La tecnología inalámbrica LoRa en el ámbito de las aplicaciones IoT

La tecnología inalámbrica LoRa en el ámbito de las aplicaciones IoT

Introducción a LoRa

El nombre completo de "LoRa": "Long Range Radio" es una tecnología de modulación de espectro ensanchado por chirrido. El nombre chino es "Long Range Radio". Es un estándar inalámbrico de red de área local de bajo consumo creado por semtech. El bajo consumo de energía es generalmente difícil de cubrir largas distancias, las largas distancias generalmente tienen un alto consumo de energía, parece difícil para los caballos correr lejos sin comer pasto. La característica más importante de LoRa es que puede viajar más lejos que otros métodos inalámbricos bajo las mismas condiciones de consumo de energía, y realmente realiza la unidad de bajo consumo de energía y larga distancia. Con el mismo consumo de energía, LoRa es más largo que la comunicación por radiofrecuencia tradicional. Se puede expandir de 3 a 5 veces, por lo que se usa ampliamente en varios campos de Internet de las cosas.

Existen muchas tecnologías inalámbricas en el campo de las aplicaciones de IoT, como WiFi de 2,4 GHz, Bluetooth, Zigbee, etc. Estas tecnologías pueden formar una red de área local, y estas tecnologías inalámbricas como 2G/3G/4G pueden formar una red de área amplia. Las ventajas y desventajas son muy obvias. Se pueden resumir como se muestra en la siguiente figura.

En estas tecnologías, parece que solo podemos elegir entre larga distancia y bajo consumo de energía. Hasta que se produzca la red de área amplia de bajo consumo, LPWAN (Low Power Wide Area Network), cuando los diseñadores adopten la tecnología LPWAN, podrán ocuparse de ambas, maximizando la realización de comunicaciones de mayor distancia y un menor consumo de energía, y al mismo tiempo ahorrando costos adicionales de repetidores.

En el campo de la Internet de las cosas de área amplia de baja potencia (LPWAN), hay dos campos separados, "espectro con licencia" y "espectro sin licencia"; en el campo del espectro con licencia, la tecnología NB-IoT es la líder, que es utilizada por operadores nacionales y extranjeros, proveedores de equipos, fabricantes de módulos y chips y otros ecosistemas industriales que están avanzando; el campo del espectro sin licencia está dominado por la tecnología LoRa. Después de varios baches en el desarrollo nacional, los esfuerzos de los socios ecológicos globales se han convertido en el estándar global de facto.

La composición de la red LoRa

La red LoRa se compone principalmente de cuatro partes: terminal (con módulo LoRa integrado), puerta de enlace (o estación base), servidor y nube. Los datos de la aplicación se pueden transmitir en ambas direcciones.

Aspectos técnicos de LoRa

LoRa combina el espectro digital ensanchado, el procesamiento de señales digitales y la tecnología de codificación de corrección de errores hacia adelante, con un rendimiento sin precedentes. Antes de esto, solo las comunicaciones de radio industriales avanzadas se combinaban con estas tecnologías, y con la introducción de LoRa, la situación en el campo de las comunicaciones inalámbricas integradas ha cambiado por completo. La tecnología de codificación de corrección de errores hacia adelante consiste en agregar información redundante a la secuencia de datos que se va a transmitir, de modo que los símbolos de error inyectados durante el proceso de transmisión de datos se puedan corregir a tiempo en el extremo receptor. Esta técnica reduce la necesidad anterior de crear paquetes de "autoreparación" para retransmitir y funciona bien para resolver errores repentinos causados por desvanecimiento por trayectos múltiples. Para garantizar la confiabilidad, se establece la agrupación de paquetes de datos y se inyecta la codificación de corrección de errores hacia adelante para garantizar la confiabilidad, y el paquete de datos se envía al modulador de espectro digital ensanchado. El modulador ingresa cada bit en el paquete de datos del paquete en un "spread", y divide el tiempo de cada bit en múltiples chips.

LoRa puede lidiar fácilmente con el ruido, configurar el módem LoRa, después de la configuración, se puede dividir en 64-4096 chips/bit, y el factor de expansión máximo (12) en 4096 chips/bit se puede utilizar como máximo. En cambio, ZigBee solo puede dividir chips/bits de 10-12 códigos.

La tecnología LoRa utiliza coeficientes de dispersión altos para transmitir datos de pequeña capacidad a través de una amplia gama de espectro de radiofrecuencia. De hecho, cuando se mide con un analizador de espectro, los datos parecen ruido, pero la diferencia es que el ruido es irrelevante y los datos también son relevantes. Por esta razón, los datos se pueden extraer del ruido. Cuanto mayor sea el coeficiente de dispersión de frecuencia, más datos se pueden extraer del ruido. Para que un receptor GFSK funcione bien, se necesita una relación señal-ruido (SNR) mínima de 8 dB para demodular de manera confiable. Al configurar AngelBlocks, LoRa puede demodular una señal con una relación señal-ruido de -20 dB. Este resultado difiere en 28 dB, lo que equivale a un aumento en el alcance y la distancia. En un entorno exterior, una brecha de 6 dB puede alcanzar el doble de la distancia de transmisión original.

De esta manera, la tecnología LoRa puede lograr un mayor alcance y distancia de transmisión con una menor potencia de transmisión. Esta tecnología de área amplia y bajo consumo es exactamente lo que necesitamos.

La red de área amplia de bajo consumo (LPWAN) es una parte indispensable de la Internet de las cosas. Tiene las características de bajo consumo de energía, amplia cobertura y fuerte penetración. Es especialmente adecuada para el posicionamiento del agua, el monitoreo de farolas y el monitoreo de espacios de estacionamiento. En otras aplicaciones, envía y recibe una pequeña cantidad de datos. Organizaciones relacionadas con LPWAN La LoRa Alliance tiene 145 miembros en todo el mundo, y su rico ecosistema hace que los dispositivos que siguen el protocolo LoRaWAN sean compatibles. Un método de comunicación que es totalmente compatible con LoRaWAN, que puede acceder a decenas de miles de nodos de sensores inalámbricos dentro de un rango de 5 a 10 kilómetros, lo que reduce el consumo de energía de comunicación de los nodos de manera más efectiva que el método de comunicación de sondeo punto a punto tradicional.