LoRa周波数の背後にあるテクノロジーとは

LoRa周波数範囲

LoRaはCSSを使用しています (チャープスペクトラム拡散) 変調技術として周波数拡散法を使用する変調. いわゆるチャープパルスはシンボルとして送信されます, LoRa周波数が時間とともに連続的に増加または減少する. データ送信は、これらのチャープパルスの連続シーケンスによって実現されます。.

LoRa周波数

特別な特性

LoRaはISM周波数帯で動作するため (433 MHz, 868 MHzおよび 915 MHz), 放射される送信電力は制限されています. FSKを実現するために、従来の変調タイプよりも無線範囲を広げるため (周波数シフトキーイング), LoRaにより、受信感度が大幅に向上しました. LoRaレシーバーは、有用なLoRa信号を正常に受信してデコードできます。 20 騒音レベルを下回るdB, その結果、最大の受信感度が得られます -149 dBm. 約の最大FSK感度と比較. –125 dBm〜 -130 dBm, LoRaは大幅な改善を提供します. FSKレシーバー, 信号は、有用な信号がおよそである場合にのみ正常にデコードできます。.

LoRa周波数および信号強度

LoRaはまだ最大まで有用な信号を正常に受信できるという特性のおかげで 20 騒音レベルを下回るdB, 無線干渉に対する堅牢性は、FSKのそれよりも大幅に優れています。. FSKシステムは、干渉信号が少なくともある場合にのみ正しく機能します 10 有用な信号よりも弱いdB. 最良の場合, LoRaシステムは、干渉信号がある場合でも有用な信号を受信できます。 20 有用な信号よりもdB強い.

制限事項

上の図から、LoRaが約受け取ることができることがわかります 30 FSKよりもdB弱い信号. しかしながら, この大きな違いをある程度相対化する2つの制限があります.

• 最初, LoRa変調はFSK変調よりも広帯域です。, つまり、LoRaレシーバーのノイズレベルは、一般にFSKレシーバーのノイズレベルよりも高くなります。. 具体的には, 帯域幅を2倍にすると、ノイズレベルが増加します。 3 dB.
•次に, LoRaは最大で有効な信号しか受信できません 20 ≤の非常に遅いデータレートでのノイズレベルをdB未満 0.5 キロビット / s. データレートが上がるとすぐ, 負の信号対雑音比がゼロに向かってさらに増加するか、帯域幅をさらに増加する必要がある, ノイズレベルが増加します.

LoRaとFSKの比較測定

LoRaが本当にどれほど優れているかを知るには, LoRaとFSKを直接比較する必要があります. この目的のために, 以前使用していた標準FSKトランシーバ (CC1020およびCC1101) LoRaからのデータと比較されます / FSKトランシーバーSX1261.

トランシーバー変調 

データシートによる最大感度

データレート処方箋- 帯域幅
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

データシートの情報によると, LoRaは、最高のFSKトランシーバーよりも少なくとも24dB優れた最大感度を実現します (SX1261). 古いFSKトランシーバーと比較 (CC1020およびCC1101), 最大感度は均一です 31 または 33 dB向上. 無線範囲は毎回2倍になると想定できるため、 10 より高い感度, a 4 に 8 FSKと比較してLoRaで無線範囲が可能な時間.

しかしながら, また、最大のLoRa感度が非常に遅いデータレートでのみ達成されていることも注目に値します。 0.02 キロビット / s. 直接取得するために, 異なるトランシーバー間の意味のある比較, すべてのトランシーバーの感度は同じデータレートで決定されます. セムテックのメーカーによると, LoRaは約達成する必要があります 7 に 10 FSKと同じデータレートでdB高い感度.

私たち自身の測定は次の結果を与えました:

データレート感度
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

LoRa変調を備えたSX1261トランシーバは、 4 – 6 FSK変調よりも感度がdB. CC1020との比較 8 – 11 dBおよびCC1101との比較 13 – 17 dB感度が向上. より低いデータレートが選択されていることは印象的です, LoRaでより多くの感度ゲインを達成できます.

別のビューは、LoRaの省エネの可能性を示しています. FSKと同じ感度を実現するために, 約 4 LoRaでデータレートを使用できる回数. したがって、同じ無線電信は 4 倍短くなり、エネルギー消費量も 4.

結論:

すべての無線トランシーバと同様, の最大LoRa感度 -149 dBmは最低のデータレートでのみ達成されます. LoRaのこのデータレートは約. 0.02 キロビット / sのため、多くのアプリケーションで使用できません. しかしながら, このような低いデータレートを使用できる場合, 4 無線範囲は最近のFSKトランシーバーと比較して理論的に可能です.

