Présentation de la spécification LoRaWAN
Votre LoRaWAN® La spécification se concentre sur les conditions préalables importantes de l'Internet des objets (IoT), telles que l'échange d'informations bidirectionnel, la sûreté et la sécurité de bout en bout, l'accessibilité et les services de localisation.
Il s'agit d'un protocole de réseau LPWA (Low Power, Wide Area) structuré pour relier sans fil des «objets» alimentés par batterie à Internet dans des systèmes de réseau régionaux, fédéraux ou mondiaux.
Bandes de fréquences pour LoRaWAN
Pour vous donner plus d'informations, saviez-vous que LoRaWAN fonctionne dans les bandes de fréquences inférieures au gigahertz et que ses spécifications varient d'une région à l'autre en raison des exigences réglementaires ?
De plus, au moment de la rédaction de ce tutoriel, les spécifications LoRaWAN pour l'Europe et l'Amérique du Nord ont été définies. D'autres régions comme la Chine, la Corée, le Japon et l'Inde n'ont pas encore de spécifications finales.
Bande de fréquence LoRaWAN Europe
Pour Europe, LoRaWAN spécifie différents canaux. Huit d'entre eux ont des débits de données multiples allant de 250 bps à 5.5 kbps. Un canal avec une fréquence de 11 kbps et un canal FSK avec quelque chose comme une vitesse de 50 kbps peuvent fonctionner à des débits de données plus élevés. La puissance maximale pouvant être utilisée est de +14dBM.
De plus, la LoRa Alliance a établi deux bandes de fréquences à utiliser en Europe avec la technologie LoRa. Ces fréquences sont EU863 de 863 à 870 MHz et EU433 de 433.05 à 434.79 MHz.
EU433 (433.05 à 434.79 MHz)
Les périphériques périphériques du spectre EU433 utilisent un schéma de base de données de canaux pouvant accueillir au moins 16 canaux et fonctionner entre 433.05 et 434.79 MHz. Les trois premiers canaux, qui sont les canaux de référence et correspondent aux fréquences 433.175, 433.375 et 433.575 MHz, ne peuvent pas être modifiés à l'aide de la commande NewChannelReq.
Les trois canaux ci-dessus garantissent que tous les périphériques finaux et passerelles des systèmes partagent un nombre minimum de canaux communs. Sur une base réseau par réseau, des canaux supplémentaires peuvent être librement diffusés sur la gamme de fréquences autorisée.
L'EIRP de l'appareil radio doit être inférieur à 12.15 dBm pour que LoRaWAN fonctionne dans la bande ETSI EU433, et l'activité de transmission de l'appareil final doit être inférieure à 10 %. Les canaux de la fréquence centrale de cette bande varient de 433.175 à 434.665 MHz.
Dans la bande EU433 MHz, le cadre EN300220 ETSI permet un rapport cyclique de transmission maximal de 10 %. Pour éviter la congestion du réseau, LoRaWAN nécessite un rapport cyclique de transmission inférieur de 1 % au maximum autorisé.
EU863-870 (868.1 à 868.5 MHz)
Toute zone où le spectre sans fil ISM est spécifié par la norme ETSI 307 peut utiliser la bande EU863-870. Les terminaux de ce spectre fonctionneront entre 863 et 870 MHz, et ils contiendront les informations collectées à partir d'au moins 16 canaux à l'aide d'une structure de base de données de canaux. L'opérateur peut attribuer n'importe quel nombre de canaux à cette bande, mais tous les terminaux EU863 doivent inclure et mettre en œuvre les 3 canaux standard, 868.10, 868.30 et 868.50. Sur une base réseau par réseau, des canaux supplémentaires peuvent être librement diffusés sur la gamme de fréquences autorisée.
LoRaWAN pour l'Amérique du Nord
Commençant à 902.3 MHz et augmentant par pas de 200 kHz jusqu'à 914.9 MHz, la gamme de fréquences LoRaWAN des États-Unis offre 64 canaux de liaison montante (125 kHz chacun) (canaux 0-63). Entre 903 MHz et 914 MHz, il y a eu huit autres canaux de liaison montante de 500 kHz disponibles par pas de 1.6 MHz.
