מה הטכנולוגיה שמאחורי תדר הלואר

טווח תדרים של LoRa

LoRa משתמשת ב- CSS (ספקטרום ממרח צ'ירפ) אפנון המשתמש בשיטת התפשטות תדרים כטכניקת אפנון. פולסים מצייצים כביכול נשלחים כסמלים, הגוברים או יורדים בתדר LoRa ברציפות לאורך זמן. העברת הנתונים מתממשת אז על ידי הרצף הסדרתי של פולסים מצייצים אלה.

תדר LoRa

תכונות מיוחדות

מכיוון ש- LoRa עובד ברצועות התדרים של ISM (433 MHz, 868 MHz ו 915 MHz), כוח השידור הקרין מוגבל. על מנת שיהיה מגוון רדיו גדול יותר מסוגי אפנון קונבנציונליים כגון להשיג FSK (מקש Shift תדרים), רגישות המקלט שופרה משמעותית עם LoRa. מקלט ה- LoRa יכול עדיין לקבל ולפענח אות LoRa שימושי עד 20 dB מתחת לרמת הרעש, מה שמביא לרגישות של מקלט של מקסימום -149 dBm. לעומת הרגישות המקסימאלית של FSK של כ. –125 dBm ל -130 dBm, LoRa מציע שיפור משמעותי. עם מקלט FSK, ניתן לפענח את האות רק בהצלחה אם האות השימושי הוא כ.

חוזק תדר וסימן LoRa

בזכות הנכס ש- LoRa עדיין יכולה לקבל אות שימושי עד 20 dB מתחת לרמת הרעש, החוסן להפרעות רדיו טוב משמעותית מזה של FSK. מערכות FSK עובדות רק כראוי אם אות ההפרעה לפחות 10 dB חלש יותר מאשר האות השימושי. במקרה הטוב, מערכות LoRa עדיין יכולות לקבל את האות השימושי אם אות ההפרעה הוא 20 dB חזק מהאות השימושית.

מגבלות

מהגרפיקה למעלה תוכלו לראות שלורא יכולה לקבל בערך 30 אותות dB חלשים יותר מאשר עם FSK. למרות זאת, ישנן שתי הגבלות שמייחדות מעט את ההבדל הגדול הזה.

• ראשון, אפנון LoRa הוא פס רחב יותר מאשר אפנון FSK, מה שאומר שרמת הרעש של מקלט ה- LoRa בדרך כלל גבוהה מזו של מקלט ה- FSK. במיוחד, הכפלת רוחב הפס מעלה את רמת הרעש ב 3 dB.
• שנית, LoRa יכולה לקבל רק אות מועיל עד 20 dB מתחת לרמת הרעש בקצב נתונים איטי מאוד של ≤ 0.5 קביט / s. ברגע שעולה הנתונים, או יחס האות לרעש השלילי גדל עוד יותר לעבר אפס או שיש להגדיל את רוחב הפס עוד יותר, מה שמגדיל את רמת הרעש.

מדידת השוואה בין LoRa ל- FSK

כדי לגלות עד כמה באמת טובה לורה, יש לבצע השוואה ישירה בין LoRa ל- FSK. למטרה זו, משדרי FSK סטנדרטיים ששימשו בעבר (CC1020 ו- CC1101) מושווים לנתוני ה- LoRa / משדר FSK SX1261.

מַקמָשׁוויסות 

רגישות מקסימאלית לפי גיליון הנתונים

קצב נתוניםRX- רוחב פס
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

על פי המידע מגיליונות הנתונים, LoRa משיגה לפחות רגישות מקסימאלית טובה יותר של 24dB מאשר עם משדר ה- FSK הטוב ביותר (SX1261). לעומת משדרי FSK הישנים (CC1020 ו- CC1101), הרגישות המרבית היא שווה 31 אוֹ 33 dB טוב יותר. מכיוון שניתן להניח שניתן להכפיל את טווח הרדיו לכל אחד 10 dB יותר רגישות, א 4 ל 8 פעמים טווח הרדיו צריך להיות אפשרי עם LoRa לעומת FSK.

למרות זאת, זה גם מורגש כי הרגישות המקסימלית של LoRa מושגת עם קצב נתונים איטי במיוחד של בלבד 0.02 קביט / s. על מנת להשיג ישיר, השוואה משמעותית בין המקלטים השונים, הרגישות של כל המקמ"שים נקבעת באותו קצב נתונים. לדברי היצרן של Semtech, LoRa תצטרך להשיג בערך 7 ל 10 dB רגישות רבה יותר באותו קצב נתונים כמו FSK.

