Posting blog ini menjelaskan berbagai properti fisik jaringan nirkabel – terutama kisaran LoRaWAN. Informasi yang disajikan mendukung proses perencanaan dan penilaian kasus penggunaan LoRaWAN.
We’ll also explain the factors affecting radio range and their relationships, dan mengevaluasi contoh pengukuran independen dari dunia nyata.
Kriteria untuk menggambarkan jaringan dalam teknologi radio
Pada dasarnya ada tiga karakteristik yang dapat digunakan untuk menggambarkan jaringan dalam teknologi radio:
• Range
• Data transfer speed
• Energy consumption
It’s hard to place equal importance on all three criteria because the laws of physics have clear limits on this: Misalnya, LoRaWAN dapat mengirimkan data jarak jauh dengan energi yang relatif sedikit, tetapi dengan kecepatan data yang sangat rendah.
WiFi dan Bluetooth dapat mencapai kecepatan data yang tinggi, tetapi konsumsi dayanya relatif tinggi dan jangkauannya kecil. Semua pengguna ponsel cerdas terlalu akrab dengan rasa lapar akan energi ini. BTS dari operator telekomunikasi besar memberikan kecepatan data yang tinggi dan jarak yang relatif jauh tetapi harus menyediakan banyak energi untuk melakukannya.. Karena itu, catu daya merupakan faktor penting dalam instalasi semacam itu.
Keseimbangan transmisi daya:
Keseimbangan transmisi daya menunjukkan kualitas saluran transmisi radio. Dengan menambahkan daya pancar (kekuatan pemancar, terima kasih), sensitivitas penerima (daya penerima, Rx), penguatan antena, dan kehilangan jalur ruang bebas (FSPL),itu bisa dihitung.
LoRaWAN menghitung keseimbangan transmisi daya.
Path loss akan mewakili jumlah energi yang hilang di ruang bebas pada jarak antara Tx dan Rx. Semakin jauh Tx dari Rx, semakin kecil energinya. Path loss biasanya dinyatakan sebagai :FSPL = (4πd / λ) 2 = (4πdf/c) 2(1) di mana:
FSPL = (4πd / λ) 2 = (4πdf / C) 2 (1)
Dimana artinya:
FSPL = Rugi Jalur Ruang Kosong
d = jarak antara Tx dan Rx dalam meter
f = frekuensi dalam Hertz
Ada juga rumus logaritmik yang banyak digunakan untuk redaman ruang bebas :FSPL (dB) = 20log10 (D) + 20log10 (F) -147.55 (2)
Jarak dua kali (D) berarti kehilangan 6dB.
Di ujung penerima (Rx), sensitivitas ujung penerima adalah ukuran yang mempengaruhi keseimbangan daya tansimission. Sensitivitas Rx menggambarkan daya yang diterima minimum dan toleransi kebisingan termal:
Sensitivitas rx = -174 + 10log10 (BB) + NF + SNR (3)
Dimana artinya:
BW = bandwidth dalam Hz,
NF = faktor kebisingan dalam dB,
SNR = rasio sinyal terhadap noise. Ini memberitahu seberapa jauh sinyalnya
harus berbohong dengan kebisingan.
LoRaWAN’s Rx is more sensitive and therefore better than WLAN. Kasus ekstrim hilangnya jalur tanpa mempertimbangkan penguatan antena dan jenis redaman ruang bebas lainnya: keseimbangan transmisi daya = Max telah diwakili dalam persamaan (4).
sensitivitas Rx (dB) – Maks. Tx kekuatan (dB) (4)
Contoh penghitungan keseimbangan transmisi daya LoRaWAN:
Tx daya = 14 dBm
BW = 125KHz = 10log10 (125000) = 51
NF = 6 dB (gateway di jaringan LoRaWAN memiliki nilai NF yang lebih rendah)
SNR = -20 (untuk SF = 12)
Angka-angka ini dimasukkan dalam rumus (3) menghasilkan sensitivitas Rx sebesar -137 dBm
Sensitivitas rx = – 174 + 51 + 6 – 20 = -137 dBm
Keseimbangan transmisi daya kemudian dapat dihitung sebagai berikut menggunakan rumus: (4):
keseimbangan transmisi daya = -137dB – 14dB = -151dB
Dengan nilai yang ditentukan, keseimbangan transmisi daya rentang LoRaWAN adalah 151 dB, sehingga dapat mengatasi jarak hingga 800 km dalam kondisi optimal (redaman ruang bebas murni). Rentang LoRaWAN adalah 702 km di rekor dunia.
Tentu saja, nilai-nilai ideal ini tidak tercapai dalam kondisi nyata. Beberapa faktor sangat penting dalam hal ini.
Faktor-faktor yang mempengaruhi jangkauan LoRaWAN
Faktor redaman ruang bebas
Dengan menggandakan jarak, LoRaWAN’s free-space attenuation increases by 6dB, jadi redaman propagasi radio mengikuti fungsi logaritmik (lihat Rumus di bawah ini).
Selain dari kehilangan energi yang disebabkan oleh jangkauan LoRaWAN, pemantulan dan pembiasan gelombang radio pada objek juga dapat menyebabkan gelombang radio tumpang tindih.
