Ποιοι είναι οι Παράγοντες που επηρεάζουν το εύρος LoRaWAN

Ποιοι είναι οι Παράγοντες που επηρεάζουν το εύρος LoRaWAN
Παράγοντες που επηρεάζουν το εύρος LoRaWAN

Αυτή η ανάρτηση ιστολογίου περιγράφει το εύρος των φυσικών ιδιοτήτων των ασύρματων δικτύων – ειδικά η σειρά LoRaWAN. Οι πληροφορίες που παρουσιάζονται υποστηρίζουν τη διαδικασία σχεδιασμού και την αξιολόγηση του περιπτώσεις χρήσης του LoRaWAN.

Θα εξηγήσουμε επίσης τους παράγοντες που επηρεάζουν την εμβέλεια του ραδιοφώνου και τις σχέσεις τους, και αξιολογούν παραδείγματα ανεξάρτητων μετρήσεων από τον πραγματικό κόσμο.

Κριτήρια για την περιγραφή ενός δικτύου στη ραδιοτεχνολογία

Υπάρχουν βασικά τρία χαρακτηριστικά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να περιγράψουν ένα δίκτυο στη ραδιοτεχνολογία:

• Εύρος

• Ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων

• Κατανάλωση ενέργειας

Είναι δύσκολο να δοθεί ίση σημασία και στα τρία κριτήρια, επειδή οι νόμοι της φυσικής έχουν σαφή όρια σε αυτό: για παράδειγμα, Το LoRaWAN μπορεί να μεταδώσει δεδομένα σε μεγάλες αποστάσεις με σχετικά μικρή ενέργεια, αλλά σε πολύ χαμηλούς ρυθμούς δεδομένων.

Το WiFi και το Bluetooth μπορούν να επιτύχουν υψηλούς ρυθμούς δεδομένων, αλλά η κατανάλωση ενέργειας είναι σχετικά υψηλή και το εύρος είναι μικρό. Όλοι οι χρήστες smartphone είναι πολύ εξοικειωμένοι με αυτήν την πείνα για ενέργεια. Οι σταθμοί βάσης των μεγάλων τηλεπικοινωνιακών φορέων παρέχουν υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων και σχετικά μεγάλες αποστάσεις, αλλά πρέπει να παρέχουν πολλή ενέργεια για να το κάνουν. Ως εκ τούτου, η παροχή ρεύματος είναι ένας σημαντικός παράγοντας σε τέτοιες εγκαταστάσεις.

εύρος

Ισορροπία μετάδοσης ισχύος

Η ισορροπία μετάδοσης ισχύος υποδεικνύει την ποιότητα του καναλιού ραδιοφωνικής μετάδοσης. Με την προσθήκη ισχύος εκπομπής (ισχύς πομπού, Tx), ευαισθησία δέκτη (ισχύς δέκτη, Rx), κέρδος κεραίας, και απώλεια ελεύθερου χώρου (FSPL),μπορεί να υπολογιστεί.

Το LoRaWAN υπολογίζει το υπόλοιπο μετάδοσης ισχύος.
Η απώλεια διαδρομής αντιπροσωπεύει την ποσότητα ενέργειας που χάνεται στον ελεύθερο χώρο σε απόσταση μεταξύ Tx και Rx. Το πιο μακριά Tx είναι από το Rx, τόσο χαμηλότερη είναι η ενέργεια. Η απώλεια διαδρομής εκφράζεται συνήθως ως :FSPL = (4πδ / λ) 2 = (4πdf/c) 2(1) όπου:

FSPL = (4πδ / λ) 2 = (4πdf / ντο) 2 (1)

Όπου σημαίνει:

FSPL = Απώλεια διαδρομής ελεύθερου χώρου
d = απόσταση μεταξύ Tx και Rx σε μέτρα
f = συχνότητα σε Hertz

Υπάρχει επίσης ένας ευρέως χρησιμοποιούμενος λογαριθμικός τύπος για εξασθένηση ελεύθερου χώρου :FSPL (dB) = 20log10 (ρε) + 20log10 (φά) -147.55 (2)

Διπλή απόσταση (ρε) σημαίνει απώλεια 6dB.

Στο τέλος λήψης (Rx), η ευαισθησία του άκρου παραλαβής είναι το μέγεθος που επηρεάζει το ισοζύγιο ισχύος. Η ευαισθησία Rx περιγράφει την ελάχιστη δυνατή λαμβανόμενη ισχύ και τη θερμική ανοχή θορύβου:
Rx ευαισθησία = -174 + 10log10 (BW) + NF + SNR (3)

Όπου σημαίνει:
BW = εύρος ζώνης σε Hz,
NF = συντελεστής θορύβου σε dB,
SNR = λόγος σήματος προς θόρυβο. Λέει πόσο μακριά είναι το σήμα
πρέπει να ξαπλώνει με το θόρυβο.

