lora модуляция что это
Связь в интернете вещей: LoRa против UNB. Часть 1: физика
Первая из серии статей, посвящённой описанию основных отличий технологий маломощной дальнобойной радиосвязи, получающей сейчас распространение в системах Интернета вещей: широкополосной связи LoRa от узкополосных (UNB, Ultra Narrow Band) систем, таких как Sigfox и «Стриж»
Сейчас мы на грани переломного момента: хотя крупные проекты по-прежнему лишь ожидаются в будущем (но уже можно прогнозировать, что это будущее — вопрос месяцев, а не лет), среди интеграторов и заказчиков появился серьёзный интерес к технологиям IoT-связи, причём выражающийся не только в словах, но и в непосредственном желании попробовать эти технологии в деле.
Основная конкуренция в этом сегменте сейчас — между широкополосной связью LoRa и узкополосной Sigfox (а конкретно в России — схожей с ней технологией «Стриж-Телематики»). В будущем к этому списку добавится UNB-протокол Weightless, а также сети, продвигаемые поставщиками классического оборудования сотовой связи — NB-IoT и LTE-M, но это случится года через два-три.
Итак, в чём же разница — и что выбрать для конкретного проекта? Поехали.
Общая черта всех перечисленных технологий — в том, что они позволяют организовать низкоскоростной беспроводной канал связи на дальностях в единицы, а иногда и в десятки километров, не выходя при этом за ограничения безлицензионных радиодиапазонов (как правило, такие системы работают в диапазоне 864—869 МГц с мощностью до 25 мВт). Технически — об ограничениях на использование, накладываемые бизнес-моделями владельцев технологий — поговорим в следующий раз — это позволяет решать довольно интересные задачи, например:
Использование радиочастотного спектра
Однако в том, как именно работает эта связь, перечисленные выше технологии достаточно существенно различаются — фактически, они распадаются на две группы: широкополосные UWB (Ultra Wide Band, к ним из перечисленного относится только LoRa) и узкополосные UNB (Ultra Narrow Band, в нашем случае это Sigfox и «Стриж», а также пока разрабатывающийся Weightless). Из этого проистекает ряд отличий, за которые — не всегда честно — и цепляются желающие прорекламировать ту или иную технологи.
Каналов LoRa при ширине 125 кГц, очевидно, в эту полосу умещается всего три штуки. Каналов Sigfox или «Стриж» — многие сотни. Как правило, разработчиками UNB-систем этот факт подаётся как очевидное преимущество — в эфире могут сосуществовать сотни тысяч устройств, не мешая друг другу.
Однако на практике всё несколько сложнее.
В UNB-системах один приёмник базовой станции в один момент времени может принимать только один канал. Это достаточно очевидный и часто забываемый тезис. Термин «частотное разделение» относится к способности приёмника выцепить этот канал из общего эфира так, чтобы на него не накладывалась передача в соседних каналах — и если мы в данную секунду принимаем что-то по каналу N, то по каналам N+1 и N-1 мы принять в это же время ничего не можем.
В UWB-системах используется не только частотное и временное, но и кодовое разделение каналов. В сетях LoRa конечное устройство может выбрать определённую схему модуляции — и базовая станция LoRa конструируется так, что она способна разделять потоки данных от нескольких устройств, одновременно работающих на одном частотном канале с разными схемами модуляции. У этой схемы есть свои ограничения, и на практике речь идёт о способности БС декодировать сигнал одновременно всего от нескольких устройств — но, тем не менее, говорить, что в UWB-системах в каждый момент может работать только одно устройство, а в UNB — сотни, некорректно.
Теоретически преимущество UNB-систем может наблюдаться при разворачивании нескольких сетей в одном районе — их легко разнести по частотам. Однако, во-первых, до трёх сетей LoRa также можно разнести на разные частоты (а если мы делаем сеть, например, специально под ЖКХ и 0,1 % duty cycle нас полностью устраивают, то и вовсе вынести её в 864-865 МГц), во-вторых, частотное разнесение разных сетей в нерегулируемом спектре — это утопия, как знает каждый владелец Wi-Fi-роутера в многоквартирном доме.
