Перейти к содержанию

Почему LoRa передаёт дальше других модулей?

Обновлено Редакция GAW

Дальность любой радиолинии определяет бюджет: мощность передатчика минус чувствительность приёмника с поправками на антенны и трассу (статья «Бюджет радиолинии»). Мощности у LoRa-трансиверов обычные, а выигрыш почти целиком — в чувствительности.

Откуда чувствительность

Чувствительность складывается из теплового шума в полосе приёмника, коэффициента шума и отношения сигнал/шум, нужного демодулятору (AN1200.22, разд. 4.2):

S=−174+10lg⁡BW+NF+SNRS = -174 + 10 \lg BW + NF + SNR

У FSK-приёмника отношение сигнал/шум должно быть положительным. LoRa растягивает каждый символ на 2SF чипов, и демодулятор накапливает энергию всего символа — поэтому ему хватает SNR от −7,5 дБ на SF7 до −20 дБ на SF12 (SX1276, табл. 13). Наш расчёт для SF12, 125 кГц и NF = 6 дБ: S = −174 + 51 + 6 − 20 ≈ −137 дБм; в даташите SX1276 — −136 дБм.

ПриёмникРежимЧувствительность (PER 1 %)Скорость
CC1101, 433 МГцGFSK, 250 кБод−95 дБм250 кбит/с
CC1101, 433 МГцGFSK, 1,2 кБод−112 дБм1,2 кбит/с
SX1276, диапазон 1LoRa SF7, 125 кГц−123 дБм5,47 кбит/с
SX1276, диапазон 1LoRa SF12, 125 кГц−136 дБм293 бит/с

Наш расчёт: 24 дБ между CC1101 на 1,2 кБод и LoRa SF12 — это в свободном пространстве примерно в 16 раз большая дальность при той же мощности и антеннах. Условия строк таблицы разные (частота, длина пакета), поэтому сравнение ориентировочное.

Цена дальности

Медленная передача держит передатчик включённым дольше: пакет на SF12 длится порядка секунды, и это ограничивает и батарею, и долю времени в эфире. LoRa подходит для показаний датчиков, но не для потока данных. Как выбирать SF и считать время пакета — в статье «LoRa»; чем LoRa отличается от простых FSK-модулей и CC1101 — в статье «Радиомодули 433 и 868 МГц», а сравнение с Wi-Fi, BLE и nRF24L01+ — в обзоре беспроводных интерфейсов.

Похожие вопросы

Можно ли получить дальность LoRa на обычном FSK-модуле, снизив скорость?

Частично. По табл. 7 CC1101 на 0,6 кБод даёт −116 дБм, а SX1276 на SF12 и 125 кГц — −136 дБм: разница 20 дБ, это в свободном пространстве в 10 раз большая дальность (наш расчёт). Условия у таблиц разные — частота, размер пакета, — поэтому сравнение ориентировочное.

Почему тогда не делать всё на SF12?

Пакет на SF12 занимает эфир в десятки раз дольше, чем на SF7: это ток батареи, ограничения на долю времени в эфире и больше столкновений с соседями. SF подбирают наименьший, при котором связь устойчива с запасом, — порядок расчёта есть в статье о LoRa.

LoRa устойчивее к помехам или только чувствительнее?

И то и другое. По AN1200.22 избирательность LoRa вне канала — 90 дБ против обычных для FSK 50 дБ по соседнему и альтернативному каналу, подавление помехи в своём канале — лучше 20 дБ против −6 дБ у FSK, а импульсная помеха длительностью до 30 % символа ухудшает чувствительность меньше чем на 6 дБ.

Источники

  1. Semtech. SX1276/77/78/79 Datasheet, Rev. 5 (August 2016) — архивная копия официального файла; разд. 4.1.1.2, табл. 13: 2^SF чипов на символ, SNR демодулятора от −7,5 дБ (SF7) до −20 дБ (SF12); табл. 10: чувствительность в диапазоне 1 при 125 кГц, PER 1 % — −123 дБм (SF7) и −136 дБм (SF12); с. 1: бюджет линии до 168 дБ; таблица номинальных скоростей: SF12, 125 кГц, CR 4/5 — 293 бит/с
  2. Semtech. AN1200.22 LoRa Modulation Basics, Rev. 2 (May 2015) — архивная копия официального файла; разд. 4.2: шумовой порог −174 + 10·lg B дБм, коэффициент шума 6 дБ; разд. 4.1.3: у LoRa избирательность вне канала 90 дБ и подавление в канале лучше 20 дБ, у FSK обычно 50 дБ по соседнему и альтернативному каналу и −6 дБ в канале; разд. 5.5: импульсная помеха до 30 % символа — потеря чувствительности меньше 6 дБ; разд. 6.2, табл. 1: SF7 — 5468 бит/с, SF12 — 293 бит/с
  3. Texas Instruments. CC1101 Low-Power Sub-1 GHz RF Transceiver (SWRS061I, 2013) — табл. 7: чувствительность на 433 МГц при PER 1 % — −112 дБм на 1,2 кБод (GFSK), −95 дБм на 250 кБод

Нашли ошибку?

Смотрите также