Was ist die Technologie hinter LoRa Frequenz

LoRa frequency range

LoRa verwendet die CSS (Chirp Spread Spectrum) Modulation, die eine Frequenzspreizung Verfahren als Modulationstechnik verwendet. Sogenannte Chirp-Impulse werden als Symbole gesendet, die Erhöhung oder kontinuierlich über die Zeit in LoRa Frequenz verringern. Die Datenübertragung wird dann durch die aufeinanderfolgende Sequenz dieser Chirp-Impulse realisiert.

LoRa Frequenz

Besondere Eigenschaften

Da arbeitet LoRa in den ISM-Frequenzbändern (433 MHz, 868 MHz und 915 MHz), die abgestrahlte Sendeleistung ist begrenzt,. Um eine größere Funkbereich als herkömmliche Modulationsarten, wie beispielsweise haben FSK Zur Erreichung (Frequency Shift Keying), die Empfängerempfindlichkeit wurde mit LoRa deutlich verbessert. Der LoRa Empfänger kann immer noch erfolgreich empfangen und entschlüsseln ein nützliches LoRa Signal bis zu 20 dB unterhalb des Rauschpegels, was zu einer Empfängerempfindlichkeit von höchstens -149 dBm. ca. Vergleich zur maximalen FSK Empfindlichkeit. -125 dBm -130 dBm, LoRa bietet eine signifikante Verbesserung. Mit dem FSK-Empfänger, das Signal kann nur dann erfolgreich, wenn das Nutzsignal ca. decodiert werden soll,.

LoRa-Frequenz-und-Signalstärke

Dank der Eigenschaft, dass LoRa noch erfolgreich ein Nutzsignal erhalten bis zu 20 dB unterhalb des Rauschpegels, die Robustheit gegenüber Funkstörungen ist deutlich besser als die von FSK. FSK-Systeme nur dann richtig funktionieren, wenn das Störsignal zumindest 10 dB schwächer ist als das Nutzsignal. Im besten Fall, LoRa Systeme können immer noch das Nutzsignal empfangen, wenn die Signalinterferenz 20 dB stärker als das Nutzsignal.

Einschränkungen

Von der Grafik über Sie sehen können, dass LoRa empfangen kann über 30 dB schwächer als die Signale mit FSK. jedoch, gibt es zwei Einschränkungen, dass etwas mit diesem großen Unterschied relativieren.

• Zuerst, die LoRa Modulation wird als die FSK-Modulation Breitband, was bedeutet, dass der Rauschpegel des Empfängers LoRa ist im allgemeinen höher als die des FSK-Empfängers. Speziell, die Bandbreite verdoppelt erhöht den Geräuschpegel durch 3 dB.
• Zweitens:, LoRa kann nur ein Nutzsignal erhalten bis zu 20 dB unter dem Rauschpegel bei sehr langsamen Datenraten von ≤ 0.5 kbit / s. Sobald die Datenrate erhöht wird, entweder die negativen Signal-Rausch-Verhältnis erhöht sich weiter in Richtung Null oder die Bandbreite weiter zu erhöhen, was wiederum erhöht den Geräuschpegel.

Vergleichsmessung zwischen LoRa und FSK

Um herauszufinden, wie gut LoRa wirklich ist, Ein direkter Vergleich zwischen LoRa und FSK soll durchgeführt werden,. Für diesen Zweck, unsere bisher verwendeten Standard-FSK-Transceiver (CC1020 und CC1101) mit den Daten aus dem LoRa verglichen / FSK-Transceiver SX1261.

TransceiverModulation 

Max-Empfindlichkeit entsprechend dem Datenblatt

DatenrateRX- Bandbreite
CC1020FSK-118 dBm2.4 kBit / s12.5 kHz
CC1101FSK-116 dBm0.6 kBit / s58 kHz
SX1261FSK-125 dBm0.6 kBit / s4 kHz
SX1261LoRa-149.2 dBm0.02 kBit / s8 kHz

Nach den Informationen aus den Datenblättern, LoRa erreicht mindestens ein 24dB besser maximale Empfindlichkeit als mit den besten FSK-Transceiver (SX1261). Im Vergleich zu den alten FSK-Transceiver (CC1020 und CC1101), die maximale Empfindlichkeit ist auch 31 oder 33 dB besser. Da kann davon ausgegangen wird, dass das Funkreichweite für jeden verdoppelt werden kann 10 dB mehr Empfindlichkeit, ein 4 zu 8 mal die Funkreichweite sollte mit LoRa im Vergleich zu FSK möglich sein.

jedoch, es ist auch bemerkenswert, dass die maximale LoRa Empfindlichkeit mit einer extrem langsamen Datenrate von nur erreicht wird, 0.02 kbit / s. Um einen direkten zu erhalten, sinnvollen Vergleich zwischen den verschiedenen Transceivern, die Empfindlichkeit aller Transceiver mit der gleichen Datenrate bestimmt. Nach Semtech des Herstellers, LoRa würde zu erreichen, haben über 7 zu 10 dB höhere Empfindlichkeit bei der gleichen Datenrate als FSK.

Unsere eigenen Messungen haben folgende Ergebnisse erbracht:

DatenrateEmpfindlichkeit
CC1020CC1101SX1261SX1261
FSKFSK dBmFSKLoRa
1.2 kBit / s-117 dBm-112 dBm-123 dBm-129 dBm
2.4 kBit / s-117 dBm-111 dBm-121 dBm-126 dBm
4.8 kBit / s-114 dBm-109 dBm-118 dBm-123 dBm
9.6 kBit / s-112 dBm-107 dBm-116 dBm-120 dBm

Der SX1261 Transceiver mit LoRa Modulations Erzielt 4 – 6 dB höhere Empfindlichkeit als bei FSK-Modulation. Im Vergleich zum CC1020 8 – 11 dB und im Vergleich zum CC1101 13 – 17 dB höhere Empfindlichkeit erreicht. Es fällt auf, dass die die Datenrate niedriger gewählt wird,, die mehr Empfindlichkeitsverstärkung kann mit LoRa erreicht werden.

Ein andere Ansicht zeigt das Energiesparpotenzial von Lora. Um die gleiche Empfindlichkeit wie bei FSK zu erreichen, etwa 4 mal die Datenrate kann mit LoRa verwendet werden. Das gleiche Funk-Telegramm wird so 4 Zeiten kürzer und der Energieverbrauch sinkt auch um einen Faktor 4.

Fazit:

Wie bei allen Funktransceiver, die maximale Empfindlichkeit von LoRa -149 dBm ist nur bei der niedrigsten Datenrate erreicht. Diese Datenrate für LoRa ist nur ca.. 0.02 kbit / s und ist daher unbrauchbar für viele Anwendungen. jedoch, wenn eine solche niedrige Datenraten verwendet werden,, 4 mal die Funkreichweite ist theoretisch möglich, im Vergleich zu modernen FSK-Transceiver.

Wenn die LoRa Datenrate erhöht 1.2 kBit / s 10 kBit / s, LoRa erreicht ca.. 4-6 dB höhere Empfindlichkeit im Vergleich zu modernen FSK-Transceiver. Im Vergleich zu älteren FSK-Transceiver wie die CC1101 oder CC1020, das Funkreichweite kann sogar mit LoRa verdoppelt oder verdreifacht werden.

Es gibt eine interessante Energiesparoption in Anwendungen, bei denen der Strom FSK Empfindlichkeit war ausreichend. Wenn die gleiche Empfindlichkeit ist mit LoRa zu erreiche, kann die Datenrate um den Faktor erhöht werden 4 im Vergleich zu FSK, wodurch der Energieverbrauch kann auch um einen Faktor reduziert werden 4.

Für uns, LoRa Technologie stellt eine interessante Alternative für Anwendungen mit Datenraten bis zu 10 kbit / s, da das Funkreichweite kann zu den älteren Transceiver massiv im Vergleich erhöht werden. Von besonderem Interesse für uns ist die Möglichkeit, das LoRaWAN Netz von Verbindungs, da dies bedeutet, dass IoT-Anwendungen können praktisch überall mit dem Internet verbunden werden,.

Mit unserem LoRa Modul “TRX433-70” wir sind für zukünftige innovative LoRa Projekte bereit.

Funkübertragung mit LoRa

Die Zählerstände, Schaltbefehle und andere Informationen können von der Konzentrator-Modul an den Router zurück und in einer Vielzahl von Wegen übertragen werden,. Wenn die Übertragung per Kabel nicht möglich oder zu teuer, Funkübertragung mit LoRa kann eine Alternative für die Fernauslesung sein.

Der LoRa Funkstandard

LoRa steht für Long Range, d.h.. hoch (Radio) und Reichweite ist ein alternativer Funkstandard zu den bekannten Technologien wie UMTS oder LTE. In vielen Ländern, LoRa hat mich bereits in dem so genannten Internet der Dinge für einen Kommunikationsstandard als Basis etabliert (IoT), für Maschine-zu-Maschine (M2M) Kommunikation und für die Industrie und smart city-Anwendungen.