המדידות שלנו העניקו את התוצאות הבאות:

קצב נתוניםרְגִישׁוּת
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

משדר SX1261 עם אפנון LoRa משיג 4 – 6 dB רגישות רבה יותר מאשר עם אפנון FSK. בהשוואה ל- CC1020 8 – 11 dB ובהשוואה ל- CC1101 13 – 17 dB רגישות רבה יותר מושגת. מדהים שככל שנבחר שיעור הנתונים נמוך יותר, ניתן להשיג רווחיות רבה יותר באמצעות LoRa.

מבט אחר מראה את הפוטנציאל החיסכון באנרגיה של LoRa. על מנת להשיג אותה רגישות כמו אצל FSK, בְּעֵרֶך 4 פעמים ניתן להשתמש בקצב הנתונים עם LoRa. כך הופכת אותה מברק רדיו 4 פעמים קצרות יותר וצריכת האנרגיה יורדת גם בגורם של 4.

סיכום:

כמו בכל משדרי הרדיו, הרגישות המרבית של LoRa של -149 dBm מושג רק בקצב הנתונים הנמוך ביותר. קצב נתונים זה עבור LoRa הוא רק כ. 0.02 קביט / s ולכן הוא לא שמיש עבור יישומים רבים. למרות זאת, אם ניתן להשתמש בשיעורי נתונים נמוכים כאלה, 4 פעמים טווח הרדיו אפשרי באופן תיאורטי לעומת משדרים FSK מודרניים.

אם קצב נתוני LoRa מוגדל ל 1.2 kBit / זה ל 10 kBit / s, LoRa משיגה כ-. 4-6 dB רגישות רבה יותר לעומת משדרים FSK מודרניים. לעומת מקלטים משדרים FSK ישנים יותר כמו CC1101 או CC1020, את טווח הרדיו ניתן אפילו להכפיל או לשלש עם LoRa.

יש אפשרות מעניינת חיסכון באנרגיה ביישומים שבהם הרגישות הנוכחית של FSK הספיקה. אם יש להשיג את אותה רגישות עם LoRa, ניתן להגדיל את קצב הנתונים בגורם של 4 לעומת FSK, לפיה צריכת האנרגיה יכולה להיות מופחתת גם על ידי גורם של 4.

בשבילנו, טכנולוגיית LoRa מייצגת אלטרנטיבה מעניינת עבור יישומים עם שיעורי נתונים עד 10 קביט / s, מאחר שניתן להגדיל את טווח הרדיו באופן מסיבי לעומת המקלטים הישנים. מעניינת אותנו במיוחד היא האפשרות להתחבר לרשת LoRaWAN, מכיוון שהמשמעות היא שניתן ליישם יישומי IoT לאינטרנט כמעט בכל מקום.

בעזרת מודול ה- LoRa שלנו “TRX433-70” אנו מוכנים לפרויקטים עתידיים של LoRa.

שידור רדיו עם LoRa

קריאות המונה, ניתן להעביר פקודות מעבר ומידע אחר ממודול הריכוז לנתב ובחזרה במגוון דרכים. אם התמסורת החוטית אינה אפשרית או יקרה מדי, שידור רדיו עם LoRa יכול להוות אלטרנטיבה לקריאה מרחוק.

תקן הרדיו LoRa

LoRa מייצג את Long Range, כְּלוֹמַר. גָבוֹהַ (רָדִיוֹ) טווח ומהווה תקן רדיו אלטרנטיבי לטכנולוגיות הידועות כמו UMTS או LTE. במדינות רבות, LoRa כבר ביססה את עצמה כבסיס לתקן תקשורת במה שמכונה Internet of Things (IoT), למכונה למכונה (M2M) לתקשורת וליישומי עיר ותעשייה חכמים.

תקן הרדיו LoRa, כמו טכנולוגיות רדיו אחרות, משתמש ברצועות התדרים של LoRa ללא הפסקה מלהקות ISM ללא רישיון (תַעֲשִׂיָתִי, מדעית ורפואית). באירופה, אלה הלהקות של 433 ו 868 טווח MHz. על ידי שימוש בהליך רדיו מיוחד, מה שנקרא התפשטות התדרים, הטכנולוגיה כמעט חסינה מפני הפרעות. הטווח בין משדר ומקלט הוא בין 2 ו 15 קמ, תלוי בסביבה ובשטח הבנוי. בגלל הרגישות הגבוהה של -137 dBm, ניתן להשיג חדירה גבוהה של מבנים. אותות הרדיו חודרים עמוק אל פנים מבנים ומרתפים. במיוחד באתרי קמפינג בהם הכיסויים המתכתיים של הקראוונים והבתים הניידים מחלישים לעיתים קרובות את עוצמת האות של WLAN, שידור רדיו עם LoRa מעולה כאן. קצב הנתונים ב- LoRa הוא בין 0.3 ו 50 קביט / s.