Практический совет: услышав про преимущества UNB-сетей по использованию спектра, начинайте с пристрастием допрашивать рассказчика, как в продвигаемой им системе реализован frequency hopping, то есть возможность перестройки рабочей частоты устройств на лету.
Так что делать с тем, что передатчик в UNB-системах вещает непонятно в какой полосе? Это решается на уровне базовой станции: она должна уметь, увидев сигнал в широком спектре, быстро на него настроиться. К сожалению, реализовать такие же алгоритмы на уровне маленького, дешёвого и экономичного конечного устройства проблематично, поэтому двунаправленность связи в UNB реализуется не во всех системах и не во всех условиях. У того же Sigfox связь долгое время была строго однонаправленной.
Кроме того, существует такая неприятная для UNB-сетей вещь, как допплеровский эффект. Sigfox теряет стабильность работы уже на скорости движения конечного устройства в районе 5-10 км/ч, то есть, делать на Sigfox систему мониторинга велосипедов — уже занятие для настоящих энтузиастов своего дела. LoRa, в противовес, к скоростям чувствительна мало — хотя в общем случае стоит учитывать ускорения, т.к. к ним чувствительны кварцевые резонаторы.
Практический совет: услышав про преимущества UNB-сетей по использованию спектра, начинайте с пристрастием допрашивать рассказчика, насколько симметрична связь в этой системе и в каких условиях эта симметрия работает.
Скорость передачи данных
От теоремы Котельникова-Шеннона, увы, никуда не деться: нельзя просто так взять и впихнуть мегабитный поток в частотную полосу 100 Гц.
UNB-системы работают на фиксированной низкой скорости. Если говорить конкретнее, то у Sigfox скорость передачи данных 100 бит/с, у «Стрижа» — 50 бит/с.
UWB-системы работают на адаптивной скорости. В зависимости от силы сигнала, LoRa может работать на скоростях от 30 бит/с до 50 кбит/с. В сотовых сетях LoRaWAN скорость выбирается автоматически, в локальных сетях LoRa скорость может быть зафиксирована на уровне, обеспечивающем уверенное покрытие нужного объекта связью.
На практике это означает как большую гибкость применения UWB-систем, так и подспорье для них в избежании коллизий в эфире. Чем быстрее абонентское устройство передаст свои данные на БС — тем быстрее оно освободит эфир. Хотя у LoRa из-за сложной системы модуляции больше длина сетевого пакета, чем у UNB-систем (длиннее преамбула), это с лихвой компенсируется большей скоростью передачи данных.
На практике это приводит к довольно жёстким ограничениям у UNB-систем: так, в Sigfox максимальный объём пользовательских данных — 12 байт, их передача занимает несколько секунд, а условия подключения к сети Sigfox определяют, что один объект может передавать не более 140 сообщений в сутки.
Практический совет: услышав про миллионы одновременно работающих устройств, начинайте с пристрастием допрашивать рассказчика, сколько сообщений в сутки и какой длины способна принять одна базовая станция.
Дальность связи
В общем и целом — одинаковая. Дальность связи во всех подобных технологиях очень сильно зависит от условий на местности: так, если на открытой местности и при высоком расположении антенны БС LoRa обеспечивает дальность даже выше обещанных 30 км, то в густом лесу она падает до 1-2 км даже на минимальной скорости.
Преимуществом LoRa в этом вопросе является то, что на фоне конкурентов LoRa — довольно открытая технология, в мире есть много занимающихся ей компаний, а потому сравнительно нетрудно найти различные white papers и отзывы с указанием реальной достигнутой дальности.
