¿Qué es la tecnología detrás de frecuencia LoRa

LoRa frequency range

LoRa utiliza el CSS (Chirp Spread Spectrum) modulación que utiliza un método de difusión de frecuencia como una técnica de modulación. Los llamados impulsos chirp se envían como símbolos, que aumentan o disminuyen en frecuencia LoRa continuamente con el tiempo. La transmisión de datos se realiza a continuación, por la secuencia secuencial de estos impulsos chirp.

frecuencia LoRa

Propiedades especiales

Desde LoRa funciona en las bandas de frecuencia ISM (433 megahercio, 868 MHz y 915 megahercio), la potencia de transmisión radiada se limita. Con el fin de tener un alcance de radio más grande que los tipos de modulación convencionales tales como Para lograr FSK (Frecuencia de modulación por desplazamiento), la sensibilidad del receptor se ha mejorado significativamente con LoRa. El receptor LoRa aún puede recibir y decodificar con éxito un LoRa útiles señal hasta 20 dB por debajo del nivel de ruido, que resulta en una sensibilidad del receptor de un máximo de -149 dBm. En comparación con la sensibilidad máxima de aprox FSK. -125 dBm a -130 dBm, LoRa ofrece una mejora significativa. Con el receptor FSK, la señal sólo puede ser decodificado con éxito si la señal útil es de aprox.

Lora-Frecuencia-y-señal de fortaleza

Gracias a la propiedad que LoRa todavía puede recibir con éxito una señal útil de hasta 20 dB por debajo del nivel de ruido, la robustez a la interferencia de radio es significativamente mejor que la de FSK. sistemas FSK sólo funcionan correctamente si la señal de interferencia es al menos 10 dB más débil que la señal útil. En el mejor de los casos, sistemas Lora todavía puede recibir la señal útil si la señal de interferencia es 20 dB más fuerte que la señal útil.

limitaciones

Del gráfico anterior se puede ver que LoRa puede recibir alrededor 30 dB señales más débiles que con FSK. sin embargo, hay dos restricciones que algo relativizar esta gran diferencia.

• Primero, la modulación Lora es la banda ancha de la modulación FSK, lo que significa que el nivel de ruido del receptor Lora es generalmente más alta que la del receptor FSK. Específicamente, duplicando el ancho de banda aumenta el nivel de ruido 3 dB.
• En segundo lugar, LoRa sólo puede recibir una señal útil de hasta 20 dB por debajo del nivel de ruido a velocidades de datos muy lenta de ≤ 0.5 kbit / s. Tan pronto como se incrementa la velocidad de datos, o bien los negativos de señal a ruido aumenta más hacia cero o el ancho de banda tiene que ser aumentado aún, que a su vez aumenta el nivel de ruido.

medición Comparación entre Lora y FSK

Para descubrir cómo es realmente buena LoRa, una comparación directa entre Lora y FSK debe llevarse a cabo. Para este propósito, nuestros transmisores-receptores FSK estándar utilizados anteriormente (CC1020 y CC1101) se comparan con los datos de la LoRa / FSK transceptor SX1261.

TransceptorModulación 

sensibilidad Max de acuerdo con la hoja de datos

Velocidad de datosRX- banda ancha
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

De acuerdo con la información de las hojas de datos, LoRa alcanza por lo menos un 24 dB de sensibilidad máxima mejor que con la mejor transceptor FSK (SX1261). En comparación con los antiguos transceptores FSK (CC1020 y CC1101), La sensibilidad máxima es aún 31 o 33 dB mejor. Puesto que puede suponerse que el alcance de radio puede ser duplicado para cada 10 dB más sensibilidad, una 4 a 8 veces el rango de radio debe ser posible con LoRa comparación con FSK.

sin embargo, También se observa que la máxima sensibilidad LoRa se logra con una velocidad de datos extremadamente lento de tan sólo 0.02 kbit / s. Con el fin de obtener una directa, comparación significativa entre los diferentes transceptores, la sensibilidad de todos los transceptores se determina en la misma velocidad de datos. De acuerdo con el fabricante del Semtech, LoRa tendría que alcanzar alrededor 7 a 10 dB más sensibilidad a la misma velocidad de datos como FSK.

