Виаком
телефон
поискпоиск входаккаунт корзинакорзина


на складе в Киеве под заказ

не выполнен вход

 

Новости компании



20.03.2017

LoRa — энергоэффективная технология беспроводной передачи

LoRa™ - это технология беспроводной передачи данных,  разработанная для энергоэффективных сетей дальнего радиуса действия (Low-Power Wide-Area Network или LPWAN), которые предполагают автономные запросы или передачу данных в устройствах (M2M) , что позволит позволит объединяться устройствам в определенные сети (реализация концепции интернета вещей (IoT)).

Используя собственную модуляцию LoRa™, эта технология показывает беспрецедентные показатели дальности связи (от 15 км на открытой местности).

Особенности данной модуляции:

Масштабируемая полоса пропускания

Модуляция LoRa обладает масштабированной полосой пропускания и частотой. Это может быть применено для скачкообразной перестройки частоты и широкополосной модуляции с прямым расширением спектра. В отличии от существующих методов узкополосной и широкополосной модуляции, LoRa может быть легко адаптирована к любому методу модуляции всего лишь изменением нескольких регистров.

Низкое потребление

Подобно FSK модуляции, LoRa обладает таким же простым принципом модуляции, что в свою очередь означает низкую стоимость и высокую энергоэффективность. Но в отличии от FSK, выходная мощность передатчика LoRa может быть уменьшена при сохранении энергетического потенциала канала связи.

Высокая устойчивость к помехам

Имея высокую схожесть с Bluetooth продуктами (асинхронная природа, в частности псевдослучайная скачкообразная перестройка частоты), сигнал моделированный с помощью LoRa очень устойчив к помехам, как и от других устройств использующих этот диапазон, так и от внешних помех. Поскольку период перестройки частоты для LoRa сигнала имеет большую длительность, нежели обычный период скачкообразных сигналов с FHSS модуляцией, это дает превосходную защиту от пульсирующих амплитудных помех. Типичный приемопередатчик обладает избирательностью 90 дБ и максимально допустимое отклонение -20 дБ. В то время как FSK сигнал обладает избирательностью 50 дБ и максимально допустимым отклонением -6 дБ.

Многопоточность, устойчивость к угасанию

Линейная частотная модуляция сравнительно широкополосная, таким образом это увеличивает LoRa стойкость при большой зашумленности канала вещания и уменьшает угасание сигнала, что является предпочтительным для использования в условиях городской застройки.

Высокая дальность покрытия

Для фиксированной мощности сигнала и пропускной способности, энергетический потенциал канала связи модуляции LoRa превосходит FSK модуляцию. Если это использовать в сочетании с особенностью устойчивости к помехам разного рода, то улучшение энергетического потенциала канала связи позволит легко увеличить дальность покрытия.

Расширение пропускной способности

Модуляция LoRa обладает независимыми коэффициентами расширения, которые позволяют транслировать несколько сигналов одновременно без потери чувствительности приемопередатчика. Модулированные сигналы на различных коэффициентах расширения отображаются как шум на целевом приемнике и принимаются им как за шум.

Определение местоположения

Основной особенностью LoRa модуляции также является способность анализировать связь между частотами и временными ошибками методом Фишера. Модуляция LoRa является идеальной для использования ее в радарах, что позволяет применять её для определения местоположения.

Сравнение чувствительности приемопередатчиков, использующих FSK и LoRa модуляцию

Сравнение чувствительности приемопередатчиков, использующих FSK и LoRa модуляцию

В сравнении с приемопередатчиками использующими FSK модуляцию, приемопередатчики использующие Lora показывают чувствительность выше и могут работать на более низких скоростях, что в свою очередь так же повышает чувствительность.

Также особенностью LoRaWAN нужно отметить, классификацию устройств в сети. Имеется три класса устройств: А, В, С. Следует отметить, что все LoRaWAN устройства, в независимости какого они являются класса, изначально считаются устройствами А-класса.

А-класс

Передача данных осуществляется посредством открытия конечным устройством двух слотов. Слоты "резервируются" конечным устройством на основании его запросов, которые в свою очередь случайно формируются в зависимости от времени (используется метод ALOHA, то есть конечное устройство пересылает данные, как только они появляются). Имеют самую высокую энергоэффективность, так как им необходимо получить пакет данных с сервера только после отправки своего пакета данных.

В-класс

Устройства этого класса, в отличие от устройств А-класса, которые получают слот путем случайно определенной отправки своего пакета, получают зарезервированные слоты, и в определенное время устанавливают соединение. Устройство получает зарезервированные слоты (начинает считаться устройством класса-В), только в том случае, если проходит валидацию, которая заключается в том, что конечное устройство периодически получает окно приема (Ping Slot), если конечное устройство отвечает, то в зависимости от качества сигнала и уровня заряда конечного устройства, шлюз устанавливает устройству статус "маяка", и выдает резервные слоты в определенное время, сгенерируемое самим шлюзом. Мобильные "маяки" должны периодически информировать сервер об их местоположении. Если "маяк" не ответил в течении определенного времени, синхронизация считается потерянной и конечное устройство теряет свой класс, и становится устройством класса-А пока не синхронизируется заново, выполнив весь процесс "подключения" заново.

