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Couche physique LoRa et interface RF

Couche physique LoRa et interface RF

L'interface LoRa RF / radio ou la couche physique définit le signal transmis par les modules et dispositifs LoRa.

L'interface radio LoRa définit les propriétés, y compris la forme d'onde de modulation, les niveaux de puissance autorisés, les bandes qui peuvent être utilisées (et dans quels continents) ainsi que les protocoles RF et tous les autres détails sur le signal RF et l'interface.

Bandes de fréquences LoRa

Le système sans fil LoRa utilise les fréquences sans licence disponibles dans le monde entier. Les fréquences / bandes les plus utilisées sont:

  • Europe: 868 MHz
  • Amérique du Nord: 915 MHz
  • Asie: 433 MHz

L'utilisation de fréquences plus basses que celles des bandes ISM 2,4 ou 5,8 GHz permet d'obtenir une bien meilleure couverture par les modules et dispositifs sans fil LoRa, en particulier lorsque les nœuds se trouvent dans des bâtiments.

Bien que les bandes ISM inférieures à 1 GHz soient normalement utilisées, la technologie est essentiellement indépendante de la fréquence et peut être utilisée sur la plupart des fréquences sans ajustement fondamental.

Modulation LoRa

La couche physique LoRa RF utilise une forme de modulation à spectre étalé. Le schéma de modulation LoRa utilise des impulsions modulées en fréquence linéaire à large bande. Le niveau d'augmentation ou de diminution de fréquence au cours du temps est utilisé pour coder les données à transmettre, c'est-à-dire une forme de modulation à chirp.

Cette forme de modulation permet aux systèmes sans fil LoRa de démoduler des signaux qui sont à 20 dB en dessous du plancher de bruit lorsque la démodulation est combinée avec une correction d'erreur directe, FEC. Cela signifie que le budget de liaison pour un système LoRa peut fournir une amélioration de plus de 25 dB par rapport à un système FSK traditionnel.

En raison du fait que la transmission est répartie de manière pseudo-aléatoire, elle apparaît comme du bruit et peut être difficile à détecter pour les utilisateurs non Lora. Cela peut contribuer à la sécurité du système.

Un autre avantage du système est que la modulation de chirp, et le système en général, est tolérant aux décalages de fréquence et, par conséquent, il est possible d'utiliser un oscillateur à cristal de base avec une tolérance de 20 à 30 ppm plutôt qu'un oscillateur compensé en température, TCXO . Cela peut fournir de bonnes économies de côte dans les circuits électroniques du nœud.

Communications de données LoRa

La communication entre les différents terminaux et passerelles utilise plusieurs canaux de fréquence différents et utilise différents débits de données.

Le choix du débit de données est un équilibre entre la plage de communication et la durée du message, c'est-à-dire le débit auquel les données requises peuvent être envoyées. Les signaux à plus longue portée peuvent avoir des niveaux inférieurs au niveau du récepteur, ce qui signifie que les débits de données peuvent diminuer pour s'adapter aux niveaux de réception inférieurs.

L'utilisation de la technologie à spectre étalé chirp permet aux communications avec différents débits de données de ne pas interférer les unes avec les autres. De cette manière, un ensemble de canaux "virtuels" est créé qui augmente la capacité de la passerelle.

Lien adaptatif LoRa

Le fait que seuls de faibles débits de données soient utilisés et de faibles niveaux de transfert de données global signifie que de faibles bandes passantes sont nécessaires. Une variété de bandes passantes sont disponibles. Les principaux sont: 7,8 kHz; 10,4 kHz; 15,6 kHz; 20,8 kHz; 31,2 kHz; 41,7 kHz; 62,5 kHz; 125 kHz; 250 kHz; 500 kHz, bien que les trois premiers tendent à être les plus couramment utilisés.

En plus de la variété de bandes passantes disponibles, LoRa utilise six facteurs d'étalement, désignés SF7 à SF12 pour adapter le débit de données et le compromis de portée. Un facteur d'étalement plus élevé permet une plus grande portée au détriment d'un débit de données inférieur, et vice versa.

La combinaison de bande passante et de facteur d'étalement peut être choisie en fonction des conditions de liaison et du niveau de données à transmettre. Un facteur d'étalement plus élevé améliore les performances de transmission pour une bande passante donnée, mais augmente également le temps de transmission. Des facteurs d'étalement plus longs offrent une sensibilité plus élevée mais des temps de transmission plus longs et donc des débits de données inférieurs. Ceux-ci peuvent varier d'aussi peu que 18bps à 40Kbps.

Il est également possible d'améliorer l'immunité au bruit en utilisant la correction d'erreur directe. Cependant, cela réduit le débit de données réel car la correction d'erreur elle-même ajoute des données de correction supplémentaires pour permettre au récepteur de récupérer le message réel en présence d'erreurs.

Le niveau de puissance utilisé dans la couche physique RF sans fil LoRa est adaptatif. Le niveau de puissance utilisé dépend du débit de données nécessaire, des conditions de la liaison, etc. la durée de vie est maximisée et la capacité du réseau maintenue.

L'interface couche physique / radio du système sans fil LoRa offre un excellent format pour les communications à faible puissance et faible signal. Cela le rend idéal pour les communications à faible débit, à faible puissance et longue distance. L'interface RF permet aux nœuds LoRa d'être situés dans de nombreux endroits pauvres tout en conservant la connectivité

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Voir la vidéo: Getting Started with LoRa. Tutorial (Octobre 2020).