יישומים עבור LoRa

LoRa משמש בעיקר ביישומים בהם יש להעביר מעט מאוד נתונים על מרחקים ארוכים בצורה מאוד חוסכת אנרגיה. נתונים אלה הם בדרך כלל ערכים נמדדים, אותות סטטוס או ערכים מניפולטיביים.

ההבדלים בין WLAN, LoRa ורדיו נייד

WLAN ורדיו נייד נועדו להעביר כמויות גדולות של נתונים. מתקבלים טווחים קצרים יחסית. LoRa, מצד שני, מותאם להעברת כמויות קטנות של נתונים על מרחקים גדולים. הטבלה הבאה מציגה כמה הבדלים בין תקני הרדיו השונים.

 

WLANLoRAתָאִי
צלצל<100 M2.000-3.000(עִיר)

>10.000 M (מדינה)

<300 M (עִיר)

<10.000 M (מדינה)

 

מקסימום. קצב נתונים

6.933 מביט / ים50 kbit / s1.000 מביט / ים
עלויותבינונינָמוּךגבוה מאוד
תדר LoRa2.4 ג'יגה הרץ

5 ג'יגה הרץ

60 ג'יגה הרץ

433 MHz

868 MHz

800 MHz

900 MHz

1.800 MHz

2.100 MHz

2.600 MHz

מקסימום. כוח הילוכים1.000 mW25 mW20-50 w (תחנת בסיס)

200 Mw (מכשירי מסוף)

LoRaWAN (רשת שטח רחבה לטווח ארוך)

WANs בעלי הספק נמוך (LPWANs) הם מושגי רשת לאינטרנט של הדברים (IoT) ותקשורת מכונה למכונה (M2M). LPWANs מאופיינים בכך שהם יכולים לכסות מרחקים של עד 50 ק"מ ודורשים מעט מאוד אנרגיה. ישנן מספר גישות טכניות למימוש ה- LPWANs. אחד מ- ETSI: ETSI GS LTN, שמות אחרים הם LoRaWAN, חסר משקל ו- RPMA, העומד על גישה מרובת שלבים אקראיים.

כך שהמרחק הגישור לא נפגע יותר מדי בגלל הניוון של החלל הפנוי, כמה ממושגי LPWAN שהוזכרו משתמשים בתדרים בלהקות ISM ב- 433 MHz ו 868 MHz. מעטים עובדים גם בלהקת ISM בשעה 2.4 ג'יגה הרץ.

לדוגמה, באשר ל- SigFox כ- LoRaWAN (רשת שטח רחבה ארוכת טווח), הוא משתמש בפס ISM בשעה 868 MHz (ארה"ב 915 MHz) באירופה. נגמר טווח המרחק הגישור 5 ק"מ באזור העירוני ומעלה 15 ק"מ מחוץ לעיר. ישנם גם משדרי רדיו בטווח התדרים של LoRa 2.4 ג'יגה הרץ שאיתו טווח של 10 ניתן לגשר על ק"מ. העברת LoRa היא שילוב של Chirp Spread Spectrum (CSS) ותוכנה מוגדרת רדיו (SDR). יתרון מרכזי הוא שאותות הם עד 20 עדיין ניתן לאתר dB מתחת לרמת הרעש. הרעיון LoRaWAN תומך בתקשורת דו כיוונית, ניידות ושירותים מבוססי מיקום.

