Qu'est-ce que la technologie derrière LoRa Fréquence

LoRa frequency range

LoRa utilise le CSS (Chirp Spread Spectrum) modulation qui utilise un procédé d'étalement de fréquence comme technique de modulation. Les soi-disant impulsions chirp sont envoyées sous forme de symboles, qui augmentent ou diminuent la fréquence LoRa continue dans le temps. La transmission des données est ensuite réalisé par la séquence séquentielle de ces impulsions modulées en fréquence.

fréquence LoRa

propriétés spéciales

Depuis LoRa fonctionne dans les bandes de fréquences ISM (433 MHz, 868 MHz et 915 MHz), la puissance d'émission rayonnée est limitée. Afin d'avoir une portée radio plus grande que les types de modulation classiques tels que Pour FSK (Modulation par déplacement de fréquence), la sensibilité du récepteur a été considérablement améliorée avec LoRa. Le récepteur LoRa peut encore recevoir et décoder avec succès un LoRa utile signal de jusqu'à 20 dB au-dessous du niveau de bruit, qui se traduit par une sensibilité de réception d'un maximum de -149 dBm. Par rapport à la sensibilité maximale FSK d'environ. -125 dBm à -130 dBm, LoRa offre une amélioration significative. Avec le récepteur FSK, le signal ne peut être décodé avec succès si le signal utile est d'environ.

Lora-fréquence et signal de force

Merci à la propriété que LoRa peut encore recevoir avec succès un signal utile jusqu'à 20 dB au-dessous du niveau de bruit, la robustesse aux interférences radio est nettement meilleure que celle de FSK. Les systèmes ne fonctionnent correctement FSK si le signal d'interférence est au moins 10 dB plus faible que le signal utile. Dans le meilleur des cas, Les systèmes Lora peuvent encore recevoir le signal utile si le signal d'interférence est 20 dB plus fort que le signal utile.

Limites

De l'image ci-dessus, vous pouvez voir que LoRa peut recevoir environ 30 dB Les signaux plus faibles qu'avec FSK. pourtant, il y a deux restrictions qui relativisent quelque peu cette grande différence.

• Premier, la modulation LoRa est à large bande de la modulation FSK, ce qui signifie que le niveau de bruit du récepteur LoRa est généralement supérieure à celle du récepteur FSK. Plus précisément, doublant la bande passante augmente le niveau sonore par 3 dB.
• Deuxièmement, LoRa ne peut recevoir un signal utile jusqu'à 20 dB en dessous du niveau de bruit à des débits de données très lents de ≤ 0.5 kbits / s. Dès que le débit de données augmente, soit le rapport signal-bruit négatif augmente davantage vers zéro ou la largeur de bande doit être augmentée de plus, qui à son tour augmente le niveau de bruit.

Comparaison entre la mesure LoRa et FSK

Pour savoir comment est vraiment bon LoRa, une comparaison directe entre LoRa et FSK doit être effectuée. Dans ce but, nos émetteurs-récepteurs standards utilisés précédemment FSK (CC1020 et CC1101) sont comparées aux données de la LoRa / émetteur-récepteur FSK SX1261.

émetteur-récepteurModulation 

Max sensibilité en fonction de la fiche

Débit de donnéesRX- bande passante
CC1020FSK-118 dBm2.4 kbits / s12.5 kHz
CC1101FSK-116 dBm0.6 kbits / s58 kHz
SX1261FSK-125 dBm0.6 kbits / s4 kHz
SX1261LoRa-149.2 dBm0.02 kbits / s8 kHz

Selon les informations des fiches techniques, LoRa réalise au moins une sensibilité 24dB mieux maximale que le meilleur émetteur-récepteur FSK (SX1261). Par rapport aux anciens émetteurs-récepteurs FSK (CC1020 et CC1101), la sensibilité maximale est encore 31 ou 33 dB mieux. Étant donné que l'on peut supposer que la portée radio peut être doublée pour chaque 10 dB plus grande sensibilité, une 4 à 8 fois la portée radio devrait être possible avec LoRa par rapport à FSK.

pourtant, il est également à noter que la sensibilité LoRa maximale est obtenue avec un débit de données extrêmement lent de seulement 0.02 kbits / s. Afin d'obtenir un effet direct, comparaison significative entre les différents émetteurs-récepteurs, la sensibilité de tous les émetteurs-récepteurs est déterminée au même débit de données. Selon le fabricant de Semtech, LoRa devrait atteindre au sujet 7 à 10 dB plus grande sensibilité à la même vitesse de données FSK.

