class B oder Ortung über Zeitstempel. Wähle außerdem einen Raspberry Pi, den deine Software ausdrücklich unterstützt, am sichersten einen Pi 3B+ oder Pi 4, und plane Netzteil, microSD-Karte und Gehäuse gleich mit ein.
Wenn du die Teile für dein Raspberry Pi LoRaWAN-Gateway zusammenstellen willst, findest du das RAK5146 Pi HAT Kit und weitere Gateway-Konzentratoren in unserer Kategorie Funkmodule.