מהי הטכנולוגיה שמאחורי תדירות לורה

LoRa frequency range

לורה משתמשת CSS (ספקטרום מורח לצרצר) אפנון אשר משתמש בשיטת הפצת תדירות כטכניקת אפנון. מה שנקרא פולסים צרצור נשלחים כסמלים, אשר להגדיל או להקטין בתדירות לורה ברציפות לאורך זמן. שידור הנתונים ואז הוא הבין ידי רצף סדרתי של פולסים צרצור אלה.

לורה תדירות

מאפיינים מיוחדים

מאז לורה עובד מהתדרים ISM (433 MHz, 868 MHz ו 915 MHz), את עוצמת השידור הקרינה מוגבלת. על מנת לקבל מגוון רדיו גדול יותר סוגי אפנון קונבנציונליים כגון כדי להשיג FSK (מפתוח שינוי תדר), רגישויות המקלט שופרו באופן משמעותי עם לורה. מקלט לורה עדיין יכול לקבל בהצלחה ופענוח של לורה שימושית לאותת עד 20 dB מתחת לרמת הרעש, אשר תוצאות רגישות מקלט של לכל היותר -149 dBm. לעומת רגישות FSK מקסימלית של כ. -125 dBm ל -130 dBm, לורה מציעה שיפור משמעותי. עם מקלט FSK, האות ניתן לפענח רק בהצלחה אם האות השימושי הוא כ.

לורה-Frequency-ו-עוצמת אות

בזכות הקניין כי לורה עדיין יכולה לקבל אות שימושית בהצלחה עד 20 dB מתחת לרמת הרעש, חוסנו להפרעות רדיו עדיף באופן משמעותי מזו של FSK. מערכות FSK לעבוד בצורה נכונה רק אם אות ההתערבות היא לפחות 10 dB חלש יותר האות השימושית. במקרה הטוב, מערכות לורה עדיין יכולות לקבל את האות השימושי אם אות ההתערבות היא 20 dB יותר חזק האות השימושי.

מגבלות

מתוך הגרפי לעיל ניתן לראות כי לורה יכולה לקבל על 30 אותות חלשים dB מאשר עם FSK. למרות זאת, ישנן שתי מגבלות כי מעט יחסית אליה הבדל גדול זה.

• ראשון, אפנון לורה זה פס רחב מאשר אפנון FSK, כלומר את רמת הרעש של כונס לורה בדרך כלל גבוה יותר מזה של כונס FSK. במיוחד, הכפלת רוחב הפס מגבירה את רמת הרעש על ידי 3 dB.
• שנית, לורה יכולה רק לקבל אות שימושית עד 20 dB מתחת לרמת הרעש בשיעורי נתונים איטיים מאוד של ≤ 0.5 kbit / ים. ברגע קצב נתונים מוגבר, גם עליות יחס אות לרעש השליליות נוספת לכיוון אפס או את רוחב הפס צריך להגדיל עוד יותר, אשר בתורו מגביר את רמת הרעש.

מדידת השוואה בין לורה FSK

כדי לגלות כמה טוב לורה באמת, השוואה ישירה בין לורה FSK צריכה להתבצע. למטרה זו, משדרי FSK התקן בעבר השתמשו שלנו (CC1020 ו CC1101) מושווים עם נתוני לורה / FSK משדר SX1261.

מקמ"שוויסות 

מקס רגישה פי הנתונים

קצב נתוניםRX- רוחב פס
CC1020FSK-118 dBm2.4 קילובייט / שנייה12.5 kHz
CC1101FSK-116 dBm0.6 קילובייט / שנייה58 kHz
SX1261FSK-125 dBm0.6 קילובייט / שנייה4 kHz
SX1261לורה-149.2 dBm0.02 קילובייט / שנייה8 kHz

על פי המידע מן הגיליונות, לורה משיגה לפחות רגישות מקסימלית טובה 24dB מאשר עם משדר FSK הטוב (SX1261). בהשוואת משדרי FSK הישן (CC1020 ו CC1101), הרגישות המקסימלית היא אפילו 31 אוֹ 33 dB טוב יותר. מאז אותו ניתן להניח כי בטווח התדר יכול להיות מוכפל עבור כל 10 dB רגישה יותר, א 4 ל 8 פעמים בטווח הרדיו צריך להיות אפשרי עם לורה לעומת FSK.

