Công nghệ Behind Lora Tần số là gì

LoRa frequency range

Lora sử dụng CSS (Chirp Spread Spectrum) điều chế trong đó sử dụng một phương pháp phát tán tần số là một kỹ thuật điều chế. Cái gọi là xung chirp được gửi dưới dạng ký tự, mà tăng hoặc giảm tần suất Lora liên tục theo thời gian. sau đó truyền dữ liệu được thực hiện theo trình tự liên tiếp của những xung chirp.

tần số Lora

Tính chất đặc biệt

Kể từ Lora hoạt động trong băng tần ISM (433 MHz, 868 MHz và 915 MHz), sức mạnh truyền bức xạ bị hạn chế. Để có một loạt đài phát thanh lớn hơn các loại điều chế truyền thống như Để đạt FSK (Tần số chuyển keying), độ nhạy máy thu đã được cải thiện đáng kể với Lora. Người nhận Lora vẫn có thể nhận thành công và giải mã một Lora hữu ích tín hiệu lên đến 20 dB dưới mức tiếng ồn, mà kết quả trong một sự nhạy cảm nhận của một tối đa -149 dBm. So với sự nhạy cảm FSK tối đa xấp xỉ. -125 dBm đến -130 dBm, Lora cung cấp một sự cải thiện đáng kể. Với thu FSK, các tín hiệu chỉ có thể được giải mã thành công nếu tín hiệu hữu ích là xấp xỉ.

Lora-Frequency-and-tín hiệu mạnh

Nhờ tài sản mà Lora vẫn có thể nhận thành công tín hiệu hữu ích lên đến 20 dB dưới mức tiếng ồn, sự vững mạnh để can thiệp đài phát thanh là tốt hơn đáng kể so với FSK. hệ thống FSK chỉ làm việc một cách chính xác nếu tín hiệu can thiệp tối thiểu là 10 dB yếu hơn so với các tín hiệu hữu ích. Trong trường hợp tốt nhất, hệ thống Lora vẫn có thể nhận tín hiệu hữu ích nếu các tín hiệu nhiễu là 20 dB mạnh hơn so với tín hiệu hữu ích.

Hạn chế

Từ đồ họa ở trên, bạn có thể thấy rằng Lora có thể nhận được khoảng 30 dB tín hiệu yếu hơn so với FSK. Tuy nhiên, có hai hạn chế phần nào tương đối hóa sự khác biệt lớn này.

• Đầu tiên, điều chế Lora là băng thông rộng hơn so với điều chế FSK, có nghĩa là mức độ tiếng ồn của người nhận Lora thường cao hơn so với các máy thu FSK là. Đặc biệt, tăng gấp đôi băng thông tăng mức độ tiếng ồn bằng cách 3 dB.
• Thứ hai, Lora chỉ có thể nhận được một tín hiệu hữu ích lên đến 20 dB dưới mức tiếng ồn tại tốc độ dữ liệu rất chậm ≤ 0.5 kbit / S. Ngay sau khi tốc độ dữ liệu được tăng lên, hoặc là tiêu cực tín hiệu-to-noise ratio tăng thêm đối với zero hoặc băng thông đã được tăng thêm, do đó làm tăng độ ồn.

đo lường so sánh giữa Lora và FSK

Để tìm hiểu cách thức tốt Lora thực sự là, một so sánh trực tiếp giữa Lora và FSK nên được thực hiện. Vì mục đích này, sử dụng trước đó thu FSK tiêu chuẩn của chúng tôi (CC1020 và CC1101) được so sánh với các dữ liệu từ Lora / FSK thu phát SX1261.

thu phátđiều chế 

nhạy Max theo datasheet

tốc độ dữ liệuRX- băng thông
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

Theo thông tin từ các datasheets, Lora đạt được ít nhất một 24dB độ nhạy cực đại tốt hơn so với các máy thu phát FSK tốt nhất (SX1261). So với các máy thu phát FSK cũ (CC1020 và CC1101), độ nhạy tối đa thậm chí còn 31 hoặc là 33 dB tốt hơn. Vì nó có thể giả định rằng phạm vi đài phát thanh có thể được tăng lên gấp đôi cho mỗi 10 dB nhạy cảm hơn, một 4 đến 8 lần so với phạm vi phát thanh nên có thể với Lora so với FSK.

Tuy nhiên, nó cũng là đáng chú ý rằng tối đa Lora nhạy cảm được thực hiện với một tốc độ dữ liệu cực kỳ chậm chạp của chỉ 0.02 kbit / S. Để có được một trực tiếp, so sánh có ý nghĩa giữa các máy thu phát khác nhau, sự nhạy cảm của tất cả các máy thu phát được xác định theo tỷ lệ dữ liệu giống nhau. Theo nhà sản xuất Semtech của, Lora sẽ phải đạt được về 7 đến 10 dB nhiều sự nhạy cảm ở các tốc độ dữ liệu tương tự như FSK.

