Технология LoRa: низкое энергопотребление, большое расстояние, защита от помех

Почему технология LoRa может обеспечить такие преимущества связи, как низкое энергопотребление, большие расстояния и защита от помех?

LoRa — это технология IoT-модуляции с расширенным спектром линейной частотной модуляции, также известная как технология широкополосного явления FM (Chirp Modulation). По сравнению с традиционной технологией FSK, LoRa имеет большую дальность передачи при том же энергопотреблении и обладает сильной защитой от помех.

Беспроводной модуль с низким энергопотреблением

обычно применяется Модуль LoRa в устройствах Интернета вещей, обычно питающихся от батарей, а время использования составляет более нескольких лет, что требует от модуля LoRa чрезвычайно низкого энергопотребления. Реализация низкого энергопотребления модуля LoRa в основном определяется двумя аспектами: с одной стороны, чип беспроводного модуля должен иметь низкое энергопотребление; с другой стороны, протокол связи программного обеспечения также должен иметь низкое энергопотребление.

Прежде всего, аппаратное энергопотребление LoRa очень низкое. Например, ток в спящем режиме горячего запуска серии SX126X составляет всего 1,2 мкА, ток приема при 125 кГц составляет 4,6 мА, а ток отправки при мощности 17 дБм составляет всего 58 мА.

Во-вторых, с точки зрения программных протоколов связи, LoRa не имеет сложных протоколов связи, как другие беспроводные технологии. Пакеты данных очень просты, и нет необходимости отправлять большой объем данных подтверждения связи. Для достижения цели экономии электроэнергии в отрасли широко используется метод Wake on Radio (WOR), как показано на рисунке:

Чип LoRa периодически переходит в режим приема (RX), чтобы прослушать, есть ли преамбула пробуждения, а в другое время находится в спящем режиме (Sleep). Приемный ток WOR показан на рисунке ниже. Большую часть времени он находится в спящем режиме и лишь небольшую часть времени просыпается в режиме приема, поэтому его общее энергопотребление очень низкое. Например, все модули Ebyte E22 и E32 имеют функцию WOR, которая очень хорошо отвечает требованиям низкого энергопотребления.

передача данных на большие расстояния

В беспроводной связи (см. статью « Объяснение технологии беспроводной связи Wi-Fi ») стандартом измерения расстояния связи является бюджет канала, который равен мощности передачи минус чувствительность. Чувствительность — это отрицательное число, и чем выше чувствительность, тем оно более отрицательное, поэтому способ улучшить бюджет канала — увеличить мощность передачи и улучшить чувствительность. Однако к мощности передачи предъявляются строгие требования в различных странах и регионах, поэтому единственный способ увеличить расстояние связи — повысить чувствительность. Чувствительность LoRa достигла -123 дБм при полосе пропускания = 125 кГц, SF = 7; когда BW=7,81 кГц, SF=12, чувствительность достигает -149,1 дБм. Чувствительность Bluetooth составляет около -90 дБм, а ZigBee - около -85 дБм, поэтому расстояние передачи LoRa намного больше, чем у других технологий беспроводной связи. Однако LoRa использует полосу пропускания в обмен на чувствительность, что приводит к очень низкой скорости передачи, поэтому LoRa подходит для приложений на больших расстояниях, с низкой скоростью и небольшим объемом.

Защита от помех связи

Модуль LoRa может осуществлять передачу данных на большие расстояния. Помимо преимущества в чувствительности, еще одним очень важным фактором является суперзащита от помех. LoRa по-прежнему может общаться, когда уровень шума ниже 20 дБ, что невозможно в существующих традиционных технологиях связи.

LoRa обычно может демодулировать сигнал на 20 дБ ниже шума, тогда как FSK теоретически должна быть на 8 дБ выше шума, чтобы обеспечить демодуляцию. Когда процесс связи сталкивается с внешними электромагнитными помехами, LoRa может продолжать стабильно общаться, в то время как традиционная беспроводная технология не может общаться. Поэтому в некоторых регионах с серьезными помехами на канале клиенты выберут технологию LoRa в качестве основной технологии для стабильной связи.