LoRaデータレートが 1.2 kBit / に 10 kBit / s, LoRaは約を達成します. 4-6 最新のFSKトランシーバーと比較してdB高い感度. CC1101やCC1020などの古いFSKトランシーバーと比較, LoRaを使用すると、無線範囲を2倍または3倍にすることもできます。.

現在のFSK感度で十分なアプリケーションには、興味深い省エネオプションがあります。. LoRaで同じ感度を実現する場合, データレートは、 4 FSKと比較して, これにより、エネルギー消費量も 4.

私たちのために, LoRaテクノロジーは、データレートが最大 10 キロビット / s, 古い無線機と比較して無線範囲を大幅に拡大できるため. 特に興味深いのは、LoRaWANネットワークに接続できる可能性です。, これは、IoTアプリケーションを実質的にどこでもインターネットに接続できることを意味します.

LoRaモジュール “TRX433-70” 私たちは将来の革新的なLoRaプロジェクトの準備ができています.

LoRaによる無線送信

メーターの読み, スイッチングコマンドやその他の情報をコンセントレータモジュールからルータに送信し、さまざまな方法で戻すことができます。. 有線伝送が不可能または高すぎる場合, LoRaを使用した無線送信は、​​リモート読み取りの代替手段となります.

LoRa無線規格

LoRaはLong Rangeの略です, つまり. 高い (無線) 範囲であり、UMTSやLTEなどの既知の技術の代替無線規格です。. たくさんの国で, LoRaは、いわゆるモノのインターネット(IoT)における通信標準の基礎としてすでに地位を確立しています。 (IoT), マシンツーマシン用 (M2M) 通信、産業およびスマートシティアプリケーション.

LoRa無線規格, 他の無線技術と同様に, ライセンス不要のISM帯域から無料のLoRa周波数帯域を使用します (工業用, 科学と医療). ヨーロッパで, これらはのバンドです 433 そして 868 MHz範囲. 特別な無線手順を使用する, いわゆる周波数拡散, テクノロジーは干渉の影響をほとんど受けません. 送信機と受信機の間の範囲は 2 そして 15 km, 環境と市街地に応じて. の高感度のため -137 dBm, 建物の高い浸透を達成できます. 無線信号は建物や地下室の奥深くまで侵入します. 特に、キャラバンやトレーラーハウスの金属カバーがWLANの信号強度を弱めることが多いキャンプ場, LoRaでの無線通信はここで優れています. LoRaのデータレートは 0.3 そして 50 キロビット / s.

LoRaのアプリケーション

LoRaは主に、非常に省エネな方法で長距離にわたって送信されるデータが非常に少ないアプリケーションで使用されます。. これらのデータは通常測定値です, ステータス信号または操作された値.

WLANの違い, LoRaと携帯ラジオ

WLANおよびモバイル無線は、大量のデータを送信するように設計されています. 比較的短い範囲が受け入れられます. LoRa, 一方, 遠距離で少量のデータを送信するために最適化されています. 次の表は、異なる無線規格間のいくつかの違いを示しています.

 

WLANLoRA携帯電話
鳴った<100 メートル2.000-3.000(市)

>10.000 メートル (国)

<300 メートル (市)

<10.000 メートル (国)

 

マックス. データレート

6.933 メガビット/秒50 キロビット/秒1.000 メガビット/秒
費用非常に高い
LoRa周波数2.4 GHz

5 GHz

60 GHz

433 MHz

868 MHz

800 MHz

900 MHz

1.800 MHz

2.100 MHz

2.600 MHz

マックス. 送信電力1.000 mW25 mW20-50 w (基地局)

200 Mw (端末装置)

LoRaWAN (長距離広域ネットワーク)

低電力WAN (LPWAN) モノのインターネットのネットワーク概念 (IoT) マシン間通信 (M2M). LPWANの特徴は、LPWANが最大 50 kmと非常に少ないエネルギーを必要とします. LPWANを実現するには、いくつかの技術的アプローチがあります. ETSIの1つ: ETSI GS LTN, 他の名前はLoRaWANです, 無重力およびRPMA, ランダムフェーズマルチアクセスの略.

ブリッジ可能な距離が自由空間の減衰によって大きく損なわれないように, 前述のLPWANの概念の一部では、ISM帯域で周波数を使用しています。 433 MHzおよび 868 MHz. でISMバンドで働くこともほとんどありません 2.4 GHz.

例えば, LoRaWANとしてのSigFoxに関して (長距離広域ネットワーク), それはISMバンドを使用します 868 MHz (米国 915 MHz) ヨーロッパで. ブリッジ可能な距離範囲が終了しました 5 都市部でのkm以上 15 街の外のキロ. LoRa周波数範囲には無線トランシーバもあります。 2.4 GHzの範囲 10 kmはブリッジできます. LoRa伝送は、チャープスペクトラム拡散の組み合わせです。 (CSS) およびソフトウェア無線 (SDR). 主な利点は、 20 ノイズレベルを下回るdBは引き続き検出できます. LoRaWANコンセプトは双方向通信をサポートします, モビリティとロケーションベースのサービス.

特性値LoRaWAN
 

周波数範囲

 

ISMバンド, 433 MHz, 868 MHz (私), 915 MHz (米国)

変調チャープ拡散スペクトル (CSS)
チャンネルブリティッシュ8*125 KHz (私),

64*125KHz,8*125KHz(米国)

 

小包のサイズ

 

ユーザーが決定

データシート上/下300 ビット/秒 50 キロビット/秒 (私)

900 ビット/秒から 100 キロビット/秒(米国)

 

トポロジー

 

スター型トポロジー

 

距離

まで 5 市街地のkm

まで 15 地方のkm

 

エンドデバイスはベースステーションに接続されています, 次に、TCP経由でバックボーンから暗号化された情報を受信します / IPおよびSSLプロトコル.
最終コンポーネントのバッテリー寿命を可能な限り長くするため, すべてのデータレートとRF出力信号はLoRaWANネットワークによって管理され、エンドコンポーネントは適応データレートを介して制御されます (ADR). 3端子デバイスクラスがあります。: クラスAデバイスは双方向通信が可能で、アップリンクに計画された送信ウィンドウがあります, クラスBデバイスには、ダウンリンクに計画された送信ウィンドウがあり、クラスCデバイスの送信ウィンドウは継続的に開いています. LoRaWANテクノロジーは、LoRa Allianceによって標準化されています.

ロラワン – ワイヤレスネットワークのフレームワーク

LoRaWanは仕様であり、ワイヤレスネットワークのフレームワークについて説明しています. データトラフィックが少ないネットワークで使用されます, たとえばセンサーネットワーク. ロラワン (LongRangeWideAreaNetwork) いわゆるLPWANです (低電力広域ネットワーク) プロトコル. この記事では、LoRaWanで使用される周波数と使用可能なエンドデバイスのクラスを示します。.

LoRa周波数は世界のさまざまな地域で異なります. しかしながら, 正しい周波数を設定するために、LoRaデバイスを起動する前にここで詳細情報を取得する必要があります. 次の表は、各国または大陸の正しい頻度を示しています:

LoRaWanもスタートポロジのように扱われます. ゲートウェイは、エンドデバイスから特定のアクセスサーバーにメッセージを転送します. ゲートウェイは、標準インターネット接続を介して標準サーバーを介して接続されます.

双方向デバイス
Endによって処理される3つの主な双方向クラスがあります。:

クラスA

アップリンクデータは常にエンドデバイスから送信されます. アップリンクメッセージの後には 2 ダウンリンクメッセージの短い受信ウィンドウ. これらのダウンリンクメッセージは、確認メッセージやデバイスパラメータにも含めることができます。. 端末とゲートウェイの間の通信は常に端末からのみであるため, 詳細な新しいデバイスパラメータと端末の実装の間に待ち時間がある場合があります.

実際の送信時間の連絡先の間, クラスAデバイスは、LoRaモジュールを完全に省エネモードにすることができます. これはエネルギー効率を変えます.

クラスB

クラスB, 他のクラスAのフォールトウィンドウ, さらに受付窓口になる. クラスBデバイスは、周期的に送信されるビーコンを介して同期されます. これらのビーコンは通信に使用されます, その他の受付窓口は別の時間帯に開いています. 損失は​​、レイテンシを事前に決定できることです, コンポーネント番号としてのエネルギー消費の損失. しかしながら, エネルギー消費はバッテリー駆動のアプリケーションに十分なほど低いままです.

クラスC

クラスCは、ダウンリンクの待ち時間を大幅に削減します, エンドデバイス自体がメッセージを提供しない限り、エンドデバイスの受信ウィンドウが常に聞こえるため. このために, 信頼できるサーバーがダウンリンク送信を開始できる. クラスAとCの間の時間変更は、バッテリー駆動の法的契約において特に重要です。, 例えば, “ファームウェアオーバーザエア” 更新.

領域LoRa周波数
ヨーロッパ863-870 MHz

433 MHz

我ら902-928 MHz
中国470-510 MHz

779-787 MHz

オーストラリア人915-928 MHz
インド人865-867 MHz
アジア433 MHz
北米915 MHz