domenica 25 ottobre 2020

LoRa



Il termine LoRa è l'acronimo di Long Range da non confondere con il LoRaWAN. Il primo è il livello fisico ed il secondo è il protocollo di comunicazione per il livello MAC. Lo scopo del LoRa è quello di consentire comunicazioni a lungo raggio ed in bassa potenza.




In figura è evidente come il LoRa abbia una maggiore capacità di coprire distanze più grandi rispetto ad altri sistemi. LoRa opera in banda ISM ( Indrustrial, Scientific and Medical ) a 868 MHz ( 915 MHz in Nord America ) dove le onde hanno un ottima capacità di propagazione nello spazio. Una trasmissione LoRa può coprire oltre i 15 Km in campo aperto e fino a 2 km in ambito cittadino. LoRa utilizza una modulazione proprietaria che derivata dal Chirp Spread Spectrum ( CSS ) nato negli anni '40 per applicazioni radar e militari. Il segnale generato è molto robusto al degrado del canale e resistente alle interferenze. CSS codifica i dati con un chirp cioè un segnale sinusoidale modulato in frequenza che varia linermente con il tempo crescendo ( up-chirp ) o decrescendo ( down-chirp ). La larghezza di banda di questo chirp è uguale alla larghezza di banda dello spettro del segnale.




Le prestazioni che si possono ottenere dipendono da un parametro chiamato spreading factor il quale può variare da 7 a 12. Con uno SF pari a 7 si può raggiungere un bitrate elevato dell’ordine dei 5 kbit/s, con un basso consumo di energia. Aumentando lo spreading factor fino a 12 si possono raggiungere anche i 14 km di copertura, ma con un bitrate che scende a soli 250 bit/s ed un alto dispendio dal punto di vista energetico.





Nell'immagine sotto riportata è visibile la tipica struttura del segnale: preambolo, synch e payload.








Segnali LoRa a 868 MHz


I dispositivi LoRa e la tecnologia wireless Long Range vengono utilizzati nell’implementazione di molte reti di dispositivi Internet of Things (IoT) in tutto il mondo. In particolare è possibile monitorare e controllare parcheggi, traffico, illuminazione pubblica, raccolta dei rifiuti, lo stato di salute delle infrastrutture e dei monumenti, la qualità dell’aria ed il livello dell’inquinamento. In ambito abitativo è possibile controllare consumi di acqua e di energia, controllare da remoto dispositivi, apparecchiature, temperature, sistemi antifurto. È inoltre possibile controllare sistemi di irrigazione, la geo-localizzazione di veicoli, persone ed animali.