đo của chúng ta đã đưa ra kết quả như sau:

tốc độ dữ liệuNhạy cảm
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

Các SX1261 thu phát với Lora điều chế đạt 4 – 6 dB nhạy cảm hơn với FSK điều chế. So với các CC1020 8 – 11 dB và so với CC1101 13 – 17 dB nhiều nhạy cảm được thực hiện. Người ta ấn tượng rằng giảm tốc độ dữ liệu được chọn, mức tăng sự nhạy cảm hơn có thể đạt được với Lora.

Một quan điểm khác cho thấy tiềm năng tiết kiệm năng lượng của Lora. Để đạt được sự nhạy cảm giống như với FSK, xấp xỉ 4 lần so với tốc độ dữ liệu có thể được sử dụng với Lora. Các bức điện đài phát thanh cùng do đó trở thành 4 lần ngắn hơn và tiêu thụ năng lượng cũng giảm theo hệ số 4.

Phần kết luận:

Như với tất cả thu phát vô tuyến, tối đa Lora nhạy cảm của -149 dBm chỉ đạt được ở tốc độ dữ liệu thấp nhất. Đây tốc độ dữ liệu cho Lora là chỉ xấp xỉ. 0.02 kbit / s và do đó không thể sử dụng cho nhiều ứng dụng. Tuy nhiên, nếu tốc độ dữ liệu thấp như vậy có thể được sử dụng, 4 lần so với phạm vi phát thanh là về mặt lý thuyết có thể so với thu FSK hiện đại.

Nếu tốc độ dữ liệu Lora được tăng lên 1.2 kBit / s để 10 kBit / S, Lora đạt xấp xỉ. 4-6 dB nhiều nhạy cảm so với thu FSK hiện đại. So với thu FSK cũ như CC1101 hoặc CC1020, phạm vi phát thanh thậm chí có thể được tăng gấp đôi hoặc gấp ba với Lora.

Có một tùy chọn tiết kiệm năng lượng trong các ứng dụng thú vị nơi nhạy FSK hiện tại là đủ. Nếu độ nhạy cùng là để đạt được với Lora, tốc độ dữ liệu có thể tăng lên bởi một yếu tố của 4 so với FSK, theo đó mức tiêu thụ năng lượng cũng có thể được giảm một yếu tố của 4.

Cho chúng tôi, công nghệ Lora đại diện cho một sự thay thế thú vị cho các ứng dụng với tốc độ dữ liệu lên đến 10 kbit / S, kể từ khi loạt đài phát thanh có thể tăng lên ồ ạt so với thu cũ. Quan tâm đặc biệt đối với chúng tôi là khả năng kết nối với mạng LoRaWAN, làm phương tiện này là các ứng dụng IOT thể được kết nối với Internet hầu như bất cứ nơi nào.

Với mô-đun Lora của chúng tôi “TRX433-70” chúng tôi sẵn sàng cho các dự án tương lai Lora sáng tạo.

truyền với Lora đài phát thanh

Các bài đọc mét, lệnh chuyển mạch và các thông tin khác có thể được truyền từ các mô-đun bộ tập trung đến router và trở lại trong nhiều cách khác nhau. Nếu việc truyền tải không dây là không thể hoặc quá đắt, truyền radio với Lora có thể là một thay thế cho việc đọc từ xa.

Các tiêu chuẩn phát thanh Lora

Lora là viết tắt của Long Range, ví dụ:. cao (Đài) phạm vi và là một tiêu chuẩn phát thanh thay thế cho công nghệ nổi tiếng như UMTS hoặc LTE. Ở nhiều nước, Lora đã thành lập chính nó như là cơ sở cho một tiêu chuẩn truyền thông trong cái gọi là Internet of Things (IOT), cho máy-to-máy (M2M) thông tin liên lạc và cho ngành công nghiệp và các ứng dụng thành phố thông minh.

