Interfaz de radio LoRa / LoRaWAN. Modulación
LoRa (Long Range) es una tecnología de comunicación inalámbrica diseñada para la transmisión de datos de largo alcance, bajo consumo y alta fiabilidad con fuerte resistencia a las interferencias, lo que la hace adecuada para aplicaciones IoT y redes de área amplia de bajo consumo.
AM - Modulación de Amplitud
FM - Modulación de Frecuencia
Modulación: El proceso consiste en codificar información en una señal portadora variando su frecuencia, amplitud o fase, lo que permite la transmisión de señales útiles a distancia.
Modulación de Amplitud (AM): La amplitud de la señal portadora varía en proporción a la señal de información, mientras que la frecuencia y la fase permanecen constantes.
Modulación de Frecuencia (FM): La frecuencia de la señal portadora varía en proporción a la señal de información, mientras que su amplitud permanece constante.
LoRa emplea una técnica de modulación combinada basada en la modulación lineal de frecuencia (espectro ensanchado de tipo chirp, CSS), donde la frecuencia de la señal aumenta o disminuye continuamente dentro de un rango definido.
La modulación LoRaWAN utiliza LFM (modulación lineal de frecuencia) o CSS (espectro ensanchado de tipo chirp).
Interfaz de radio LoRa / LoRaWAN. Modulación
La modulación chirp en LoRa consiste en interrupciones irregulares del ciclo, lo que significa que el ciclo puede detenerse en cualquier punto en lugar de a intervalos de tiempo iguales. Esto crea desplazamientos temporales que mejoran la robustez y la resistencia al ruido.
La modulación LoRaWAN se produce "rompiendo" el ciclo en puntos intermedios, interpretados como desplazamientos temporales.
Interfaz de radio. Factor de dispersión
Factor de dispersión (SF): Representa la "velocidad" del cambio de frecuencia en las señales LFM. Los valores SF más altos indican cambios de frecuencia más lentos.
Cambiar el SF en una unidad equivale a duplicar el tiempo del ciclo (Chirp). Para SF=7 y un ancho de banda de 125 kHz, la duración del chirp es de 1,024 milisegundos.
La longitud del chirp afecta al ruido de la señal, mejorando el reconocimiento de la señal en la salida. Esto permite la detección de señales con menor energía y niveles de RSSI reducidos.
El concepto se simplifica así: Piensa en el SF como una "lente de zoom": un SF más alto "hace zoom" para mayor alcance pero envía datos más lentamente.
Principio clave: Mayor Factor de dispersión = Mayor alcance pero datos más lentos.
Codificación de datos
Codificación: Añadir información redundante (de control) a los datos de usuario transmitidos para aumentar la probabilidad de recepción exitosa.
El nivel de redundancia está determinado por la relación de tasa de código (CR), como 4/5, lo que significa que por cada 5 bits transmitidos, 4 bits son datos útiles y 1 bit es un bit de control (redundante).
LoRaWAN emplea una tasa de código del 4/5 al 4/8.
Las tasas de transmisión de datos (bps) para un ancho de banda de canal de 125 kHz dependen del Factor de dispersión (SF) y la Tasa de código (CR).
Muestra de señal LoRa
La interdependencia entre la tasa de datos y la distancia de propagación
La relación entre el factor de dispersión, la tasa de datos y la distancia de propagación es fundamental para el rendimiento de LoRa. Los factores de dispersión más altos permiten una comunicación de mayor alcance, pero a costa de reducir las tasas de transmisión de datos.
Conclusión
Las tecnologías LoRa y LoRaWAN proporcionan soluciones potentes para la comunicación inalámbrica de largo alcance y bajo consumo. Comprender los conceptos clave de modulación, factores de dispersión y codificación de datos es esencial para optimizar los despliegues de LoRa y lograr el mejor equilibrio entre alcance, consumo de energía y rendimiento de datos.