В целом можно считать, что все перечисленные технологии обеспечивают дальность 1-3 км в городской застройке и 15-20 км на открытой местности. Дальность может быть увеличена за счёт выгодного расположения антенн: например, слова «в городской застройке» могут означать как абонентские устройства, расположенные в глубине зданий и оснащённые компактными печатными антеннами, так и управлемые уличные фонари с обычными штыревыми антеннами, стоящими на открытом воздухе и минимум в пяти метрах от земли.
Энергопотребление
Энергопотребление конечных устройств во всех перечисленных технологиях определяется двумя моментами — технологическим совершенством чипа передатчика и временем, которое он тратит на передачу.
В общем и целом, в любой из систем возможно обеспечить работу в течение как минимум 5 лет на одной батарейке. UWB-сети имеют преимущество над UNB при работе на небольших дистанциях, когда их скорость может превышать 1 кбит — что значительно сокращает время активности передатчка.
Хотя во многих случаях технологии UNB и UWB применимы в равной степени, между ними есть заметные отличия, которые могут сыграть в пользу того или иного решения. Так, на UNB-сетях может быть реализована быстрая перестройка рабочей частоты устройств (frequency hopping) для ухода от коллизий и помех — однако в случае с конкретными технологиями, будь то Sigfox или «Стриж», необходимо дополнительно выяснять, реализована ли она, а также как и в каких пределах работает.
С другой стороны, UWB-сети на технологии LoRa обладают существенно большей гибкостью параметров, что позволяет применять их в проектах, для которых UNB-сети малопригодны. Сети LoRa обеспечивают большие потенциальные скорости передачи данных, симметричную двунаправленную связь, менее чувствительны к перепадам температур и скорости движения конечного устройства.
Что интересно, это же распространяется и на возможные применения LoRa уже с коммерческой точки зрения — на данный момент эта технология фактически отдаёт бизнес-модель и детали технической реализации проекта на полное усмотрение заказчика. Но об этом — в следующей части.
Компания Unwired Devices занимается разработкой и производством модулей связи для ячеистых сетей 6LoWPAN и сетей дальней связи LoRa, а также датчиков и других оконечных устройств для данных сетей, включая как аппаратную часть, так и прошивки с поддержкой необходимых сетевых технологий. В случае с сетями LoRa мы разрабатываем все возможные топологии: ячеистые и статические радиорелейные сети, объектовые сети типа «звезда» с одной БС и устройства для глобальных сетей LoRaWAN.
Технология LoRa в вопросах и ответах
Участники разных уровней LoRa Alliance производители программного обеспечения, микроэлектроники, операторы связи и т. д. (рис. 1).
В LoRa Alliance входят такие компании, как IBM, Semtech, Cisco, Inmarsat, Swisscom и др. Поскольку данный протокол и поддерживающие его устройства появились не столь давно, у пользователей возникает много вопросов на эту тему. Компания Semtech, разработавшая метод модуляции LoRa, предлагает читателям нашего журнала ответы на наиболее частые из них.
Рис. 1. Цель LoRa Alliance — создание стандартов в развитии «Интернета вещей»
Что такое модуляция LoRa?
Технология модуляции LoRa (Long Range) представляет собой метод модуляции, который обеспечивает значительно бóльшую дальность связи (зону покрытия), чем другие конкурирующие с ним способы. Метод основывается на технологии модуляции с расширенным спектром и вариации линейной частотной модуляции (Chirp Spread Spectrum, CSS) с интегрированной прямой коррекцией ошибок (Forward Error Correction, FEC). Технология LoRa значительно повышает чувствительность приемника и, аналогично другим методам модуляции с расширенным спектром, использует всю ширину полосы пропускания канала для передачи сигнала, что делает его устойчивым к канальным шумам и нечувствительным к смещениям, вызванным неточностями в настройке частот при использовании недорогих опорных кварцевых резонаторов. Технология LoRa позволяет осуществлять демодуляцию сигналов с уровнями на 19,5 дБ ниже уровня шумов, притом что для правильной демодуляции большинству систем с частотной манипуляцией (Frequency Shift Keying, FSK) нужна мощность сигнала как минимум на 8-10 дБ выше уровня шума. Модуляция LoRa определяет тот физический уровень 1 (Physical Layer, PHY, иногда его называют слой), который может быть использован с различными протоколами и в различных вариантах сетевой архитектуры, таких как сетка (Mesh), звезда (Star), точка-к‑точке (point-to-point) и т. п.