Το Rx του LoRaWAN είναι πιο ευαίσθητο και επομένως καλύτερο από το WLAN. Η ακραία περίπτωση απώλειας διαδρομής χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η αύξηση κεραίας και άλλοι τύποι εξασθένησης ελεύθερου χώρου: ισοζύγιο μετάδοσης ισχύος = Το Max έχει αναπαρασταθεί στην παράθεση (4).
Rx ευαισθησία (dB) – Μέγιστη. Tx ισχύος (dB) (4)

Παράδειγμα υπολογισμού υπολοίπου μεταφοράς ισχύος LoRaWAN:

Tx ισχύς = 14 dBm
BW = 125KHz = 10log10 (125000) = 51
NF = 6 dB (οι πύλες στα δίκτυα LoRaWAN έχουν χαμηλότερες τιμές NF)
SNR = -20 (για SF = 12)

Αυτοί οι αριθμοί εισάγονται στον τύπο (3) οδηγεί σε ευαισθησία Rx της -137 dBm

Rx ευαισθησία = – 174 + 51 + 6 – 20 = -137 dBm

Το υπόλοιπο μετάδοσης ισχύος μπορεί στη συνέχεια να υπολογιστεί ως εξής χρησιμοποιώντας τον τύπο (4):

ισορροπία μετάδοσης ισχύος = -137dB – 14dB = -151dB

Με τις καθορισμένες τιμές, το ισοζύγιο μετάδοσης ισχύος εύρους LoRaWAN είναι 151 dB, ώστε να μπορεί να ξεπεράσει αποστάσεις έως 800 km σε βέλτιστες συνθήκες (καθαρή εξασθένηση ελεύθερου χώρου). Το εύρος LoRaWAN είναι 702 χλμ στο παγκόσμιο ρεκόρ.

Φυσικά, αυτές οι ιδανικές αξίες δεν επιτυγχάνονται υπό πραγματικές συνθήκες. Αρκετοί παράγοντες είναι απαραίτητοι σε αυτό.

Παράγοντες που επηρεάζουν το εύρος LoRaWAN

  • Συντελεστής εξασθένησης ελεύθερου χώρου

Διπλασιάζοντας την απόσταση, Η εξασθένηση του ελεύθερου χώρου της LoRaWAN αυξάνεται κατά 6dB, οπότε η εξασθένιση της διάδοσης του ραδιοφώνου ακολουθεί μια λογαριθμική συνάρτηση (δείτε τον τύπο παρακάτω).

Εκτός από την απώλεια ενέργειας που προκαλεί το εύρος LoRaWAN, η αντανάκλαση και η διάθλαση των ραδιοκυμάτων σε αντικείμενα μπορεί επίσης να προκαλέσει επικάλυψη ραδιοκυμάτων.

  • Δομικός συντελεστής απόσβεσης

Συντελεστής δομικής εξασθένησης Δομική εξασθένηση, αυτό είναι, η εξασθένηση των ραδιοσημάτων καθώς διέρχονται από διαφορετικά εμπόδια, επηρεάζει τη λήψη των εκπεμπόμενων σημάτων και διασφαλίζει ότι το εύρος σήματος μειώνεται σημαντικά. Για παράδειγμα, η εξασθένηση γυαλιού είναι μόνο 2dB. Αυτό επηρεάζει πολύ λιγότερο από έναν τοίχο από σκυρόδεμα 30 εκατοστά πάχος. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει τα διάφορα υλικά και την τυπική εξασθένησή τους.

σειρά lorawan

  • Συντελεστής ζώνης Fresnel

Είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ευθεία όρασης μεταξύ πομπού και δέκτη εάν θέλετε να καλύψετε αποτελεσματικά μεγάλες αποστάσεις και να έχετε ένα καλό ισοζύγιο μετάδοσης ισχύος. Ορισμένες περιοχές χώρου μεταξύ των οπτικών γραμμών της ραδιοφωνικής μετάδοσης είναι οι περιοχές Fresnel. Η διάδοση των κυμάτων θα επηρεαστεί αρνητικά Αν υπάρχουν αντικείμενα σε αυτές τις περιοχές, παρά τη συνήθη οπτική επαφή μεταξύ των κεραιών εκπομπής και λήψης. Για κάθε αντικείμενο στη ζώνη Fresnel, το επίπεδο σήματος πέφτει και το εύρος LoRaWAN συρρικνώνεται (δείτε σχήμα).

Συντελεστής ζώνης Fresnel

Οι πολυκατευθυντικές κεραίες είναι μια κοινή τεχνολογία που χρησιμοποιείται σε δίκτυα εμβέλειας LoRaWAN. Ετσι, η ακτινοβολούμενη ενέργεια διαχέεται στο οριζόντιο επίπεδο και οι κόμβοι και οι πύλες δικτύου βρίσκονται εκεί. Στην Ευρώπη, Η ισχύς μετάδοσης της ζώνης ISM περιορίζεται σε 14 dBm στα 868mhz. 2.15 Το dBi είναι το μέγιστο κέρδος κεραίας.

