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