С-класс

Устройства "продолжительного приема" (устройства С-класса не могут выполнять функции "маяка" устройства класса В), их особенностью является использование двух каналов, устройство удерживает и прослушивает окно приема на RX2 канале, в случае если оно не получает и не передает данные по RX1 каналу. Устройство не закрывает канал RX2, пока нет необходимости передать данные по RX1 и может принимать данные на RX2.

LoRaWAN работает в двух диапазонах: 863...870 МГц EU и 433.05...434.79 МГц, оба диапазона поддерживают 16 каналов. В обоих диапазонах строго определенны частоты первых трех каналов(для первого диапазона 868.1, 868.3, 868.5 МГц, для второго 433.175, 433.375, 433.575 МГц), для того чтобы минимизировать количество общих каналов между шлюзами и конечными устройствами. Спецификацией определенны следующие режимы передачи данных:

Зависимость мощности передатчика от режима передачи RFU – зависит от приемопередатчика
DataRate/TXPower КонфигурацияСкорость передачи, бит/сERP, dBm 863...870MHzERP, dBm 433.05...434.79MHz
0SF12/125 kHz2502010
1SF11/125 kHz440147
2SF10/125 kHz980114
3SF9/125 kHz176081
4SF8/125 kHz31255-2
5SF7/125 kHz54702-5
6SF7/125 kHz11000RFURFU
7FSK: 50 kb/s50000RFURFU
8...15RFURFURFURFU

LoRaWAN обладает встроенной двухсторонней поддержкой AES-128 шифрования, а также возможностью геолокации без наличия GPS.

Компания STMicroelectronics предлагает множество доступных и простых аппаратных средств, для работы с LoRa™. В сочетании с пакетом программного расширения LoRaWAN™ для STM32Cube I-CUBE-LRWAN (подробнее), который включает в себя набор библиотек и примеров приложений, эти аппаратные средства являются самым быстрым способом для создания конечных узлов устройств LoRaWAN:

  • Маломощный беспроводной блок Nucleo (P-Núcleo-LRWAN1), который включает в себя плату разработки STM32 Nucleo-64, на основе микроконтроллера STM32L0 и плату расширения Lora ™ с приемопередатчиком SX1272
  • Комплект STM32 Discovery kit для Lora ™ и других протоколов LPWAN (B-L072Z-LRWAN1) В комплект входит модуль Lora ™ с приемопередатчиком SX1276, энергоэффективный 32-битный микроконтроллер STM32L072
  • Плата расширения STM32 Lora ™ для STM32 Nucleo (I-Núcleo-LRWAN1) , основной особенностью которого является USI® LPWAN модуль с приемопередатчиком SX1272

Компания Murata предлагает компактный модуль CMWX1ZZABZ, основной особенностью которого являются его малые размеры 12.5x11.6x1.76мм. Он состоит из приемопередатчика SX1276, и микроконтроллера STM32L0, закрытых металлическим кожухом

В основе этих решений лежат приемопередатчики компании Semtech SX1272, SX1276. Сравнительная характеристика представлена ниже:

Сравнительная характеристика приемопередатчиков
ПриемопередатчикSX1272SX1276
Диапазон частот, МГц860…1020137...1020
Энергетический потенциал (бюджет линии), дБ157168
Чувствительность, дБм-137-148
Потребляемый токМаксимальный:10 мА, Сон: 100 нАМаксимальный: 9.9 мА, Сон: 200 нА

Оба выпускаются в корпусе QFN-28. Кроме LoRa модуляции, поддерживают FSK, GFSK, MSK, GMSK, OOK модуляции. Устройства поддерживают следующие режимы работы при FSK модуляции: WMBus, IEEE802.15.4g. Максимальная скорость передачи 300 кбит/с.

Перспективы развития LPWAN сетей, в частности LoRaWAN огромны. В данный момент количество устройств, подключенных к интернету неуклонно растет. Согласно Ericsson Mobility Report, количество подключенных интернету устройств в 2021 году будет равно 28 млрд, Из них 15 млрд это устройства промышленного или пользовательского применения использующие LPWAN, такие как датчики, терминалы, табло и другие устройства. Основным преимуществом, по сравнению с другими сетями, является область покрытия LoRaWAN, она на порядок превосходит другие LPWAN сети. Это в свою очередь означает, что необходимо меньше базовых станций для покрытия области, что означает меньшие расходы на развертывание базовых станций. LoRaWAN успешно развернуто в 13 странах, например, для полного покрытия территории Нидерландов понадобилось 500 станций, а для покрытия территории Швейцарии 250 станций.

Для получения более подробной информации обращайтесь к техническому консультанту ООО "Виаком" Ковриге Игорю: тел./факс: (044) 507­02­02, (внутр. 130), e­mail: igor.kovryga@biakom.com




 
изготовление печатных плат | плис altera | микроконтроллеры atmel | магазин электронные компоненты | разъёмы amphenol | трансформаторы hahn | okw | tyco | vicor | marquardt | инструмент pro'skit