Модуляция LoRa является, как уже говорилось выше, физическим уровнем, а LoRaWAN (Long Range Wide-Area Networks, LoRaWAN) это MAC-протокол для высокоемких сетей с большим радиусом действия и низким собственным потреблением мощности, который организация LoRa Alliance стандартизировала для маломощных глобальных радиальных сетей (Low Power Wide Area Networks, LPWAN) типа звезда. Протокол LoRaWAN оптимизирован для малобюджетных сенсоров с работой от батарей и включает в себя различные классы узлов, обеспечивая компромисс между скоростью доставки информации и временем работы устройств при использовании питания от батарей/аккумуляторов. Протокол обеспечивает полную двустороннюю связь, а архитектура (посредством специальных методов шифрования) обеспечивает общую надежность и безопасность всей системы. Архитектура LoRaWAN также была разработана с целью облегчить обнаружение мобильных объектов для отслеживания активов предприятий, что является одним из наиболее быстро растущих приложений на уровне Интернета вещей (Internet of Things, IoT). Протокол LoRaWAN разрабатывается для использования в общенациональных сетях крупных операторов связи. С этой целью организация LoRa Alliance стандартизирует свой протокол LoRaWAN с учетом совместимости и взаимодействия со всеми основными глобальными операторами связи.
Шлюзы LoRa предназначены для использования в радиальных звездообразных сетевых архитектурах большого радиуса действия, они используются в системе LoRaWAN. Из-за свойств технологии LoRa эти шлюзы могут представлять собой многоканальные мультимодемные трансиверы, которые способны выполнять демодуляцию на нескольких каналах одновременно, и даже одновременную демодуляциию множества сигналов на одном и том же канале. Эти шлюзы используют иные радиочастотные компоненты, чем те, которые применяются в конечной точке для обеспечения высокой мощности излучения непосредственно радиосигнала. Шлюзы служат в качестве интерфейса в виде прозрачного моста для передачи сообщений между конечными устройствами и центральным сервером сети.
Шлюзы подключаются к сетевому серверу через стандартные IP-соединения, а конечные устройства используют односкачковую беспроводную связь к одному или нескольким шлюзам. Все конечные точки связи, как правило, являются двунаправленными, но они также поддерживают функционирование в режиме, обеспечивающем возможность осуществления группового обновления программного обеспечения по радиоканалу или передачу иных массовых сообщений, что позволяет сократить активное время на их передачу. В зависимости от желаемой их канальной емкости и мест установки доступны разные версии шлюзов, они могут устанавливаться внутри помещений или на вышках (рис. 2).
Какова возможная скорость передачи данных по протоколу LoRaWAN?
Скорость передачи данных по протоколу LoRaWAN в системе LoRa лежит в диапазоне 0,3-11 кбит/с. Для Европы доступен один GFSK-канал 2 (Gaussian Frequency-Shift Keying, GFSK) для передачи информации с потоком данных в 50 кбит/с. В Северной Америке из-за ограничений, накладываемых FCC (Federal Communications Commission Федеральная комиссия по электросвязи США), минимальная скорость передачи данных составляет 0,9 кбит/с. Чтобы продлить срок службы батареи/аккумулятора в конечном устройстве и общую пропускную способность сети, сетевой сервер LoRaWAN управляет скоростью передачи данных и радиочастотным выходом каждого конечного устройства по отдельности. Управление осуществляется с помощью алгоритма адаптивной скорости передачи данных (Adaptive Data Rate, ADR). Это имеет решающее значение для высокой производительности сети и позволяет осуществлять ее необходимую масштабируемость. Сеть может быть развернута с минимальными инвестициями в ее инфраструктуру и с той ее емкостью, которая необходима для данного конкретного применения. Если развернуто много шлюзов, то технология ADR будет смещать скорость передачи данных в сторону повышения, что обеспечит масштабирование емкости сети в пределах от 6 до 8 раз.
Что такое концентратор LoRa?
В свете рассматриваемой темы используются оба термина и шлюз, и концентратор. Но они эквивалентны, только если о них идет речь как о компонентах системы LoRa. В других отраслях под определением шлюз и концентратор подразумеваются совершенно разные компоненты.
Насколько успешно система LoRa противостоит внешним радиопомехам?
Модем LoRa на совмещенном GMSK-канале имеет возможность подавления помех до 19,5 дБ (за счет Гаусовой фильтрации). Говоря иными словами, он может принимать и демодулировать сигналы на 19,5 дБ ниже уровня помех или шумов. Этот иммунитет к помехам позволяет использовать простую и недорогую систему с LoRa-моду-ляцией в тех местах, где имеется тяжелая спектральная обстановка, или в гибридных сетях связи. В этих случаях использование технологии LoRa позволяет расширить диапазон покрытия связи, в то время как другие варианты модуляции тут оказываются бессильны.
Какова скорость передачи данных в LoRaWAN?
Протокол LoRaWAN определяет конкретный набор скоростей передачи данных, но оконечный чип или так называемый PHY (интегральная схема, предназначенная для выполнения функций физического уровня сетевой модели OSI) способен предоставить больше вариантов. Так, ИМС SX1272 поддерживает скорости передачи данных от 0,3 до 37,5 кбит/с, а SX1276 от 0,018 до 37,5 кбит/с.
Что такое оконечное устройство системы LoRa или ее точка?
Оконечные устройства (Еnd Points) являются элементами сети системы LoRa, где они выполняют такие функции, как измерение или управление и контроль. Они располагаются удаленно и имеют батарейное питание. Используя сетевой протокол LoRaWAN, эти конечные точки могут быть настроены для связи с шлюзом LoRa (концентратором или базовой станцией) рис. 3.
Рис. 3. Элементы сети системы LoRa
Что означает адаптивная скорость передачи данных?
Адаптивная скорость передачи данных (ADR), как уже говорилось ранее, представляет собой метод, при котором фактическая скорость передачи данных регулируется таким образом, чтобы обеспечить надежную доставку пакетов, обеспечить оптимальную производительность сети и необходимый масштаб для ее загрузки. Так, например, узлы, более близкие к шлюзу, будут использовать и более высокую скорость передачи данных (следовательно, время активной передачи по радиоканалу сократится), и меньшую выходную мощность. Только самые удаленные узлы будут использовать низкую скорость передачи данных и высокую выходную мощность передатчика. Технология ADR может внести необходимые изменения в сетевую инфраструктуру и компенсировать таким образом различные потери на трассе передачи сигнала. Чтобы увеличить срок службы батареи конечных устройств и общую пропускную способность сети, сетевая инфраструктура LoRa управляет скоростью передачи данных, а радиочастотный выход подстраивается посредством использования технологии ADR для каждого конечного устройства индивидуально.
Какова фактическая мощность антенны передатчика устройств LoRa?
Выходная мощность непосредственно на выходе чипа равна +20 дБм, а на антенне, после согласования и фильтрации, в результате неизбежных потерь она составляет уже +19 дБм ±0,5 дБ. Различные государства и даже их регионы имеют разные правила для максимально допустимой мощности. Чтобы достичь разрешенного максимума и, соответственно, максимальной зоны покрытия, протокол LoRaWAN позволяет установить различные значения выходной мощности, приемлемые для различных мест использования системы.
Какова стоимость использования решений LoRa?
Что представляет собой система обнаружения активности канала в LoRa?