Der LoRa Funkstandard, wie andere Funktechnologien, verwendet die LoRa Frequenzbänder frei von den lizenzfreien ISM-Bändern (industriell, Wissenschaft und Medizin). In Europa, das sind die Bänder in der 433 und 868 MHz-Bereich. Durch ein spezielles Funkverfahren mit, die sogenannte Frequenzspreizung, die Technologie ist fast immun gegen Störungen. Der Bereich zwischen Sender und Empfänger ist zwischen 2 und 15 km, abhängig von der Umgebung und der verbauten Fläche. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit -137 dBm, hohe Durchdringung von Gebäuden erreicht werden kann. Die Funksignale dringen tief in das Innere von Gebäuden und Kellern. Vor allem auf Campingplätzen, wo die metallischen Abdeckungen der Wohnwagen und Mobilheime schwächen oft die Signalstärke des WLAN, Funkübertragung mit LoRa ist hier überlegen. Die Datenrate bei Lora ist zwischen 0.3 und 50 kbit / s.

Anwendungen für LoRa

LoRa wird hauptsächlich in Anwendungen eingesetzt, in denen nur sehr wenige Daten sind in einem sehr energiesparend über eine lange Distanz übertragen werden. Diese Daten werden in der Regel Werte gemessen, Statussignale oder manipulierten Werten.

Die Unterschiede zwischen dem WLAN, LoRa und Mobilfunk

WLAN und Mobilfunk sind so ausgelegt, große Datenmengen zu übertragen. Relativ kurze Bereiche werden akzeptiert. LoRa, auf der anderen Seite, wird für die Übertragung kleiner Datenmengen über große Entfernungen optimiert. Die folgende Tabelle zeigt einige Unterschiede zwischen den verschiedenen Funkstandards.

 

WLANLorazellular
Rang<100 m2.000-3.000(Stadt)

>10.000 m (Land)

<300 m (Stadt)

<10.000 m (Land)

 

Max. Datenrate

6.933 Mbit / s50 kbit / s1.000 Mbit / s
KostenMittelNiedrigSehr hoch
LoRa Frequenz2.4 GHz

5 GHz

60 GHz

433 MHz

868 MHz

800 MHz

900 MHz

1.800 MHz

2.100 MHz

2.600 MHz

Max. Übertragungsleistung1.000 mW25 mW20-50 w (Basisstation)

200 Mw (Endgeräte)

LoRaWAN (Langstrecken-Wide Area Network)

Low Power WANs (LPWANs) sind Netzkonzepte für das Internet der Dinge (IoT) und Maschine-zu-Maschine-Kommunikation (M2M). LPWANs sind dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Entfernung von bis zu bedecken 50 km und benötigen sehr wenig Energie. Es gibt verschiedene technische Ansätze, um die LPWANs Realisierung. Einer von ETSI: ETSI GS LTN, andere Namen sind LoRaWAN, Schwerelos und RPMA, das steht für Random Phase Multiple Access.

So dass die überbrückbare Entfernung ist nicht zu viel von der Freiraumdämpfung beeinträchtigt, einige der Konzepte LPWAN genannte Verwendung Frequenzen in ISM-Bändern an 433 MHz und 868 MHz. Wenige auch Arbeit im ISM-Band bei 2.4 GHz.

Beispielsweise, in Bezug auf SigFox als LoRaWAN (Long Range Wide Area Network), es nutzt die ISM-Band bei 868 MHz (USA 915 MHz) in Europa. Die verbrückbaren Entfernungsbereich ist über 5 km im Stadtgebiet und über 15 km außerhalb der Stadt. Es gibt auch Funkgeräte im Frequenzbereich von LoRa 2.4 GHz, mit denen eine Reihe von 10 km überbrückt werden. LoRa Übertragung ist eine Kombination der Chirp Spread Spectrum (CSS) und Software Defined Radio (SDR). Ein wesentlicher Vorteil ist, dass Signale, die bis zu 20 dB unter dem Rauschpegel immer noch erkannt werden. Das LoRaWAN Konzept unterstützt die bidirektionale Kommunikation, Mobilität und standortbasierte Dienste.