  • Παράγοντας διασποράς παραγόντων

Σε δίκτυα LoRaWAN, η συγκεκριμένη ρύθμιση του ρυθμού μεταφοράς δεδομένων χρησιμοποιεί παράγοντες spread (SF). Το δίκτυο LoRaWAN χρησιμοποιεί SF7 έως SF12. Λόγω της διαμόρφωσης του φάσματος του κελαηδισμένου εξαπλωμένου φάσματος και των διαφορετικών συχνοτήτων μετατόπισης φάσης που χρησιμοποιούνται στο κελάηδημα, το δίκτυο LoRaWAN δεν είναι ευαίσθητο στις παρεμβολές, πολλαπλή διάδοση και ξεθώριασμα. Σε δίκτυα εύρους LoRaWAN, η πλευρά Tx χρησιμοποιεί τσιμπήματα για την κωδικοποίηση δεδομένων, ενώ η πλευρά Rx χρησιμοποιεί αντίστροφο κροτάλισμα για την αποκωδικοποίηση σημάτων. Πόσες κελαηδίες χρησιμοποιούνται ανά δευτερόλεπτο, ο ορισμός του ρυθμού δυαδικών ψηφίων και της ποσότητας ενέργειας που εκπέμπεται από κάθε σύμβολο και το εύρος LoRaWAN που μπορεί να επιτευχθεί έχουν αναφερθεί παραπάνω. Για παράδειγμα, ο ρυθμός μετάδοσης bit του SF9 είναι τέσσερις φορές πιο αργός από τον SF7, ο οποίος μπορεί να επιτευχθεί με την επεκτασιμότητα του LoRaWAN. Όσο πιο αργός είναι ο ρυθμός bit, όσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια και τόσο μεγαλύτερο το εύρος κάθε συνόλου δεδομένων.

Παράγοντας διασποράς παραγόντων

Συμπέρασμα των παραγόντων εύρους LoRaWAN

Η εξίσωση μεταφοράς αναφέρεται στο μέγιστο εύρος μετάδοσης του δικτύου LoRaWAN.

Εύρος επιρροής αποδυνάμωσης ελεύθερου χώρου. Διπλασιάζοντας την απόσταση, η εξασθένηση του ελεύθερου χώρου αυξάνεται κατά 6dB.

Η αντανάκλαση και η διάθλαση των ραδιοκυμάτων στα εμπόδια και το έδαφος επηρεάζουν το επίπεδο και το εύρος του σήματος. Σε δίκτυα LoRaWAN, το ένα άκρο ενός συνδέσμου ραδιοφώνου είναι συνήθως κοντά στο έδαφος.

Το επίπεδο σήματος στην πλευρά Rx θα επηρεαστεί στο πρώτο Fresnel και η απόσταση θα μειωθεί.

Η τιμή SF και το εύρος πομπού εξαρτώνται από τις συνθήκες διάδοσης. Η γκάμα LoRaWAN επιτρέπει την αυτόματη διαχείριση δικτύου, χρησιμοποιώντας ADR για να ρυθμίσετε το εύρος των πομπών. Αναλογία σήματος προς θόρυβο (SNR), συντελεστής θορύβου (NF) και εύρος ζώνης (BW) θα επηρεάσει την ευαισθησία Rx.

Πώς να αυξήσετε το εύρος LoRa και LoRaWAN

Προκειμένου να βελτιωθεί η κάλυψη του δικτύου της τεχνολογίας LoRaWAN, πρέπει να σημειωθούν τα ακόλουθα σημεία:

Τοποθεσία πύλης: Καθιερώνει την ορατότητα μεταξύ κεραιών Tx και Rx. Αυξήστε το ύψος των κεραιών για να βελτιώσετε την ορατότητα μεταξύ των κεραιών. Οι κεραίες είναι κατάλληλες για χρήση σε εξωτερικούς χώρους και όχι σε εσωτερικούς χώρους.

Επιλογή κεραίας: Οι κλασικές κεραίες σε σχήμα ράβδου συγκεντρώνουν ενέργεια σε οριζόντιο επίπεδο. Αποφύγετε τα εμπόδια κοντά στην κεραία. Επίσης, Αυτά πρέπει πάντα να είναι προσαρτημένα σε μια στήλη, όχι στην πλευρά του κτιρίου. Το εύρος θα πρέπει να αυξηθεί εάν η κεραία είναι προσεκτικά επιλεγμένη και βελτιστοποιημένη για πόλωση κεραίας και μέγιστη καθορισμένη αύξηση κεραίας.

Επιλέξτε υλικά σύνδεσης: χρησιμοποιήστε ποιοτικά βύσματα (N-βύσματα) και καλώδια (LMR 400 ή ισοδύναμο, απώλεια μικρότερη από 1.5 ανά 100 dB). Προκειμένου να μειωθεί η απώλεια υλικού σύνδεσης, είναι επίσης σημαντικό να διατηρούνται οι συνδέσεις μεταξύ σταθμών και μήκους κεραίας όσο το δυνατόν πιο σύντομες.

Γενικά, όπως περιγράφεται σε αυτό το άρθρο, Θα πρέπει να εγκατασταθούν πύλες εμβέλειας LoRaWAN για να εξασφαλιστεί επαρκής προστασία από υπέρταση και κεραυνό.

Γραμμένο από --
ΚΟΙΝΟΠΟΙΗΣΤΕ ΑΥΤΗ ΤΗΝ ΑΝΑΡΤΗΣΗ