Nuestras propias mediciones han dado los siguientes resultados:

Velocidad de datosSensibilidad
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

El transceptor SX1261 con Logra modulación Lora 4 – 6 dB más sensibilidad que con la modulación FSK. En comparación con el CC1020 8 – 11 dB y en comparación con el CC1101 13 – 17 se consigue dB de sensibilidad más. Llama la atención que cuanto más bajo se elige la velocidad de datos, el mayor aumento de la sensibilidad se puede lograr con LoRa.

Otro punto de vista muestra el potencial de ahorro de energía de LoRa. Con el fin de lograr la misma sensibilidad que con FSK, aproximadamente 4 veces la velocidad de datos se puede utilizar con LoRa. por lo tanto el mismo telegrama de radio se convierte 4 tiempos más cortos y el consumo de energía también se reduce en un factor de 4.

Conclusión:

Al igual que con todos los transceptores de radio, la máxima sensibilidad LoRa de -149 dBm sólo se alcanza en la velocidad de datos más baja. Esta velocidad de datos para Lora es sólo aprox. 0.02 kbit / s y es, por tanto, inutilizable para muchas aplicaciones. sin embargo, si tales velocidades de datos bajas se pueden utilizar, 4 veces el alcance de la radio es teóricamente posible en comparación con los transceptores modernos FSK.

Si la velocidad de datos se incrementa a LoRa 1.2 kBit / s de 10 kBit / s, LoRa alcanza aprox. 4-6 dB más de sensibilidad en comparación con los transceptores modernos FSK. En comparación con los de mayor edad transceptores FSK como el CC1101 CC1020 o, el alcance de radio incluso puede ser duplicado o triplicado con LoRa.

Hay una opción de ahorro de energía interesante en aplicaciones donde la sensibilidad FSK actual fue suficiente. Si la misma sensibilidad ha de lograrse con LoRa, la velocidad de datos se puede aumentar por un factor de 4 en comparación con FSK, mediante el cual el consumo de energía también se puede reducir por un factor de 4.

Para nosotros, La tecnología LoRa representa una alternativa interesante para aplicaciones con velocidades de datos de hasta 10 kbit / s, ya que el alcance de la radio se puede aumentar de forma masiva en comparación con los transceptores de más edad. De particular interés para nosotros es la posibilidad de conectarse a la red LoRaWAN, ya que esto significa que las aplicaciones de la IO pueden conectarse a Internet prácticamente en cualquier lugar.

Con nuestro módulo LoRa “TRX433-70” estamos listos para futuros proyectos innovadores Lora.

La transmisión por radio con LoRa

Las lecturas del medidor, órdenes de conmutación y otros datos pueden ser transmitidos desde el módulo concentrador al router y la espalda en una variedad de formas. Si la transmisión por cable no es posible o es demasiado caro, la transmisión por radio con LoRa puede ser una alternativa para la lectura remota.

El estándar de radio LoRa

LoRa es sinónimo de Largo Alcance, es decir. alto (radio) gama y es un estándar de radio alternativa a las tecnologías conocidas, tales como UMTS o LTE. En muchos países, LoRa ya se ha establecido como la base para un estándar de comunicación en el llamado Internet de las cosas (IO), para la máquina a máquina (M2M) la comunicación y para la industria y aplicaciones inteligentes de la ciudad.

El estándar de radio LoRa, al igual que otras tecnologías de radio, utiliza las bandas de frecuencia libres Lora de las bandas ISM sin licencia (Industrial, Científica y médica). En Europa, éstas son las bandas en el 433 y 868 gama MHz. Mediante el uso de un procedimiento especial de radio, la dispersión de frecuencia llamada, la tecnología es casi inmune a la interferencia. El intervalo entre el transmisor y el receptor es de entre 2 y 15 km, dependiendo del entorno y el área urbanizada. Debido al gran sensibilidad de -137 dBm, alta penetración de los edificios se puede lograr. Las señales de radio penetran profundamente en el interior de edificios y sótanos. Especialmente en los campings donde las cubiertas metálicas de las caravanas y casas móviles con frecuencia debilitan la intensidad de la señal de WLAN, la transmisión por radio con LoRa es superior aquí. La velocidad de datos en Lora es entre 0.3 y 50 kbit / s.

Las solicitudes de LoRa

LoRa se utiliza principalmente en aplicaciones en las que se va a transmitir a una gran distancia de una manera muy ahorro de energía muy pocos datos. Estos datos se miden generalmente valores, señales de estado o valores manipulados.

Las diferencias entre WLAN, Lora y de radio móvil

WLAN y de telefonía móvil están diseñados para transmitir grandes cantidades de datos. se aceptan intervalos relativamente cortos. LoRa, por otra parte, está optimizado para la transmisión de pequeñas cantidades de datos a través de grandes distancias. La siguiente tabla muestra algunas diferencias entre los diferentes estándares de telefonía.

 

WLANLoraCelular
Rang<100 metro2.000-3.000(ciudad)

>10.000 metro (país)

<300 metro (ciudad)

<10.000 metro (país)

 

Max. velocidad de datos

6.933 Mbit / s50 kbit / s1.000 Mbit / s
costosMedioBajoMuy alto
LoRa Frecuencia2.4 GHz

5 GHz

60 GHz

433 megahercio

868 megahercio

800 megahercio

900 megahercio

1.800 megahercio

2.100 megahercio

2.600 megahercio

Max. poder de transmision1.000 mW25 mW20-50 w (Estación base)

200 mw (dispositivos terminales)

LoRaWAN (de largo alcance de la red de área amplia)

Las WAN de baja potencia (LPWANs) son conceptos de red de la Internet de las cosas (IO) y de máquina a máquina comunicación (M2M). LPWANs se caracterizan por el hecho de que pueden cubrir distancias de hasta 50 km y requiere muy poca energía. Hay varios enfoques técnicos para la realización de los LPWANs. Uno de ETSI: ETSI GS LTN, otros nombres son LoRaWAN, Sin peso y RPMA, que significa la Fase de Acceso Aleatorio múltiple.

De manera que la distancia salvable no se vea afectada demasiado por la atenuación espacio libre, algunos de los conceptos LPWAN mencionado utilizan frecuencias en las bandas ISM en 433 MHz y 868 megahercio. Algunos trabajan también en la banda ISM en 2.4 GHz.

Por ejemplo, en lo que respecta SigFox como LoRaWAN (De largo alcance red de área amplia), que utiliza la banda ISM en 868 megahercio (Estados Unidos 915 megahercio) en Europa. El rango de distancia puenteable ha terminado 5 km en el área urbana y otra vez 15 km fuera de la ciudad. También hay transceptores de radio en la banda de frecuencias de LoRa 2.4 GHz con la que una serie de 10 km se puede salvar. transmisión LoRa es una combinación de Chirp Spread Spectrum (CSS) y Software Defined Radio (DEG). Una ventaja clave es que las señales que son hasta 20 dB por debajo del nivel de ruido puede ser detectado. El concepto LoRaWAN soporta la comunicación bidireccional, la movilidad y los servicios basados ​​en la localización.

Los valores característicosLoRaWAN
 

Rango de frecuencia

 

banda ISM, 433 megahercio, 868 megahercio (EE.UU.), 915 megahercio (Estados Unidos)

Modulaciónespectro ensanchado Chirp (CSS)
canal de la Mancha8*125 KHz (EE.UU.),

64*125KHz,8*125KHz(Estados Unidos)

 

Tamaño del paquete

 

Determinado por el usuario

Hoja de datos Arriba / Abajo300 bit / s 50 kbit / s (EE.UU.)