ערכים מאפייניםLoRaWAN
 

טווח תדרים

 

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

וויסותספקטרום התפשטות צ'ירפ (CSS)
ערוץ בריטי8*125 KHz (לִי),

64*125KHz,8*125KHz(ארה"ב)

 

גודל החבילה

 

נקבע על ידי המשתמש

גיליון נתונים למעלה / למטה300 סיביות 50 kbit / s (לִי)

900 קצת / ים ל 100 kbit / s(ארה"ב)

 

טופולוגיה

 

טופולוגיית כוכבים

 

מֶרְחָק

עד ל 5 ק"מ באזורים בנויים

עד ל 15 ק"מ באזור הכפרי

 

מכשירי הקצה מחוברים לתחנת בסיס, אשר בתורו מקבל את המידע המוצפן מעצם עמוד השדרה דרך TCP / IP ופרוטוקול SSL.
כדי להבטיח שחיי הסוללה של רכיבי הקצה ארוכים ככל האפשר, כל שיעורי הנתונים ואותות פלט ה- RF מנוהלים על ידי רשת LoRaWAN ורכיבי הקצה נשלטים באמצעות קצב נתונים אדפטיבי (ADR). ישנן שיעורי מכשירים בעלי שלושה מסופים: מכשירים מסוג A יכולים לתקשר בצורה דו כיוונית ויש להם חלון שידור מתוכנן בקישור up up, להתקני Class B יש גם חלון שידור מתוכנן בקישור התחתון וחלון השידור עבור מכשירי Class C פתוח ברציפות. טכנולוגיית LoRaWAN תקנית על ידי הברית LoRa.

LoRaWan – מסגרת לרשתות אלחוטיות

LoRaWan הוא מפרט ומתאר מסגרת לרשתות אלחוטיות. הוא משמש ברשתות עם מעט מאוד תעבורת נתונים, למשל ברשתות חיישנים. LoRaWan (LongRangeWideAreaNetwork) הוא מה שמכונה LPWAN (רשת אזורים רחבה בעלת הספק נמוך) נוהל. מאמר זה מציג את התדרים המשמשים את LoRaWan ואת המחלקות הזמינות של מכשירי הקצה.

תדירות ה- LoRa משתנה באזורים שונים בעולם. למרות זאת, כאן יש צורך לקבל מידע נוסף לפני הפעלת מכשיר LoRa בכדי לקבוע את התדר הנכון. הטבלה הבאה מציגה את התדרים הנכונים לכל מדינה או יבשת:

LoRaWan מטופלים גם כטופולוגיית כוכבים. שערים מעבירים הודעות ממכשירי הקצה לשרת גישה ספציפי. השערים מחוברים דרך השרת הרגיל באמצעות חיבורי אינטרנט סטנדרטיים.

מכשירים דו כיווניים
ישנם שלושה כיתות דו כיווניות עיקריות המטופלות על ידי סוף:

כיתה א

נתוני ה- uplink מקורם תמיד ממכשיר הקצה. אחרי הודעת ה- uplink 2 חלונות קבלה קצרים להודעות קישור. ניתן לכלול הודעות downlink אלה גם להודעות אישור וגם לפרמטרים של המכשיר. מכיוון שהתקשורת בין הטרמינל לשער תהיה אי פעם רק מהטרמינל, יתכן זמן המתנה בין פרמטרי המכשירים החדשים המפורטים ליישום המסוף.

בין אנשי הקשר של זמן ההעברה בפועל, מכשירי Class A יכולים להכניס את מודול ה- LoRa שלהם לחלוטין לחיסכון באנרגיה. זה ישנה את יעילות האנרגיה.

כיתה ב

כיתה ב, אחרים לחלונות אשמה בכיתה א ', להפוך לחלונות קבלה נוספים. התקני Class B מסונכרנים באמצעות משואות שנשלחו באופן מחזורי. משואות אלה משמשות לתקשורת, וחלונות קבלה אחרים פתוחים במועדים אחרים. ההפסד הוא שאפשר לקבוע את ההשהיה מראש, אובדן צריכת האנרגיה כמספר רכיב. למרות זאת, צריכת האנרגיה נותרה נמוכה מספיק ליישומים המופעלים על ידי סוללה.

כיתה ג

מחלקה C מפחיתה משמעותית את ההשהיה של הקישור התחתון, מכיוון שחלון הקבלה של מכשיר הקצה נשמע תמיד כל עוד המכשיר עצמו לא מעביר הודעות. מהסיבה הזו, השרת המהימן יכול להתחיל העברת הילוכים. שינוי זמן בין מחלקה A ו- C חשוב במיוחד בחוזים משפטיים המופעלים על סוללות, לדוגמה, “קושחה באוויר” עדכונים.

אזורתדר הלואר
אֵירוֹפָּה863-870 MHz

433 MHz

לָנוּ902-928 MHz
חרסינה470-510 MHz

779-787 MHz

אוסטרלי915-928 MHz
הוֹדִי865-867 MHz
אַסְיָה433 MHz
צפון אמריקה915 MHz