Nos propres mesures ont donné les résultats suivants:

Débit de donnéesSensibilité
CC1020CC1101SX1261SX1261
FSKdBm FSKFSKLoRa
1.2 kbits / s-117 dBm-112 dBm-123 dBm-129 dBm
2.4 kbits / s-117 dBm-111 dBm-121 dBm-126 dBm
4.8 kbits / s-114 dBm-109 dBm-118 dBm-123 dBm
9.6 kbits / s-112 dBm-107 dBm-116 dBm-120 dBm

L'émetteur-récepteur avec SX1261 permette d'obtenir de modulation Lora 4 – 6 dB plus sensible que la modulation FSK. Par rapport à la CC1020 8 – 11 dB et par rapport à la CC1101 13 – 17 dB plus la sensibilité est atteint. Il est frappant de constater que plus le débit de données est choisi, plus le gain de sensibilité peut être obtenue avec LoRa.

Une autre vue montre le potentiel d'économie d'énergie de Lora. Afin d'obtenir la même sensibilité que avec FSK, approximativement 4 fois le débit de données peut être utilisé avec LoRa. Le même télégramme radio devient ainsi 4 fois plus courte et la consommation d'énergie diminue également d'un facteur 4.

Conclusion:

Comme avec tous les émetteurs-récepteurs radio, la sensibilité maximale de LoRa -149 dBm est seulement atteint au débit de données le plus bas. Ce débit de données pour LoRa est seulement environ. 0.02 kbits / s et est donc inutilisable pour de nombreuses applications. pourtant, si ces faibles débits de données peuvent être utilisés, 4 fois la portée radio est théoriquement possible par rapport aux émetteurs-récepteurs modernes FSK.

Si le débit de données LoRa est porté à 1.2 kbits / s à 10 kbits / s, LoRa réalise environ. 4-6 dB plus grande sensibilité par rapport aux émetteurs-récepteurs modernes FSK. Par rapport aux émetteurs-récepteurs plus anciens tels que FSK le CC1101 ou CC1020, la portée radio peut même être doublée ou triplée avec LoRa.

Il y a une option d'économie d'énergie intéressante dans les applications où la sensibilité FSK actuelle suffisait. Si la même sensibilité doit être réalisée avec LoRa, le débit de données peut être augmenté d'un facteur 4 par rapport à FSK, grâce à quoi peut aussi réduire la consommation d'énergie par un facteur de 4.

Pour nous, La technologie LoRa représente une alternative intéressante pour les applications avec des débits de données jusqu'à 10 kbits / s, puisque la gamme radio peut être augmenté massivement par rapport aux émetteurs-récepteurs anciens. Intérêt particulier pour nous est la possibilité de se connecter au réseau lorawan, car cela signifie que les applications IdO peuvent être connectés à Internet pratiquement partout.

Avec notre module LoRa “TRX433-70” nous sommes prêts pour les projets futurs Lora innovants.

émetteurs de radio avec LoRa

Les relevés de compteurs, des commandes de commutation et d'autres informations peuvent être transmises depuis le module de concentrateur au routeur et à l'arrière dans une variété de façons. Si la transmission filaire est impossible ou trop cher, transmission radio avec LoRa peut être une alternative à la lecture à distance.

La norme radio LoRa

LoRa signifie Long Range, à savoir. haute (radio) plage et est une norme radio alternative aux technologies connues telles que l'UMTS ou LTE. Dans beaucoup de pays, LoRa lui-même a déjà établi comme base d'une norme de communication dans la soi-disant Internet des objets (IdO), pour la machine à machine (M2M) communication et pour les applications de l'industrie et la ville intelligente.