900 bit / s hasta 100 kbit / s(Estados Unidos)

 

topología

 

Topología de las estrellas

 

distancia

Hasta 5 km en áreas urbanizadas

Hasta 15 km en la zona rural

 

Los dispositivos finales están conectados a una estación base, que a su vez recibe la información cifrada de una columna vertebral a través de TCP / IP y el protocolo SSL.
Para asegurar que la duración de la batería de los componentes de gama es el mayor tiempo posible, todas las velocidades de datos y las señales de salida RF son gestionados por la red LoRaWAN y los componentes de extremo se controlan a través de una velocidad de datos de adaptación (ADR). Hay clases de dispositivos de tres terminales: Los dispositivos de Clase A se pueden comunicar de manera bidireccional y tienen una ventana de transmisión prevista en el enlace ascendente, dispositivos de Clase B también tienen una ventana de transmisión planificada en el enlace descendente y la ventana de transmisión para los dispositivos de la clase C es continuamente abierto. La tecnología LoRaWAN está estandarizado por la Alianza LoRa.

LoRaWan – Marco para las redes inalámbricas

LoRaWan es una especificación y describe un marco para redes inalámbricas. Se utiliza en redes con poco tráfico de datos, por ejemplo, en redes de sensores. LoRaWan (LongRangeWideAreaNetwork) es un llamado LPWAN (De baja potencia red de área amplia) protocolo. Este artículo muestra las frecuencias utilizadas por LoRaWan y las clases disponibles de dispositivos finales.

LoRa frecuencia varía en las diferentes regiones del mundo. sin embargo, es necesario aquí para obtener más información antes de poner en marcha un dispositivo LoRa con el fin de ajustar la frecuencia correcta. La siguiente tabla muestra las frecuencias correctas para cada país o continente:

LoRaWan también es tratado como una topología en estrella. Pasarelas de reenviar mensajes de los dispositivos finales a un servidor de acceso específica. Las pasarelas están conectadas a través del servidor estándar a través de conexiones de Internet estándar.

dispositivos bidireccionales
Hay tres clases principales bidireccionales manejados por Fin:

Clase A

Los datos de enlace ascendente siempre se originan en el dispositivo final. El mensaje de enlace ascendente es seguido por 2 ventanas de recepción de mensajes cortos para enlace descendente. Estos mensajes de enlace descendente también pueden ser incluidos para mensajes de confirmación, así como de los parámetros del dispositivo. Dado que la comunicación entre el terminal y la puerta de entrada siempre será solamente desde el terminal, puede haber un tiempo de espera entre los nuevos parámetros del equipo de desarrollo y la aplicación de la terminal de.

Entre los contactos de tiempo de transmisión real, Los dispositivos de Clase A pueden poner su módulo de LoRa por completo en un modo de ahorro de energía. Esto cambiará la eficiencia energética.

Clase B

Clase B, otros a ventanas de fallo de la clase A, convertido en más ventanas de recepción. dispositivos de Clase B se sincronizan a través de balizas cíclicamente enviados. Estas balizas se utilizan para comunicar, y otras ventanas de recepción están abiertos en otras ocasiones. La pérdida es que la latencia puede ser determinado de antemano, la pérdida de consumo de energía como un número de componentes. sin embargo, el consumo de energía sigue siendo lo suficientemente bajo como para las aplicaciones que funcionan con baterías.

Clase C

Clase C reduce significativamente la latencia para el enlace descendente, desde la ventana de recepción del dispositivo final siempre se escucha siempre y cuando el propio dispositivo no da ningún mensaje. Por esta razón, el servidor de confianza puede iniciar una transmisión de enlace descendente. Un cambio de tiempo entre la clase A y C es particularmente importante en los contratos legales que funcionan con baterías, por ejemplo, “firmware-over-the-air” actualizaciones.

RegiónLa frecuencia LoRa
Europa863-870 megahercio

433 megahercio

NOS902-928 megahercio
China470-510 megahercio

779-787 megahercio

australiano915-928 megahercio
indio865-867 megahercio
Asia433 megahercio
Norteamérica915 megahercio