Les huit canaux de liaison descendante varient en fréquence de 923.3 MHz à 927.5 MHz et ont chacun une largeur de 500 kHz. Pour l'Amérique du Nord, la puissance de sortie maximale est de +30 dB.
Autres fréquences LoRaWAN
915 MHz (UA, NZ)
Les fabricants et les concepteurs d'appareils utilisant le module Microchip LoRaWAN RN-2903A doivent charger le bon logiciel de Microchip pour s'assurer que les appareils fonctionnent efficacement, car l'Australie utilise le spectre de fréquences du réseau sans fil de 915 MHz à 928 MHz. La puissance isotrope rayonnée principale (EIRP) maximale pour la gamme de fréquences 915-928 MHz est de 1 watt. Bien qu'ils utilisent la même fréquence (915 MHz), les États-Unis ont en fait une plage plus large que l'Australie (902-928 MHz), et il est illégal d'utiliser la partie inférieure du spectre en Australie.
868 MHz (UE)
LoRaWan utilise la bande RF 868 MHz, une bande passante commune pour les LPWAN en Europe. Diverses conventions nationales et internationales, telles que l'ERC-REC-70-3E en Europe, contrôlent cette bande passante. Au 30 janvier 2015, l'ARCEP 2014-1263 en France semblait avoir été la dernière à être reconnue au JO.
915 MHz (États-Unis)
Depuis le développement des réseaux locaux sans fil, Bluetooth et ZigBee, la fréquence 2.4 GHz a reçu la majorité de l'attention en matière de conception aux États-Unis. Ce type d'application ou de rapport cyclique n'est pas limité par les réglementations FCC dans la bande ISM 915 MHz, par exemple. De plus, par rapport aux autres régions du spectre ISM, la puissance de sortie autorisée par les normes est nettement plus élevée.
La gamme de fréquences comprise entre 902 et 928 MHz a une fréquence centrale de 915 MHz. La FCC autorise une valeur de champ électrique de 50 mV/m à cette fréquence à une distance de trois mètres de l'antenne de diffusion.
864 MHz (RU)
L'Alliance LoRa a désigné la bande de fréquences 864 à 869.2 MHz en Russie pour l'utilisation de la technologie LoRa. Les périphériques de périphérie de la bande RU864-870 utilisent un schéma de base de données de flux pouvant accueillir au moins 8 flux et fonctionner entre 864 et 869.2 MHz.
L'administrateur réseau peut attribuer arbitrairement des canaux réseau dans la bande RU864–870 conformément aux sous-porteuses définies par la règle russe. Néanmoins, tout appareil terminal RU864–870 MHz doit prendre en charge les deux canaux par défaut, 868.9 et 869.1 MHz. Ces canaux par défaut garantissent un canal standard de base défini sur les périphériques finaux et les passerelles réseau, et ils ne peuvent pas être modifiés à l'aide de la commande NewChannelReq.
920 MHz (KR)
Le 25 juillet 2012, la bande 920 MHz a été officiellement désignée comme fréquence ISM et l'utilisation de la nouvelle bande a commencé au Japon. Certaines utilisations sont autorisées dans la bande de fréquences désignée de la bande ISM, qui représente la bande industrielle, scientifique et médicale. Le Wi-Fi, la technologie Bluetooth, les téléphones sans fil, les contrôleurs radio et bientôt d'autres appareils utiliseront la bande ISM. Mais, comme les stations de base des systèmes de capteurs et des téléphones ont des environnements d'installation, des sorties de transmission et d'autres facteurs pertinents distincts, les capacités ne sont pas exactement les mêmes. De plus, il a également été souligné que le spectre 900 MHz est universel, ce qui prête à confusion.
865 MHz (entrée)
La plage de fréquences est peut-être le facteur le plus important à prendre en compte. La fréquence de fonctionnement autorisée pour Lora en Inde est comprise entre 865 Mhz et 867 Mhz. Le Sentrius RG186, variante 868Mhz de la passerelle que nous vous présentons, peut accueillir des fréquences de 863Mhz à 870Mhz, ce qui répond parfaitement à nos besoins. La quantité de canaux est la suivante. Il doit y avoir au moins deux canaux sur une passerelle LoRaWAN. La passerelle contient cinq canaux, ce qui lui permet de parler à cinq nœuds finaux à la fois.
