Яка технологія стоїть за частотою LoRa

LoRa використовує CSS (Спектр розповсюдження) модуляція, яка використовує метод розподілу частоти як метод модуляції. Так звані щебетальні імпульси надсилаються як символи, які постійно збільшують або зменшують частоту LoRa з часом. Потім передача даних здійснюється послідовною послідовністю цих імпульсів.

Особливі властивості

Оскільки LoRa працює в діапазонах частот ISM (433 МГц, 868 МГц і 915 МГц), потужність випромінюваної передачі обмежена. Для того, щоб мати більший радіус дії, ніж звичайні типи модуляції, такі як для досягнення FSK (Введення частотного зсуву), чутливість приймача значно покращилася завдяки LoRa. Приймач LoRa все ще може успішно приймати та декодувати корисний сигнал LoRa до 20 дБ нижче рівня шуму, що призводить до чутливості приймача максимум -149 дБм. Порівняно з максимальною чутливістю FSK приблизно. –125 дБм до -130 дБм, LoRa пропонує значне покращення. З приймачем FSK, сигнал може бути успішно декодований, лише якщо корисний сигнал становить приблизно.

Завдяки властивості, що LoRa все ще може успішно отримувати корисний сигнал до 20 дБ нижче рівня шуму, стійкість до радіоперешкод значно краща, ніж у FSK. Системи FSK працюють коректно лише тоді, коли сигнал перешкод не менше 10 дБ слабкіше корисного сигналу. У найкращому випадку, Системи LoRa все ще можуть приймати корисний сигнал, якщо сигнал перешкод є 20 дБ сильніший за корисний сигнал.

Обмеження

З графіку вище видно, що LoRa може отримувати близько 30 дБ слабкіші сигнали, ніж у FSK. Однак, є два обмеження, які дещо релятивізують цю велику різницю.

• Перший, модуляція LoRa є широкосмуговою, ніж модуляція FSK, що означає, що рівень шуму приймача LoRa, як правило, вищий, ніж у приймача FSK. Зокрема, подвоєння пропускної здатності збільшує рівень шуму на 3 дБ.
• По-друге, LoRa може приймати корисний сигнал лише до 20 дБ нижче рівня шуму при дуже повільній швидкості передачі даних ≤ 0.5 кбіт / s. Як тільки швидкість передачі даних збільшується, або від'ємне відношення сигнал / шум збільшується ще до нуля, або смугу пропускання потрібно додатково збільшувати, що в свою чергу збільшує рівень шуму.

Порівняльне вимірювання між LoRa та FSK

Щоб з’ясувати, наскільки справді хороша LoRa, слід провести пряме порівняння між LoRa та FSK. Для цієї мети, наші раніше використовувані стандартні трансивери FSK (CC1020 та CC1101) порівнюються з даними LoRa / Приймач FSK SX1261.

Відповідно до інформації з таблиць даних, LoRa досягає принаймні на 24 дБ максимальної чутливості, ніж у найкращого трансивера FSK (SX1261). У порівнянні зі старими трансиверами FSK (CC1020 та CC1101), максимальна чутливість рівна 31 або 33 дБ краще. Оскільки можна припустити, що радіодіапазон можна подвоїти для кожного 10 дБ більше чутливості, а 4 до 8 разів радіодіапазон повинен бути можливим з LoRa порівняно з FSK.

Однак, також помітно, що максимальна чутливість LoRa досягається при надзвичайно повільній швидкості передачі даних 0.02 кбіт / s. Для того, щоб отримати прямий, значуще порівняння між різними трансиверами, чутливість усіх трансиверів визначається з однаковою швидкістю передачі даних. За словами виробника Semtech, LoRa довелося б досягти приблизно 7 до 10 дБ більше чутливості при тій же швидкості передачі даних, що і FSK.

Наші власні вимірювання дали такі результати:

Досягається трансивер SX1261 з модуляцією LoRa 4 – 6 дБ більше чутливості, ніж при модуляції FSK. У порівнянні з CC1020 8 – 11 дБ і порівняно з CC1101 13 – 17 дБ досягається більша чутливість. Вражає те, що обрана нижча швидкість передачі даних, тим більше посилення чутливості можна досягти за допомогою LoRa.

Інший погляд показує енергозберігаючий потенціал LoRa. Для того, щоб досягти такої ж чутливості, як і у FSK, приблизно 4 в рази швидкість передачі даних може використовуватися з LoRa. Таким чином стає та сама радіотелеграма 4 в рази коротший, а споживання енергії також зменшується в рази 4.

Висновок:

Як і у всіх радіоприймачів, максимальна чутливість LoRa -149 дБм досягається лише при найнижчій швидкості передачі даних. Ця швидкість передачі даних для LoRa становить лише приблизно. 0.02 кбіт / s і тому непридатний для багатьох програм. Однак, якщо можна використовувати такі низькі швидкості передачі даних, 4 в рази радіодіапазон теоретично можливий порівняно з сучасними трансиверами FSK.

Якщо швидкість передачі даних LoRa збільшено до 1.2 kBit / s до 10 kBit / s, LoRa досягає приблизно. 4-6 дБ більше чутливості порівняно з сучасними трансиверами FSK. У порівнянні зі старими трансиверами FSK, такими як CC1101 або CC1020, радіохвилю можна навіть подвоїти або потроїти за допомогою LoRa.

Існує цікавий варіант енергозбереження в додатках, де поточна чутливість FSK була достатньою. Якщо та сама чутливість повинна бути досягнута з LoRa, швидкість передачі даних може бути збільшена в коефіцієнт 4 порівняно з ФСК, в результаті чого споживання енергії також може бути зменшено в коефіцієнт 4.

Для нас, Технологія LoRa представляє цікаву альтернативу для програм із швидкістю передачі даних до 10 кбіт / s, оскільки радіодіапазон можна значно збільшити порівняно зі старими трансиверами. Для нас особливий інтерес представляє можливість підключення до мережі LoRaWAN, оскільки це означає, що програми IoT можна підключати до Інтернету практично в будь-якому місці.

За допомогою нашого модуля LoRa “TRX433-70” ми готові до майбутніх інноваційних проектів LoRa.

Радіопередача з LoRa

Показання лічильника, команди перемикання та інша інформація може передаватися від модуля концентратора до маршрутизатора і назад різними способами. Якщо дротова передача неможлива або занадто дорога, радіопередача з LoRa може бути альтернативою віддаленому зчитуванню.

Стандарт радіо LoRa

LoRa розшифровується як Long Range, тобто. високий (радіо) діапазону і є альтернативним радіостанцією серед відомих технологій, таких як UMTS або LTE. У багатьох країнах, LoRa вже зарекомендував себе як основа для стандарту спілкування в так званому Інтернеті речей (IoT), для машини до машини (M2M) зв'язку та для промисловості та додатків розумного міста.

Стандарт радіо LoRa, як і інші радіотехнології, використовує безкоштовні смуги частот LoRa із безліцензійних смуг ISM (Промислові, Науково-медична). В Європі, це смуги в 433 і 868 Діапазон МГц. За допомогою спеціальної радіопроцедури, так званий частотний розкид, технологія майже не захищена від перешкод. Діапазон між передавачем і приймачем знаходиться між 2 і 15 км, залежно від навколишнього середовища та забудованої площі. Завдяки високій чутливості -137 дБм, може бути досягнута висока проникність будівель. Радіосигнали проникають глибоко всередину будівель та підвалів. Особливо в кемпінгах, де металеві покриття караванів та мобільних будинків часто послаблюють потужність сигналу WLAN, радіопередача з LoRa тут краща. Швидкість передачі даних у LoRa знаходиться між 0.3 і 50 кбіт / s.

Заявки на LoRa

LoRa в основному використовується в додатках, в яких дуже мало даних має передаватися на великі відстані дуже енергозберігаючим способом. Ці дані, як правило, є виміряними значеннями, сигнали стану або маніпульовані значеннями.

Відмінності між WLAN, LoRa та мобільне радіо

WLAN та мобільне радіо призначені для передачі великих обсягів даних. Приймаються відносно короткі діапазони. LoRa, з іншої сторони, оптимізовано для передачі невеликих обсягів даних на великі відстані. Наступна таблиця показує деякі відмінності між різними радіостанціями.

LoRaWAN (широкосмугова мережа далекого дії)

WAN мережі низького енергоспоживання (LPWAN) - це мережеві концепції для Інтернету речей (IoT) і зв'язок "машина-машина" (M2M). LPWAN характеризуються тим, що вони можуть долати відстань до 50 км і вимагають дуже мало енергії. Існує кілька технічних підходів до реалізації LPWAN. Один від ETSI: ETSI GS LTN, інші назви - LoRaWAN, Невагомий і RPMA, що розшифровується як довільний багатофазний доступ.

Таким чином, щоб відстань, що моститься, не погіршувалась занадто сильно через ослаблення вільного простору, деякі згадані концепції LPWAN використовують частоти в діапазонах ISM на 433 МГц і 868 МГц. Мало хто також працює в діапазоні ISM на 2.4 ГГц.

Наприклад, щодо SigFox як LoRaWAN (Широкообласна мережа далекого дії), він використовує діапазон ISM на 868 МГц (США 915 МГц) в Європі. Діапазон дистанцій для подолання перевищений 5 км в міській зоні і більше 15 км за містом. Існують також радіоприймачі в діапазоні частот LoRa 2.4 ГГц, з діапазоном 10 км можна подолати. Передача LoRa - це комбінація спектру розповсюдження щебетання (CSS) та програмно визначене радіо (СПЗ). Ключова перевага полягає в тому, що сигнали, які відповідають 20 дБ нижче рівня шуму все ще можна виявити. Концепція LoRaWAN підтримує двоспрямоване спілкування, послуги з мобільності та розташування.

Кінцеві пристрої підключені до базової станції, який, у свою чергу, отримує інформацію, зашифровану з магістралі через TCP / IP та протокол SSL.
Щоб гарантувати, що час автономної роботи кінцевих компонентів буде як можна довшим, усі швидкості передачі даних і вихідні сигнали РЧ управляються мережею LoRaWAN, а кінцеві компоненти - за допомогою адаптивної швидкості передачі даних (ADR). Існують три термінальні класи пристроїв: Пристрої класу А можуть обмінюватися даними у двох напрямках і мати заплановане вікно передачі у висхідній лінії зв'язку, пристрої класу B також мають заплановане вікно передачі в низхідній лінії зв'язку, а вікно передачі для пристроїв класу C постійно відкрите. Технологія LoRaWAN стандартизована Альянсом LoRa.

LoRaWan – Рамка для бездротових мереж

LoRaWan є специфікацією та описує основу для бездротових мереж. Він використовується в мережах з невеликим трафіком даних, наприклад у сенсорних мережах. LoRaWan (LongRangeWideAreaNetwork) є так званим LPWAN (Широкообласна мережа низької потужності) протоколу. У цій статті показано частоти, що використовуються LoRaWan, та доступні класи кінцевих пристроїв.

Частота LoRa варіюється в різних регіонах світу. Однак, тут потрібно отримати більше інформації перед запуском пристрою LoRa, щоб встановити правильну частоту. У наступній таблиці наведено правильні частоти для кожної країни чи континенту:

LoRaWan також трактується як топологія зірок. Шлюзи пересилають повідомлення з кінцевих пристроїв на певний сервер доступу. Шлюзи підключаються через стандартний сервер через стандартні підключення до Інтернету.

Двонаправлені пристрої
End має три основні двонаправлені класи:

Клас А

Дані висхідної лінії зв'язку завжди надходять із кінцевого пристрою. За повідомленням висхідної лінії слідує 2 короткі вікна прийому повідомлень за низхідною лінією. Ці повідомлення вниз можуть бути включені для повідомлень про підтвердження, а також для параметрів пристрою. Оскільки зв'язок між терміналом і шлюзом буде коли-небудь здійснюватися лише з терміналу, може бути час очікування між детальними новими параметрами пристрою та реалізацією терміналу.

Між фактичним часом передачі контактів, Пристрої класу A можуть повністю перевести свій модуль LoRa в енергозберігаючий режим. Це змінить енергоефективність.

Клас В

Клас В, інші - до вікон несправності класу А., стають подальшими вікнами прийому. Пристрої класу В синхронізуються за допомогою циклічно відправлених маяків. Ці маяки використовуються для спілкування, та інші вікна прийому відкриті в інший час. Втрата полягає в тому, що затримку можна визначити заздалегідь, втрати енергоспоживання як число компонентів. Однак, споживання енергії залишається досить низьким для програм, що працюють від акумуляторів.

Клас С

Клас С значно зменшує затримку низхідній лінії зв'язку, оскільки вікно прийому кінцевого пристрою завжди звучить, доки сам пристрій не видає жодних повідомлень. З цієї причини, надійний сервер може розпочати передачу по низхідній лінії зв'язку. Зміна часу між класами А і С особливо важлива в юридичних договорах, що працюють від акумуляторів, наприклад, “прошивка в ефірі” оновлення.