La norme radio LoRa, comme d'autres technologies radio, utilise les bandes de fréquences libres Lora des bandes ISM sans licence (Industriel, Scientifique et médicale). En Europe, ce sont les bandes dans la 433 et 868 MHz plage. En utilisant une procédure radio spéciale, le soi-disant propagation de fréquence, la technologie est presque insensible aux interférences. L'écart entre l'émetteur et le récepteur est entre 2 et 15 km, en fonction de l'environnement et de la zone bâtie. En raison de la sensibilité élevée -137 dBm, forte pénétration des bâtiments peut être atteint. Les signaux radio pénètrent profondément dans l'intérieur des bâtiments et des sous-sols. Surtout dans les campings où les couvercles métalliques des caravanes et des mobile homes affaiblissent souvent la puissance du signal du réseau local sans fil, transmission radio avec LoRa est ici supérieure. Le débit de données est comprise entre LoRa 0.3 et 50 kbits / s.

Les demandes de LoRa

LoRa est principalement utilisé dans les applications dans lesquelles très peu de données à transmettre sur une longue distance d'une manière très économe en énergie. Ces données sont généralement des valeurs mesurées, des signaux d'état ou de valeurs manipulées.

Les différences entre les WLAN, LoRa et radio mobile

WLAN et radio mobile sont conçus pour transmettre de grandes quantités de données. intervalles relativement courts sont acceptées. LoRa, d'autre part, est optimisé pour la transmission de petites quantités de données sur de grandes distances. Le tableau ci-dessous présente quelques différences entre les différentes normes de radio.

 

WLANLoRACellulaire
Rang<100 m2.000-3.000(ville)

>10.000 m (pays)

<300 m (ville)

<10.000 m (pays)

 

max. débit de données

6.933 Mbit / s50 kbit / s1.000 Mbit / s
FraisMoyenFaibleTrès haut
LoRa Fréquence2.4 GHz

5 GHz

60 GHz

433 MHz

868 MHz

800 MHz

900 MHz

1.800 MHz

2.100 MHz

2.600 MHz

max. la puissance d'émission1.000 mW25 mW20-50 w (Station de base)

200 Mw (Les terminaux)

lorawan (longue portée réseau étendu)

Faible puissance des réseaux étendus (LPWANs) sont des concepts de réseau pour l'Internet des objets (IdO) et la machine-machine communication (M2M). LPWANs se caractérisent par le fait qu'ils peuvent couvrir des distances allant jusqu'à 50 km et nécessitent très peu d'énergie. Il existe plusieurs approches techniques pour la réalisation des LPWANs. Un de ETSI: ETSI GS LTN, les autres noms sont lorawan, Weightless et RPMA, qui signifie phase aléatoire Multiple Access.

Alors que la distance franchissable est pas altérée par trop l'atténuation de l'espace libre, certains des concepts de LPWAN-dessus des fréquences d'utilisation dans les bandes ISM à 433 MHz et 868 MHz. Peu de travail également dans la bande ISM à 2.4 GHz.

Par exemple, en ce qui concerne SIGFOX comme lorawan (Long Range Wide Area Network), il utilise la bande ISM à 868 MHz (Etats-Unis 915 MHz) en Europe. La plage de distance est supérieure à bridgeable 5 km dans la zone urbaine et plus 15 km en dehors de la ville. Il y a aussi des émetteurs-récepteurs radio dans la gamme de fréquences de LoRa 2.4 GHz avec laquelle une gamme de 10 km peut être comblé. transmission LoRa est une combinaison de Chirp Spread Spectrum (CSS) et la radio logicielle (SDR). Un des principaux avantages est que les signaux qui sont jusqu'à 20 dB en dessous du niveau de bruit peut encore être détecté. Le concept lorawan prend en charge la communication bidirectionnelle, services de mobilité et de géolocalisation.

Les valeurs caractéristiqueslorawan
 

Gamme de fréquences

 

bande ISM, 433 MHz, 868 MHz (États-Unis), 915 MHz (Etats-Unis)

Modulationspectre étalé Chirp (CSS)
Manche8*125 KHz (États-Unis),

64*125KHz,8*125KHz(Etats-Unis)

 

Taille du paquet

 

Déterminé par l'utilisateur

Fiche technique Haut / Bas300 morceaux 50 kbit / s (États-Unis)

900 bit / s up 100 kbit / s(Etats-Unis)

 

topologie

 

topologie en étoile

 

distance

Jusqu'à 5 km dans les zones bâties

Jusqu'à 15 km dans la zone rurale

 

Les dispositifs d'extrémité sont connectés à une station de base, qui à son tour reçoit les informations cryptées à partir d'une colonne vertébrale via TCP / IP et le protocole SSL.
Pour vous assurer que la durée de vie de la batterie des composants d'extrémité est aussi longtemps que possible, tous les débits de données et les signaux de sortie RF sont gérées par le réseau lorawan et les éléments d'extrémité sont commandés par l'intermédiaire d'un débit de données adaptatif (ADR). Il y a des classes de périphériques à trois bornes: Les appareils de classe A peuvent communiquer bidirectionnellement et une fenêtre de transmission prévue dans la liaison montante, Les appareils de classe B ont également une fenêtre de transmission prévu dans la liaison descendante et la fenêtre de transmission pour des appareils de classe C est ouvert en permanence. La technologie lorawan est standardisée par l'Alliance LoRa.

lorawan – Cadre pour les réseaux sans fil

Lorawan est une spécification et décrit un cadre pour les réseaux sans fil. Il est utilisé dans les réseaux avec peu de trafic de données, par exemple dans les réseaux de capteurs. lorawan (LongRangeWideAreaNetwork) est un LPWAN soi-disant (Low Power Wide Area Network) protocole. Cet article montre les fréquences utilisées par lorawan et les classes disponibles de terminaux.

fréquence LoRa varie dans différentes régions du monde. pourtant, il est ici nécessaire d'obtenir plus d'informations avant de commencer un dispositif LoRa afin de régler la fréquence correcte. Le tableau suivant indique les fréquences correctes pour chaque pays ou continent:

Lorawan est également traité comme une topologie en étoile. Les passerelles transmettent les messages des terminaux à un serveur d'accès spécifique. Les portes d'entrée sont connectés via le serveur standard via une connexion Internet standard.

dispositifs bidirectionnels
Il existe trois grandes classes bidirectionnelles traitées par End:

Classe A

Les données de liaison montante proviennent toujours du dispositif final. Le message est suivi par la liaison montante 2 de courtes fenêtres de réception pour les messages de liaison descendante. Ces messages de liaison descendante peuvent également être inclus pour les messages de confirmation ainsi que pour les paramètres de l'appareil. Etant donné que la communication entre le terminal et la passerelle ne jamais du terminal, il peut y avoir un temps d'attente entre les nouveaux paramètres de l'appareil et la mise en oeuvre détaillés du terminal.

Entre les contacts de temps de transmission réel, Les appareils de classe A peuvent mettre leur module de LoRa complètement en mode d'économie d'énergie. Cela va changer l'efficacité énergétique.

classe B

classe B, d'autres aux fenêtres de défaut de classe A, devenir plus fenêtres de réception. Les appareils de classe B sont synchronisés par l'intermédiaire des balises envoyées de façon cyclique. Ces balises sont utilisées pour communiquer, et d'autres fenêtres de réception sont ouverts à d'autres moments. La perte est que le temps d'attente peut être déterminée à l'avance, la perte de la consommation d'énergie en tant que numéro de composant. pourtant, la consommation d'énergie reste suffisamment faible pour les applications à piles.

classe C

Classe C réduit considérablement le temps d'attente pour la liaison descendante, depuis la fenêtre de réception du dispositif final est toujours entendu aussi longtemps que l'appareil lui-même ne donne pas de messages. Pour cette raison, le serveur de confiance peut commencer une transmission de liaison descendante. Un changement de temps entre la classe A et C est particulièrement important dans les contrats juridiques alimentés par batteries, par exemple, “firmware-over-the-air” mises à jour.

RégionLa fréquence LoRa
L'Europe 863-870 MHz

433 MHz

NOUS902-928 MHz
Chine470-510 MHz

779-787 MHz

australien915-928 MHz
Indien865-867 MHz
Asie433 MHz
Amérique du Nord915 MHz