Các tiêu chuẩn phát thanh Lora, như các công nghệ vô tuyến điện khác, sử dụng các băng tần Lora miễn phí từ các ban nhạc ISM giấy phép miễn phí (công nghiệp, Khoa học và y tế). Ở châu Âu, đó là những ban nhạc trong 433 và 868 phạm vi MHz. Bằng cách sử dụng một thủ tục đặc biệt đài phát thanh, sự lây lan tần số cái gọi là, công nghệ này là gần như miễn dịch với sự can thiệp. Phạm vi giữa máy phát và máy thu là giữa 2 và 15 km, tùy thuộc vào môi trường và diện tích xây dựng. Do độ nhạy cao -137 dBm, thâm nhập cao của các tòa nhà có thể đạt được. Các tín hiệu vô tuyến thâm nhập sâu vào bên trong tòa nhà và tầng hầm. Đặc biệt tại khu cắm trại nơi bìa kim loại của các đoàn lữ hành và nhà di động thường làm suy yếu sức mạnh tín hiệu của WLAN, truyền radio với Lora là vượt trội ở đây. Tốc độ dữ liệu tại Lora là giữa 0.3 và 50 kbit / S.

Ứng dụng cho Lora

Lora được sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng trong đó dữ liệu rất ít là được truyền đi trên một khoảng cách dài một cách tiết kiệm năng lượng rất. Những dữ liệu này thường được đo giá trị, tín hiệu trạng thái hoặc giá trị thao túng.

Sự khác nhau giữa WLAN, Lora và đài phát thanh di động

WLAN và đài phát thanh di động được thiết kế để truyền tải một lượng lớn dữ liệu. dãy tương đối ngắn được chấp nhận. Lora, Mặt khác, được tối ưu hóa cho việc truyền một lượng nhỏ dữ liệu trên một khoảng cách lớn. Bảng dưới đây cho thấy một số khác biệt giữa các tiêu chuẩn vô tuyến khác nhau.

 

WLANLoraDi động
Rang<100 m2.000-3.000(thành phố)

>10.000 m (Quốc gia)

<300 m (thành phố)

<10.000 m (Quốc gia)

 

Max. tốc độ dữ liệu

6.933 Mbit / s50 kbit / s1.000 Mbit / s
chi phíTrung bìnhThấpRất cao
Lora Tần số2.4 GHz

5 GHz

60 GHz

433 MHz

868 MHz

800 MHz

900 MHz

1.800 MHz

2.100 MHz

2.600 MHz

Max. Công suất truyền tải1.000 mW25 mW20-50 w (trạm gốc)

200 mw (thiết bị đầu cuối)

LoRaWAN (tầm xa mạng diện rộng)

Sức mạnh WAN thấp (LPWANs) là những khái niệm mạng cho Internet of Things (IOT) và máy-to-máy thông tin liên lạc (M2M). LPWANs được đặc trưng bởi một thực tế rằng họ có thể trang trải khoảng cách lên đến 50 km và đòi hỏi rất ít năng lượng. Có một số phương pháp kỹ thuật để thực hiện các LPWANs. Một từ ETSI: ETSI GS LTN, tên khác là LoRaWAN, Không trọng lượng và RPMA, viết tắt của Random Giai đoạn Multiple Access.

Vì vậy mà khoảng cách bridgeable không bị ảnh hưởng quá nhiều bởi sự suy giảm không gian trống, một số khái niệm LPWAN nêu tần số sử dụng trong băng tần ISM tại 433 MHz và 868 MHz. Vài công việc cũng như trong băng tần ISM tại 2.4 GHz.

Ví dụ, liên quan đến SigFox như LoRaWAN (Long Range Wide Area Network), nó sử dụng băng tần ISM tại 868 MHz (Hoa Kỳ 915 MHz) ở châu Âu. Phạm vi khoảng cách bridgeable đã qua 5 km trong khu vực đô thị và hơn 15 km bên ngoài thành phố. Ngoài ra còn có máy thu phát vô tuyến điện trong dải tần Lora của 2.4 GHz mà một loạt các 10 km có thể bắc cầu. truyền Lora là sự kết hợp của chirp Spread Spectrum (CSS) và Software Defined Radio (SDR). Một lợi thế quan trọng là tín hiệu được lên đến 20 dB dưới mức tiếng ồn vẫn có thể được phát hiện. Khái niệm LoRaWAN hỗ trợ thông tin liên lạc hai chiều, di động và các dịch vụ dựa trên địa điểm.

các giá trị đặc trưngLoRaWAN
 

Dải tần số

 

băng tần ISM, 433 MHz, 868 MHz (Mỹ), 915 MHz (Hoa Kỳ)

điều chếtrải phổ chirp (CSS)
kênh Anh8*125 KHz (Mỹ),

64*125KHz,8*125KHz(Hoa Kỳ)

 

Kích cỡ gói

 

Xác định bởi người sử dụng

Datasheet Lên / Xuống300 chút ít 50 kbit / s (Mỹ)

900 bit / s lên 100 kbit / s(Hoa Kỳ)

 

topo

 

topo sao

 

khoảng cách

Lên đến 5 km trong khu vực xây dựng

Lên đến 15 km ở khu vực nông thôn

 

Thiết bị đầu cuối được kết nối với một trạm gốc, do đó nhận được thông tin được mã hóa từ một xương sống thông qua giao thức TCP / IP và giao thức SSL.
Để đảm bảo rằng tuổi thọ pin của các thành phần cuối cùng là càng lâu càng tốt, tất cả các tốc độ dữ liệu và các tín hiệu đầu ra RF được quản lý bởi các mạng LoRaWAN và các thành phần cuối được điều khiển thông qua một tốc độ dữ liệu adaptive (ADR). Có lớp thiết bị ba thiết bị đầu cuối: Class A thiết bị có thể giao tiếp hai chiều và có một cửa sổ truyền kế hoạch trong uplink, thiết bị lớp B cũng có một cửa sổ truyền kế hoạch trong downlink và cửa sổ truyền cho các thiết bị lớp C là liên tục mở. Công nghệ LoRaWAN được chuẩn hóa bởi Liên minh Lora.

LoRaWan – Khung mạng không dây

LoRaWan là một đặc điểm kỹ thuật và mô tả một khuôn khổ cho các mạng không dây. Nó được sử dụng trong các mạng với lưu lượng dữ liệu ít, ví dụ như trong các mạng cảm biến. LoRaWan (LongRangeWideAreaNetwork) là một cái gọi là LPWAN (Low Power Wide Area Network) Nghị định thư. Bài viết này cho thấy các tần số được sử dụng bởi LoRaWan và các lớp có sẵn của thiết bị đầu cuối.

Lora tần số khác nhau ở các vùng khác nhau của thế giới. Tuy nhiên, nó là cần thiết vào đây để có thêm thông tin trước khi bắt đầu lên một thiết bị Lora để thiết lập tần số đúng. Bảng dưới đây cho thấy các tần số chính xác cho mỗi quốc gia hoặc châu lục:

LoRaWan cũng được đối xử như một topo sao. Cổng chuyển tiếp tin nhắn từ các thiết bị dấu chấm hết cho một máy chủ truy cập cụ thể. Các cổng được kết nối qua máy chủ tiêu chuẩn thông qua kết nối internet tiêu chuẩn.

thiết bị hai chiều
Có ba lớp hai chiều chính xử lý bởi End:

class A

Các dữ liệu uplink luôn có nguồn gốc từ các thiết bị đầu cuối. Thông điệp uplink Tiếp theo là 2 cửa sổ tiếp nhận viết tắt của thông điệp downlink. Các thông điệp này downlink cũng có thể được bao gồm cho các tin nhắn xác nhận cũng như cho các thông số thiết bị. Kể từ khi thông tin liên lạc giữa các thiết bị đầu cuối và là cửa ngõ sẽ chỉ là từ nhà ga, có thể có một thời gian chờ đợi giữa các thông số thiết bị mới trình bày chi tiết và thực hiện các thiết bị đầu cuối.

Giữa các điểm tiếp xúc thời gian truyền thực tế, Class A thiết bị có thể đặt mô-đun Lora của họ hoàn toàn ở chế độ tiết kiệm năng lượng. Điều này sẽ thay đổi hiệu quả năng lượng.

class B

class B, những người khác để cửa sổ lỗi hạng A của, trở thành cửa sổ tiếp nhận thêm. thiết bị lớp B được đồng bộ hóa thông qua các cảnh báo theo chu kỳ gửi. Những cảnh báo này được sử dụng để giao tiếp, và cửa sổ tiếp nhận khác được mở tại những thời điểm khác. Sự mất mát là độ trễ có thể được xác định trước, sự mất mát tiêu thụ năng lượng như một số thành phần. Tuy nhiên, mức tiêu thụ năng lượng vẫn đủ thấp cho các ứng dụng hoạt động bằng pin.

Lớp C

Lớp C làm giảm đáng kể độ trễ cho downlink, từ cửa sổ nhận của thiết bị cuối luôn nghe chừng thiết bị chính nó không đưa ra bất cứ thông điệp. Vì lý do này, máy chủ đáng tin cậy có thể bắt đầu một truyền downlink. Một sự thay đổi thời gian giữa lớp A và C là đặc biệt quan trọng trong các hợp đồng pháp lý pin-powered, ví dụ, “firmware-over-the-air” cập nhật.

Khu vựcCác Lora Tần số
Châu Âu863-870 MHz

433 MHz

Mỹ902-928 MHz
Trung Quốc470-510 MHz

779-787 MHz

người Úc915-928 MHz
người Ấn Độ865-867 MHz
Châu Á433 MHz
Bắc Mỹ915 MHz