Чтобы определить, присутствует сигнал или нет, вместо использования индикатора мощности принятого сигнала (RSSI) в системе LoRa для идентификации присутствия сигнала используется комбинированная адаптивная система обнаружения активности канала (Channel Activity Detection, CAD). Она может различать шум и полезный сигнал LoRa. Процесс функционирования этой системы требует двух символов. Если система обнаружила сигнал, то прерывание по CAD_Detected даст подтверждение, и в этом случае, чтобы получить полезные данные, устройство останется в режиме приема.
Почему выходная мощность моего LoRa-устройства или модуля не в состоянии достичь мощности в 20 дБм?
Спецификация дает значение выходной мощности в +20 дБм непосредственно на выходе микросхемы. Полосовой фильтр и высокочастотный ключ, как и все радиочастотные элементы, характеризуются определенными потерями. После согласования антенны и фильтрации типичная мощность в антенне составит +19 дБм.
Можно ли часто выполнять переключения между режимами модуляции FSK и LoRa?
Да, это не вызовет никаких проблем. Устройство LoRa может переключаться с режима частотной манипуляции FSK в режим модуляции LoRa и наоборот. Операция выполняется с помощью простой записи в SPI-регистр. Такое переключение не окажет никакого заметного влияния на производительность или надежность устройства. Устройство LoRa может быть настроено и без проблем переконфигурировано в части любого из параметров, как это указано в спецификациях.
Что надо делать, если выходная мощность не в состоянии достичь значения в +20 дБм?
Мы советуем предпринять следующие шаги:
Как выполнить приемо-сдаточные испытания для проверки качества серийной продукции при массовом производстве системы LoRa?
Чтобы проверить и гарантировать качество продукции в условиях серийного производства, важен контроль трех параметров: допустимое отклонение частоты (точность установки частоты), выходная мощность и чувствительность. Частоту и мощность легко проверить с помощью анализатора спектра. Если ваш генератор сигналов не может генерировать сигнал LoRa, то мы настоятельно советуем проводить испытания чувствительности в режиме FSK.
В чипе имеется только одна радиочастотная цепь, а FSK- и LoRa-демодуляция выполняются в его цифровой части. Потенциально путь прохождения радиочастотного сигнала может быть нарушен, например из-за наличия непропая в цепи постоянного тока, поэтому данную цепь также необходимо проверять. Цифровая часть чипа та, где выполняется собственно модуляция LoRa и FSK, не связана непосредственно со сборкой конечного устройства. Таким образом, тестирование чувствительности в режиме FSK является вполне достаточным для его проверки в ходе приемо-сдаточных испытаний. Цифровая часть и модуляция LoRa протестированы непосредственно при испытаниях на качество самих чипов.
Как правильно выбрать кварцевый резонатор для устройства LoRa?
Как правило, обычный кварцевый резонатор (XTAL) с точностью ±10 ppm является вполне достаточным для большинства систем с шириной полосы рабочих частот 62,5 кГц и выше. Для устройств с рабочей шириной полосы частот меньшей, чем 62,5 кГц, мы настоятельно советуем использовать термокомпенсированные кварцевые генераторы (ТСХО). Для более подробной информации о требованиях к кварцевому резонатору, пожалуйста, обратитесь к спецификации и инструменту для проектирования модемов LoRa и сопутствующих этому расчетов LoRa Modem Calculator, а также к справочному материалу по выбору и применению кварцев в устройствах системы LoRa (AN1200.14 LoRa Modulation: Crystal Oscillator Guidance).
Как измерить точность частоты сигнала в режиме модуляции LoRa для широкополосных LoRa-систем?
Если это необходимо просто для измерения, можно использовать режим синтезатора частоты передатчика (FSTX), как это указано в таблице регистров LoRa, чтобы сгенерировать тональную модуляцию несущей (CW) на основе возможностей конфигурации системы LoRa.
Какая связь между шириной полосы (BW), символьной скоростью (Rs) и скоростью передачи данных (DR)?
В теории, Rs = BW/(2^SF), DR = SF(BW/2^SF)CR, но для того чтобы оценить скорость и необходимое время работы радиоканала передачи данных для различных вариантов конфигурации, мы настоятельно рекомендуем использовать инструмент для проектирования модемов LoRa и выполнения необходимых сопутствующих расчетов LoRa Modem Calculator компании Semtech.
Как сделать правильный выбор рабочей ширины полосы частот LoRa, коэффициента расширения спектра и скорости кодирования?
Протокол LoRaWAN использует, в первую очередь, установку полосы в 125 кГц, но другие запатентованные протоколы могут использовать и другие настройки. Изменение таких параметров, как полоса (Band Width, BW), коэффициент расширения спектра (Spreading Factor, SF) и скорость кодирования (Coding Rate, CR), меняет энергетический баланс линии связи и время работы радиоканала, что оказывает влияние на срок службы батареи по сравнению с компромиссным значением в части используемой ширины рабочей полосы частот. Чтобы сделать оценку в части компромиссных решений, следует использовать инструмент для проектирования модемов LoRa и выполнения необходимых сопутствующих расчетов (LoRa Modem Calculator).
Какие шаги необходимо предпринять для устранения проблемы в том случае, когда два модуля SX127x от разных производителей не в состоянии общаться друг с другом?
Во‑первых, необходимо проверить, не имеет ли место недопустимое смещение центральной частоты, которое может быть вызвано разными частотами кварцевых резонаторов этих двух устройств. Рабочая ширина полосы частот канала BW, центральная частота и скорость передачи данных являются производными от частоты кварцевого генератора. Во‑вторых, проверьте настройки программного обеспечения и прошивки с обеих сторон для значений частоты, ширины полосы, коэффициента расширения спектра и скорости, а также саму структуру пакетов кодирования. Необходимо, чтобы они находились в полном соответствии.
Возможна ли ситуация, когда в режиме LoRa будет получен неправильный пакет даже с включенной функцией проверки контрольной суммы пакета?
В режиме LoRa, даже если контрольная сумма пакета (CRC) будет ошибочна, пакет все равно будет помещен в очередь FIFO. Бит PayloadCrcError должен проверяться перед тем, как из пакета будут извлечены полезные данные. В режиме Explicit Header существует вероятность того, что обнаружение ошибки может привести к возникновению пакета-призрака. В одном случае ошибочный заголовок содержит включенный бит CrсOn и, следовательно, полезные данные будут неверны. Модем отметит эти данные включением бита PlayloadCrcError, в этом случае данные могут быть просто отфильтрованы. В другом случае, если ошибочный заголовок имеет выключенный флаг CrcOn, пакет будет считаться верным. Такие пакеты появляются нечасто, будут иметь случайную длину (извлеченную из ошибочного заголовка) и могут быть легко отфильтрованы на принимающей стороне, например по непредвиденно странному размеру этого пакета.
Можно ли с помощью устройства LoRa отправить или получить пакет полезной нагрузки с неограниченной длиной?
Нет, максимальная длина пакета в режиме LoRa составляет 256 байт.
Можно ли использовать выводы DIOx в режиме LoRa? Должны ли все выводы DIOx быть подключены к микропроцессору?
Когда вы начинаете разработку, проверьте сопоставление DIO как в режиме LoRa, так и в режиме FSK. Вы можете найти информацию о сопоставлении DIO в руководстве режима LoRa для SX127x. DIO работают не так, как более привычные нам (типичные) GPIO. Они имеют несколько специальных сигналов прерываний (или тактовых выходов) для отображения событий и состояния чипсета, которые позволяют создавать FW-разработки более простыми в реализации. Теоретически, вы можете не подключать выводы DIO, а затем, с помощью подтягивающих резисторов, определять статус результата. Однако мы советуем использовать выводы DIO настолько, насколько это возможно для использования функциональности внешних прерываний, которые экономят производительность процессора и дают возможность работать в режиме низкого энергопотребления (когда идет прием или передача данных, процессор может находиться в спящем режиме).