KennwerteLoRaWAN
 

Frequenzbereich

 

ISM-Band, 433 MHz, 868 MHz (US), 915 MHz (USA)

ModulationChirp Spread Spectrum (CSS)
Kanal britischen8*125 kHz (US),

64*125kHz,8*125kHz(USA)

 

Packungsgrösse

 

durch den Benutzer bestimmt

Datenblatt Up / Down300 bit / s 50 kbit / s (US)

900 bit/s bis 100 kbit / s(USA)

 

Topologie

 

Sterntopologie

 

Entfernung

Bis zu 5 km in bebauten Gebieten

Bis zu 15 km im ländlichen Raum

 

Die Endgeräte sind mit einer Basisstation verbunden, was wiederum empfängt die Information von einem Backbone über TCP verschlüsselt / IP und das SSL-Protokoll.
Um sicherzustellen, dass die Lebensdauer der Batterie der End-Komponenten ist so lange wie möglich, alle Datenraten und die HF-Ausgangssignale werden durch das LoRaWAN Netzwerk und die End-Komponenten werden gesteuert über eine adaptive Datenrate verwaltet (ADR). Es gibt drei Endgeräteklassen: Geräte der Klasse A können bidirektional kommunizieren und ein geplantes Übertragungsfenster im Uplink haben, Geräte der Klasse B haben auch ein geplantes Übertragungsfenster im Downlink und das Übertragungsfenster für Klasse-C-Geräte sind ständig offen. Die LoRaWAN Technologie wird durch die LoRa Allianz standardisiert.

LoRaWan – Rahmen für drahtlose Netzwerke

LoRaWan ist eine Spezifikation und beschreibt einen Rahmen für drahtlose Netzwerke. Es wird in Netzwerken mit wenig Datenverkehr verwendet, beispielsweise in Sensornetzwerken. LoRaWan (LongRangeWideAreaNetwork) ist ein sogenanntes LPWAN (Low Power Wide Area Network) Protokoll. Dieser Artikel zeigt die Frequenzen von LoRaWan und die zur Verfügung stehenden Klassen von Endgeräten verwendet.

LoRa Frequenz variiert in den verschiedenen Regionen der Welt. jedoch, es ist hier notwendig, um weitere Informationen zu erhalten, bevor eine LoRa Gerät, um die richtige Frequenz einstellen Inbetriebnahme. Die folgende Tabelle zeigt die richtigen Frequenzen für jedes Land oder Kontinent:

LoRaWan ist auch wie eine Sterntopologie behandelt. Gateways weiterleiten Nachrichten von den Endgeräten zu einem bestimmten Zugangsserver. Die Gateways werden über die Standard-Server über Standard-Internet-Verbindungen verbunden.

bidirektionale Geräte
Es gibt drei Haupt bidirektionale Klassen behandelt durch End:

Klasse a

Die Uplink-Daten stammen, immer von der Endvorrichtung. Die Uplink-Nachricht wird, gefolgt von 2 kurze Empfangsfenster für die Downlink-Nachrichten. Diese Downlink-Nachrichten können auch als auch für Geräteparameter für Bestätigungsmeldungen enthalten sein. Da die Kommunikation zwischen dem Endgerät und dem Gateway wird immer nur vom Terminal sein, es kann zwischen den detaillierten neuen Geräteparameter und die Umsetzung des Terminals eine Wartezeit sein.

Zwischen den tatsächlichen Kontakten Übertragungszeit, Geräte der Klasse A können ihre LoRa Modul vollständig in einen Energiesparmodus versetzt. Dadurch wird die Energieeffizienz ändern.

Klasse b

Klasse b, andere Klasse A Schuld Fenster, werden weitere Empfangsfenster. Geräte der Klasse B werden über zyklisch gesendet Baken synchronisiert. Diese Baken verwendet werden, um die Kommunikation, und andere Empfangs Fenster geöffnet sind zu anderen Zeiten. Der Verlust ist, dass die Latenzzeit im voraus bestimmt werden kann, der Verlust des Energieverbrauchs als Bestandteil Nummer. jedoch, der Energieverbrauch bleibt niedrig genug für batteriebetriebene Anwendungen.

Klasse C

Class C reduziert signifikant die Latenz für den Downlink, da das Empfangsfenster des Endgerätes wird immer so lange zu hören, wie das Gerät selbst keine Nachricht nicht geben. Aus diesem Grund, der vertrauenswürdige Server kann eine Downlink-Übertragung starten. Eine zeitliche Änderung zwischen Klasse A und C ist besonders wichtig bei batteriebetriebenen Rechtsverträgen, beispielsweise, “Firmware-over-the-air” Aktualisierung.

RegionDie LoRa Frequenz
Europa863-870 MHz

433 MHz

UNS902-928 MHz
China470-510 MHz

779-787 MHz

australisch915-928 MHz
indisch865-867 MHz
Asien433 MHz
Nordamerika915 MHz