Faktor redaman struktural
Koefisien redaman struktural Redaman struktural, itu adalah, redaman sinyal radio saat melewati rintangan yang berbeda, mempengaruhi penerimaan sinyal yang ditransmisikan dan memastikan bahwa jangkauan sinyal sangat berkurang. Sebagai contoh, redaman kaca hanya 2dB. Ini mempengaruhi jauh lebih sedikit daripada dinding beton 30 tebal sentimeter. Tabel di bawah ini menunjukkan berbagai bahan dan redaman tipikalnya.
Faktor zona Fresnel
Sangat penting untuk membuat garis pandang lurus antara pemancar dan penerima sebanyak mungkin jika Anda ingin menempuh jarak jauh secara efektif dan mendapatkan keseimbangan transmisi daya yang baik.. Area ruang tertentu di antara garis pandang transmisi radio adalah wilayah Fresnel. Perambatan gelombang akan terpengaruh secara negatif Jika ada objek di daerah ini, meskipun ada kontak visual biasa antara antena pengirim dan penerima. Untuk setiap objek di sabuk Fresnel, level sinyal turun dan rentang LoRaWAN menyusut (lihat gambar).
Antena omnidirectional adalah teknologi umum yang digunakan dalam jaringan jangkauan LoRaWAN. Dengan demikian, energi yang terpancar berdifusi ke bidang horizontal dan node dan gateway jaringan berada di sana. Di Eropa, Daya transmisi pita ISM terbatas pada 14 dBm pada 868mhz. 2.15 dBi adalah penguatan antena maksimum.
Faktor penyebaran faktor
Dalam jaringan LoRaWAN, pengaturan spesifik dari kecepatan transfer data menggunakan Spread Factors (SF). Jaringan LoRaWAN menggunakan SF7 hingga SF12. Karena modulasi spektrum sebaran kicauannya dan frekuensi pergeseran fasa yang berbeda yang digunakan dalam kicauan,, jaringan LoRaWAN tidak sensitif terhadap gangguan, propagasi multipath dan fading. Dalam jaringan jangkauan LoRaWAN, sisi Tx menggunakan kicauan untuk menyandikan data, sedangkan sisi Rx menggunakan kicauan terbalik untuk memecahkan kode sinyal. Berapa banyak kicauan yang digunakan per detik, definisi bit rate dan jumlah energi yang dipancarkan oleh setiap simbol dan rentang LoRaWAN yang dapat dicapai telah direpresentasikan di atas. Sebagai contoh, bit rate SF9 empat kali lebih lambat dari SF7, yang dapat dicapai dengan skalabilitas LoRaWAN. Semakin lambat bitrate, semakin tinggi energi dan semakin besar jangkauan setiap kumpulan data.
Kesimpulan faktor jangkauan LoRaWAN
Pemerataan transportasi mengacu pada jangkauan transmisi maksimum jaringan LoRaWAN.
Rentang pengaruh redaman ruang bebas. Dengan menggandakan jarak, redaman ruang bebas meningkat sebesar 6dB.
Pantulan dan pembiasan gelombang radio pada rintangan dan tanah mempengaruhi level dan jangkauan sinyal. Dalam jaringan LoRaWAN, salah satu ujung tautan radio biasanya dekat dengan tanah.
Level sinyal di sisi Rx akan terpengaruh di Fresnel pertama dan jaraknya akan diperpendek.
Nilai SF dan rentang pemancar bergantung pada kondisi propagasi. Rentang LoRaWAN memungkinkan manajemen jaringan otomatis, menggunakan ADR untuk menyesuaikan jangkauan pemancar. Sinyal untuk rasio kebisingan (SNR), faktor kebisingan (NF) dan bandwith (BB) akan mempengaruhi sensitivitas Rx.
Cara meningkatkan jangkauan LoRa dan LoRaWAN
Untuk meningkatkan jangkauan jaringan teknologi LoRaWAN, poin-poin berikut harus diperhatikan::
Lokasi gerbang: Menetapkan visibilitas antara antena Tx dan Rx. Tingkatkan ketinggian antena untuk meningkatkan visibilitas antar antena. Antena cocok untuk digunakan di luar ruangan daripada di dalam ruangan.
Pilihan antena: Antena berbentuk batang klasik memusatkan energi pada bidang horizontal. Hindari rintangan di dekat antena. Juga, ini harus selalu dilampirkan ke kolom, bukan sisi bangunan. Rentang harus ditingkatkan jika antena dipilih dengan hati-hati dan dioptimalkan untuk polarisasi antena dan penguatan antena maksimum yang ditentukan.
Pilih bahan penghubung: gunakan colokan berkualitas (N-colokan) dan kabel (LMR 400 atau setara, kerugian kurang dari 1.5 per 100 dB). Untuk mengurangi hilangnya bahan koneksi, penting juga untuk menjaga koneksi antara stasiun dan panjang antena sesingkat mungkin.
Secara umum, seperti yang diuraikan dalam artikel ini, Gateway jangkauan LoRaWAN harus dipasang untuk memastikan tegangan lebih dan proteksi petir yang memadai.