Почему в режиме LoRa имеется два регистра RSSI? В чем их различие?
Оба регистра и RegPktRssiValue, и RegRssiValue полезны в режиме LoRa. RegPktRssiValue относится к уровню RSSI-пакетов, а регистр RegRssiValue похож на тот RSSI, который можно найти при использовании режима FSK (то есть не в режиме LoRa).
LoRa может осуществлять демодуляцию пакета ниже уровня шума (PktRssi-результат). В этом случае значение CurrentRssi будет равно или больше, чем уровень шума. Для получения более подробной информации о том, как вычислить эти два значения RSSI, можно обратиться к Semtech API или последним версиям спецификаций LoRa.
Как можно рассчитать фактическую скорость цифрового потока и время работы радиоканала для системы LoRa?
Следуйте инструкциям, перечисленным ниже:
2. Время передачи одного символа: Ts= 1/Rs.
где npreamble запрограммированная длина преамбулы,
взятая из значений регистров RegPreambleMsbи RegPreambleLsb.
4. Количество символов в полезной нагрузке:
5. Длительность передачи пакета: Tpacket = Tpreamble+Tpayload.
Все это легко вычислить с помощью калькулятора LoRa, который может быть загружен с сайта компании Semtech.
Можно ли длину полезной нагрузки в режиме LoRa для любой скорости передачи установить равной 256 байт?
Устройство LoRa SX127x в режиме LoRa имеет FIFO 256 байт. В теории, для передачи или приема могут быть использованы все 256 байт. Тем не менее при конфигурации системы для работы с низкой скоростью передачи данных время работы радиоканала при 256 байт полезной нагрузки будет очень длительным (несколько секунд или даже больше). С точки зрения устойчивости к замираниям при прохождении сигнала (так называемый фединг), а также в случае высокого уровня помех для радиосвязи в окружающей среде это не всегда приемлемо. Таким образом, такая конфигурация не сможет обеспечить высокую устойчивость в большинстве сложных для радиосвязи сред. Как выход из положения, предполагается, что в случае, если желательно иметь длинную полезную нагрузку с низкой скоростью передачи данных, такой пакет необходимо разбить на несколько более коротких пакетов.
Система LoRa это ячеистая сеть, топология точка к точке или радиальная сеть типа звезда?
Сама модуляция LoRa является низшим физическим уровнем (слоем) PHY, поэтому может быть использована во всех сетевых топологиях. Ячеистая сеть расширяет диапазон сети, но это происходит за счет ее пониженной пропускной способности, она требует дополнительных ресурсов на синхронизацию, а также влечет снижение срока службы батареи из-за синхронизации и постоянных прыжков по частотам. С наличием увеличенного энергетического баланса линии связи и более широких возможностей системы LoRa, для расширения диапазона покрытия нет необходимости в использовании сети ячеистой архитектуры (Mesh), поэтому для LoRaWAN была выбрана радиальная архитектура типа звезда. Она позволила оптимизировать пропускную способность сети, увеличить срок службы батареи и упростить ее развертывание.
Доступны ли для LoRa сетевые протоколы IPv6 или 6LoWPAN?
Да, система LoRa и протоколы IPv6 и 6LoWPAN совместимы. Протоколы компании Actility (как партнера LoRa), а также и других партнеров с поддержкой 6LoWPAN могут использоваться с LoRaWAN.
Какова пропускная способность шлюза LoRa? Сколько узлов могут быть подсоединены к одному шлюзу?
Емкость, в первую очередь, является следствием того числа пакетов, которые могут быть получены в данный момент времени. Один шлюз SX1301 с восемью каналами, используя протокол LoRaWAN, способен получить около 1,5 млн пакетов в день. Таким образом, если ваше приложение отправляет один пакет в час, то один шлюз SX1301 может с успехом обслуживать около 62 500 конечных устройств