923 MHz (TH)
Le National Spectrum Management Handbook explique comment le Tableau international d'attribution des fréquences, inclus dans l'article 5 du Règlement des radiocommunications, sert de base aux tableaux nationaux et, dans certains pays, pourrait servir de tableau national lui-même. Pour les diffusions abonné à base du système de radiomessagerie, les bandes 917-923 MHz du service cellulaire sont réservées.
Sélection de la fréquence/passerelle LoRa parfaite
Plusieurs aspects doivent être pris en compte lors du choix de la bonne fréquence. Les informations ont été organisées pour aider au développement et à l'évaluation des cas d'utilisation de LoRaWAN.
Par exemple, dans les technologies de réseau, la portée/distance, la vitesse de transmission des informations et la consommation électrique sont fondamentalement les trois caractéristiques qui peuvent être utilisées pour décrire un réseau.
Ces contraintes sont clairement définies par les lois de la physique, ce qui rend difficile de donner un poids égal aux trois paramètres. Par exemple, LoRaWAN peut transporter des informations sur des sites distants et utilise une puissance minimale, mais il n'a qu'un faible débit de données.
Nous pouvons en tirer la conclusion qu'en réalité, seuls deux des critères précités peuvent être optimisés. Par conséquent, vous devez toujours choisir les fonctionnalités les plus importantes pour vous.
Facteurs supplémentaires à considérer :
- La portée maximale d'un réseau LoRaWAN est déterminée par le budget de liaison.
- La portée est raccourcie par l'atténuation dans l'espace vide. L'atténuation de l'espace libre augmente de 6 dB lorsque la distance est doublée.
- La force et la portée du signal sont affectées par les réflexions et la dispersion des ondes radio sur des surfaces comme les barrières et le sol. Une extrémité de la liaison radio est généralement la plus proche du sol dans le réseau LoRaWAN.
- La portée est raccourcie et l'intensité du signal du côté Rx est affectée par les obstructions dans la première zone de Fresnel.
- Les conditions de propagation affecteront les valeurs SF et, par conséquent, la portée d'un émetteur. LoRaWAN permet une gestion autonome du réseau via ADR, qui à son tour limite la plage de fonctionnement des émetteurs.
- Le rapport signal sur bruit (SNR), le facteur de bruit (NF) et la bande passante influencent et impactent tous la sensibilité Rx (BW).
Approches d'optimisation LoRaWAN pour la couverture réseau
Pour qu'un réseau utilisant la technologie LoRaWAN ait une plus grande portée, ces facteurs essentiels doivent être pris en compte :
1) Point et emplacement de la passerelle
Assurez-vous que les antennes Tx et Rx peuvent être vues optiquement l'une de l'autre. Pour établir la visée optique entre les deux antennes, augmentez l'altitude des antennes. Les antennes doivent toujours être utilisées à l'extérieur plutôt qu'à l'intérieur.
2) Sélection des antennes
Évitez les obstacles dans la zone environnante de l'antenne lors de l'utilisation d'antennes tiges conventionnelles, qui concentrent l'énergie dans le plan horizontal. De plus, les monter sur un poteau semble toujours préférable à les monter sur le côté de la structure. Si l'antenne est placée délibérément et que la force d'antenne et la polarisation d'antenne définies les plus élevées sont effectivement accordées l'une à l'autre, la portée devrait augmenter.
3) Décider du matériau de la connexion
Utilisez des câbles de haute qualité et des connexions de type N (LMR 400 ou son équivalent, avec une perte inférieure à 1.5 dB par 100 m). Cette connexion entre le système et les antennes doit être aussi brève que possible afin de minimiser les pertes dans le support de connexion.
4) Installation à proximité d'autres appareils radio
Évitez les perturbations intenses, telles que celles des émetteurs GSM ou UMTS à proximité. Lisez toujours les instructions du fabricant avant de les utiliser (couramment trouvées sous le terme « co-localisation »).
Sources:
