Разработка приёмника и передатчика с использованием технологии LORA.

Введение 3
1. Принципы работы сети LoRa 5
2. Структура и блок схема устройств сети LoRa 10
3. Разработка устройств сети LoRa 11
4. Программирование устройств сети LoRa 20
5. Тесты в реальных условиях 23
Заключение 30
Литература 31
Приложение "A". Шлюз " LoRa Sender" 34
Приложение "B". Узел "LoRa Reciver Gateway" 35
Приложение "C". Узел "LoRa Recipient to send" 37

Весь текст будет доступен после покупки

Концепция Интернета вещей (IoT) занимает одно из ключевых направлений в развитии коммуникационных сетей, которое имеет наиболее широкое применение в жизни человека. IoT - одна из самых эффективных технологий для достижения нового уровня цифровизации в мире, лидирующая в технологических рейтингах, составляемых с учетом степени влияния на бизнес-модели компаний или целых отраслей, а также с учетом их инвестиционной привлекательности [1].
Потенциал Интернета вещей огромен и охватывает такие области, как "умные дома", мониторинг состояния здоровья, "умные города" и промышленная автоматизация. Для эффективного функционирования Интернет вещей опирается на такие технологии, как датчики, машинное обучение и облачные вычисления.
Поскольку Интернет вещей продолжает развиваться, он обещает создать более взаимосвязанный и интеллектуальный мир, где плавная интеграция технологий в нашу повседневную жизнь расширяет возможности нашего взаимодействия с физической средой.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Принципы работы сети LoRa
LoRa и LoRaWAN
Молодая технология LoRa была представлена в 2015 году специально для сферы Интернета вещей - это технология радиомодуляции. LoRaWAN этот протокол на канальном уровне является открытым и поддерживается специальным альянсом.
Слово LoRa дальнее расстояние" - это технология беспроводной связи, разработанная компанией Semtech, которая позволяет передавать данные на большие расстояния с минимальным энергопотреблением. С помощью технологии Lora можно достичь дальности связи до 10-15 км. Датчики, работающие на этой технологии, могут функционировать несколько лет от обычной батареи.
Механизм модуляции LoRa основан на использовании импульсов линейно-частотной модуляции (ЧСМ) – CSS (chirp spread spectrum). В отличие от других систем, где применяется узкая полоса в 100 Гц и фазовая модуляция, передача данных в сетях LoRaWAN осуществляется датчиками в полосе шириной 125 кГц, что в более чем 1000 раз превышает ширину полосы.
Каждое устройство, поддерживающее стандарт LoRaWAN, отправляет сигнал с переменной частотой. Модуляция LoRaWAN происходит за счет изменения цикла (или "chirp") на одной из промежуточных частот и начала нового цикла, что и кодирует передаваемый символ. В каждом частотном канале имеется 128 различных частот обрыва цикла, что позволяет кодировать 7 бит данных одним ЧСМ-импульсом. Частота генерируемого сигнала может как увеличиваться, так и уменьшаться [4].
Изменения частоты сигнала LoRaWAN в диапазоне 125 кГц, заключается в том, что узкополосная помеха не способна заметно повлиять на процесс декодирования сигнала LoRaWAN. Это дает дополнительные преимущества при работе с этой технологией. одной из ключевых особенностей модуляции LoRaWAN является его способность обеспечивать стабильную работу на подвижных объектах, таких как поезда, автомобили и другие.
С помощью модуляции и канального кодирования LoRaWAN можно получать полезные данные даже при низком отношении сигнал/шум. Кодирование в данном случае представляет собой добавление лишней информации к передаваемым данным пользователя для обеспечения более надежного приема.
На Рис.1 показан образец сигнала ЛЧМ во временной области.

Рис. 1. ЛЧМ сигнал.
Разность частот ??в и ??н определяется ширина канала (BW) в терминах LoRa, которая обычно составляет 125, 250 или 500 кГц.
Всенаправленным сигналом Chirp “чирп” [5]. На Рис.2 изображена модуляция с увеличением и уменьшением изменения чирпа.

Рис. 2. Изображение "чирп” сигнала.
LoRa использует собственный метод модуляции, основанный на технике расширения спектра (spread spectrum modulation) и вариацию линейной частотной модуляции (chirp spread spectrum), при которой данные кодируются широкополосными импульсами. Chirp частотного сдвига показан на Рис.3:

Основным аспектом является принцип обработки сигналов chirp, который определяется характеристиками преобразования Фурье и установленной "частотой дискретизации" [6]. Проще говоря, во временной области интервал передачи сигнала chirp разделяется на несколько "квантов" - временных интервалов, определяющих масштаб, - и закодированный символ определяется положением резкого изменения частоты на этой шкале. Результаты преобразования Фурье полученного и эталонного сигналов будут иметь максимум на данной шкале. Коэффициент распространения спектра (SF- Spreading Factor) является ключевым показателем для обнаружения передаваемого информационного сигнала в определенной точке. Суть его заключается в количестве временных шагов, которые необходимы для этого процесса в протоколе (рис.4) [7].

Весь текст будет доступен после покупки

1. Кешелава А.В. Введение в «Цифровую» экономику/ А.В. Кешелава В.Г. Буданов, В.Ю. Румянцев и др.; под общ. ред. А.В. Кешелава; гл. «цифр.» конс. И.А. Зимненко. – ВНИИГеосистем, 2017. – 28 с.
2. A technical overview of LoRa® and LoRaWAN™ [Электронный ресурс] — Режим доступа: URL: https://lora-alliance.org/sites/default/files/2018-04/what-is-lorawan.pdf (20.01.2024)
3. ГОСТ Р 71168-2023 [Электронный ресурс] — Режим доступа: URL: https://docs.cntd.ru/document/1304463285 (23.04.2024)
4. Моделирование ЛЧМ сигналов и их достоинства перед другими сложными сигналами [Электронный ресурс] — Режим доступа: URL: https://cyberleninka.ru/article/n/modelirovanie-lchm-signalov-i-ih-dostoinstva-pered-drugimi-slozhnymi-signalami/viewer (22.01.2024)
5. Chirp Spread Spectrum [Электронный ресурс] — Режим доступа: URL: https://nanotron.com/EN/CO_techn-css.php/ (22.01.2024)
6. Data Rate and Spreading Factor [Электронный ресурс] — Режим доступа: URL: https://docs.exploratory.engineering/lora/dr_sf/ (02.02.2024)
7. Кук, Ч. Радиолокационные сигналы [Текст] / Ч.Кук, М.Бернфельд // Изд-во Советское Радио. — 1971 г. —148 с.
8. Radio Technology Keypoints [Электронный ресурс] — Режим доступа: URL: https://www.britannica.com/technology/radio-technology(07.02.2024)

Весь текст будет доступен после покупки