למרות זאת, גם זה מורגש כי רגישות מקסימלית לורה מושג עם קצב העברת נתונים איטי מאוד של רק 0.02 kbit / ים. על מנת לקבל ישיר, השוואה משמעותית בין המשדרים השונים, הרגישות של כל משדרים נקבעת בשיעור הנתונים הזהה. לדברי היצרן של Semtech, לורה תצטרך להשיג על 7 ל 10 רגישות dB יותר בשיעור הנתונים הזהה FSK.

מדידות משלנו נתנו את התוצאות הבאות:

קצב נתוניםרגיש
CC1020CC1101SX1261SX1261
FSKFSK dBmFSKלורה
1.2 קילובייט / שנייה-117 dBm-112 dBm-123 dBm-129 dBm
2.4 קילובייט / שנייה-117 dBm-111 dBm-121 dBm-126 dBm
4.8 קילובייט / שנייה-114 dBm-109 dBm-118 dBm-123 dBm
9.6 קילובייט / שנייה-112 dBm-107 dBm-116 dBm-120 dBm

משדר SX1261 עם משיג אפנון לורה 4 – 6 dB יותר רגישות מאשר עם אפנון FSK. לשם השוואה אל CC1020 8 – 11 דציבלים בהשוואה CC1101 13 – 17 רגיש יותר dB מושגת. מה שמדהים הוא כי הורדת שיעור הנתונים שנבחרו, ניתן להשיג רווח הרגיש יותר עם לורה.

מבט נוסף מראה את הפוטנציאל לחיסכון באנרגיה של לורה. על מנת להשיג את אותה רגישות כמו עם FSK, כ 4 פעמים את קצב הנתונים ניתן להשתמש עם לורה. באותו מברק הרדיו ובכך הופך 4 זמנים קצרים יותר וצריכת האנרגיה גם טיפות בפקטור של 4.

סיכום:

כמו בכל משדרי הרדיו, הרגישות המרבית לורה של -149 dBm מושגת רק בקצב הנתונים הנמוך ביותר. קצב נתונים זה עבור לורה הוא רק כ. 0.02 kbit / הים ולכן הוא לא שמיש עבור יישומים רבים. למרות זאת, אם שיעורי נתונים נמוכים כאלה יכולים לשמש, 4 פעמים בטווח הרדיו אפשרי תיאורטית לעומת משדרי FSK מודרניים.

אם קצב הנתונים לורה עולה ל 1.2 kbit / ים אל 10 kbit / ים, לורה משיגה כ. 4-6 dB יותר רגיש לעומת משדרי FSK מודרניים. לעומת משדרים FSK ישנים כמו CC1101 או CC1020, בטווח הרדיו יכול אפילו להכפיל או לשלש עם לורה.

ישנה אפשרות מעניינת חיסכון באנרגיה ביישומים שבהם הרגישות FSK הנוכחי היה מספיק. אם באותו הרגישות היא להיות מושגת עם לורה, ניתן להגדיל את קצב העברת הנתונים בפקטור של 4 לעומת FSK, לפיה צריכת האנרגיה יכולה להיות מופחתת גם בפקטור של 4.

בשבילנו, טכנולוגית לורה מייצגת אלטרנטיבה מעניינת עבור יישומים עם קצבי נתונים של עד 10 kbit / ים, מאז מגוון הרדיו ניתן להגדיל בצורה מסיבית לעומת המשדרים הישנים. מעניין במיוחד אלינו היא האפשרות להתחבר לרשת LoRaWAN, כאמצעי זה כי יישומים IOT יכול להיות מחובר לאינטרנט כמעט בכל מקום.

עם מודול לורה שלנו “TRX433-70” אנחנו מוכנים לפרויקטים לורה בעתיד חדשני.

שידור רדיו עם לורה

קריאות המד, פקודות מיתוג וכל מידע אחר שניתן יהיה לשדר ממודול רכז לנתב ובחזרה במגוון דרכים. אם שידור קווית אינו אפשרי או יקר מדי, שידור רדיו עם לורה יכול להיות אלטרנטיבה לקריאה מרחוק.

התקן רדיו לורה

לורה מייצגת ארוך טווח, דהיינו. גבוה (רדיו) הטווח הוא תקן רדיו אלטרנטיבת הטכנולוגיות הידועות כגון UMTS או LTE. במדינות רבות, לורה כבר ביססה את עצמה כבסיס לסטנדרט תקשורת באינטרנט שנקרא של דברים (IOT), עבור machine-to-machine (M2M) תקשורת לתעשייה וליישומים העיר חכם.

התקן רדיו לורה, כמו טכנולוגיות רדיו אחרות, משתמש מהתדרים לורה חינם מן להקות ISM ללא-רישיון (תעשייתי, מדעי ורפואי). באירופה, אלה הם הלהקות 433 ו 868 טווח MHz. באמצעות הליך רדיו מיוחד, התפשטות תדר שנקרא, הטכנולוגיה היא כמעט חסינה להפרעות. הטווח בין המשדר והמקלט הוא בין 2 ו 15 ק"מ, בהתאם לסביבה ואת השטח הבנוי. בשל הרגישות הגבוהה של -137 dBm, ניתן להשיג חדירה של בניינים גבוהים. אותות הרדיו לחדור עמוק לתוך החלל הפנימי של בניינים ומרתפים. במיוחד על אתרי קמפינג שבהם מכסה מתכת של קרוואנים קרוואנים קרובות להחליש את עוצמת האות של WLAN, שידור רדיו עם לורה עדיף כאן. שיעור הנתונים על לורה הוא בין 0.3 ו 50 kbit / ים.

יישומים עבור לורה

לורה משמשת בעיקר ביישומים שבם נתונים מעט מאוד הוא להיות מועבר לאורך מרחק גדול באופן מאוד חסכוני באנרגיה. נתונים אלה בדרך כלל נמדדים ערכים, אותות מעמד או ערכי מניפולציות.

הבדלים בין WLAN, לורה ורדיו נייד

WLAN ורדיו ניידים נועדו לשדר כמויות גדולות של נתונים. למרחק קצר יחסית מתקבל. לורה, מצד שני, ממוטב עבור העברת כמויות קטנות של נתונים למרחקים גדולים. הטבלה הבאה מציגה כמה הבדלים בין התקנים השונים ברדיו.

 

WLANלורהסלולר
ראנג<100 M2.000-3.000(העיר)

>10.000 M (מדינה)

<300 M (העיר)

<10.000 M (מדינה)

 

מקס. קצב נתונים

6.933 Mbit / s50 קילובייט / שנייה1.000 Mbit / s
עלויותבינונינמוךגבוה מאוד
תדירות לורה2.4 GHz

5 GHz

60 GHz

433 MHz

868 MHz

800 MHz

900 MHz

1.800 MHz

2.100 MHz

2.600 MHz

מקס. עוצמת השידור1.000 mW25 mW20-50 w (תחנת בסיס)

200 Mw (תקני Terminal)

LoRaWAN (טווח ארוך רשת תקשורת מרחבית)

צריכת החשמל הנמוכה WANs (LPWANs) מושגי רשת הם עבור Internet of Things (IOT) ו machine-to-machine תקשורת (M2M). LPWANs מתאפיינים בכך שהם יכולים לכסות מרחקים של עד 50 ק"מ ודורש אנרגיה מעט מאוד. ישנן גישות טכנולוגיות כמה מימוש LPWANs. אחת מן ETSI: ETSI GS LTN, שמות אחרים הם LoRaWAN, משקל וללא RPMA, אשר מייצג גישה מרובה שלב האקראי.

כך שמרחק גָשִׁיר אינו נפגם מדי ידי הנחתת המקום הפנויה, כמה מהמושגים LPWAN הזכירו תדרים לשימוש להקות ISM בבית 433 MHz ו 868 MHz. עבודה גם מעטה בלהקת ISM בבית 2.4 GHz.

לדוגמה, באשר SigFox כמו LoRaWAN (Long Range Wide Area Network), היא משתמשת להקת ISM בבית 868 MHz (ארה"ב 915 MHz) באירופה. טווח מרחק גָשִׁיר נגמר 5 ק"מ באזור ושוב העירוני 15 קילומטר מחוץ לעיר. ישנם גם משדרי רדיו בתחום התדרים לורה של 2.4 GHz שבה מגוון של 10 ניתן לגישור ק"מ. שידור לורה הוא שילוב של ספקטרום מורח לצרצר (CSS) ותוכנה מוגדרת רדיו (SDR). אחד היתרונות העיקריים הוא כי אותות כי הם עד 20 dB מתחת לרמת הרעש עדיין ניתן לאתר. קונספט LoRaWAN תומך בתקשורת דו-כיוונית, ניידות ושירותים מבוססי מיקום.

ערכים אופיינייםLoRaWAN
 

טווח תדרים

 

להקת ISM, 433 MHz, 868 MHz (ארה"ב), 915 MHz (ארה"ב)

וויסותספקטרום התפשטות לצרצר (CSS)
בריטי ערוץ8*125 KHz (ארה"ב),

64*125KHz,8*125KHz(ארה"ב)

 

גודל החבילה

 

נקבע על ידי המשתמש

גיליון נתונים של למעלה / למטה300 קצת / s 50 קילובייט / שנייה (ארה"ב)

900 קצת / s עד 100 קילובייט / שנייה(ארה"ב)

 

הטופולוגיה

 

טופולוגיית כוכב

 

מרחק

עד ל 5 קילומטר באזורים בנויים

עד ל 15 ק"מ באזור הכפרי

 

המכשירים סוף מחוברים לתחנת ממסר, אשר בתורו מקבל את המידע המוצפן של עמוד שדרה באמצעות TCP / IP ואת פרוטוקול SSL.
כדי להבטיח כי חיי הסוללה של הרכיבים הסופיים הוא זמן רב ככל האפשר, כל שיעורי הנתונים ואת אותות פלט RF מנוהלים על ידי רשת LoRaWAN ואת הרכיבים סוף נשלטים באמצעות קצב נתונים אדפטיבית (ADR). ישנם שלושה סוגי מכשירים מסוף: התקני Class A יכולים לתקשר באופן דו-כיווני ויש לי חלון שידור מתוכנן uplink, מכשירים מהסוג B יש גם חלון שידור מתוכנן downlink וחלון השידור עבור התקנים בכיתה ג 'הוא רציף פתוח. הטכנולוגיה LoRaWAN הוא טופל על ידי אליאנס לורה.

LoRaWan – מסגרת רשתות אלחוטיות

LoRaWan הוא מפרט ומתאר מסגרת רשתות אלחוטיות. הוא משמש רשתות עם תעבורת נתונים קטנה, למשל ברשתות חיישן. LoRaWan (LongRangeWideAreaNetwork) הוא מה שנקרא LPWAN (צריכת חשמל נמוכה Wide Area Network) נוהל. מאמר זה מציג את התדרים המשמשים LoRaWan ואת הכיתות הזמינות של מכשירי קצה.

תדירות לורה משתנה באזורים שונים של העולם. למרות זאת, יש צורך כאן כדי לקבל מידע נוסף לפני שמתחיל את מכשיר לורה כדי לקבוע את התדירות הנכונה. הטבלה הבאה מציגה את התדרים הנכונים עבור כל מדינה או יבשת:

LoRaWan מטופל גם כמו טופולוגיית כוכב. Gateways להעביר הודעות מן ובמכשירי הקצה לשרת גישה ספציפית. השערים מחוברים דרך השרת הסטנדרטי באמצעות חיבורי אינטרנט סטנדרטיים.

התקנים כיוונית
ישנם שלושה סוגים עיקריים כיוונית מטופלים על ידי End:

Class A

נתוני uplink תמיד מקורם מכשיר הקצה. מסר uplink ואחריו 2 חלונות פנים קצרות להודעות downlink. הודעות downlink אלה יכולים להיכלל גם עבור הודעות אישור וכן פרמטרים מכשירים. מאז תקשורת בין הטרמינל ואת השער יהיה להיות רק פעם מהטרמינל, ייתכנו זמן המתנה בין הפרמטרים המכשירים החדשים המפורטים ואת יישום המסוף.

בין המגעים זמן השידור בפועל, התקני Class A יכול לשים מודול לורה שלהם לחלוטין למצב חיסכון באנרגיה. זה ישתנה יעילות אנרגטית.

Class B

Class B, לאחרים חלונות אשמתו של הכיתה, הופך חלון הקבלה נוספות. התקני Class B מסונכרנים באמצעות אלומות נשלחו מחזור. משואות אלה משמשות לתקשורת, וחלונות קבלה אחרים פתוחים בזמנים אחרים. ההפסד הוא כי ההשהיה ניתן לקבוע מראש, ההפסד של צריכת אנרגיה כמספר רכיב. למרות זאת, צריכת האנרגיה נשארת מספיק נמוך עבור יישומים המופעל באמצעות סוללה נטענת.

דרגה C

דרגה C מפחית באופן משמעותי את זמן האחזור downlink, מאז החלון והקבלה של המכשיר בסוף תמיד נשמע כל עוד המכשיר עצמו לא נותן שום הודעות. מהסיבה הזו, השרת המהימן יכול להתחיל שידור downlink. שינוי הזמן בין הכיתה A ו- C חשוב במיוחד בחוזים משפטיים המופעלים באמצעות סוללות, לדוגמה, “הקושחה-over-the-air” עדכונים.

אזורתדירות לורה
אירופה863-870 MHz

433 MHz

לָנוּ902-928 MHz
סין470-510 MHz

779-787 MHz

אוסטרלי915-928 MHz
הודי865-867 MHz
אסיה433 MHz
צפון אמריקה915 MHz