Interface radio LoRa / LoraWAN. Modulation
LoRa (Long Range) représente une technologie de communication sans fil conçue pour la transmission de données longue portée, basse consommation et fiable avec une forte résistance aux interférences, la rendant adaptée aux applications IoT et aux réseaux longue portée à faible consommation.
AM - Modulation d'amplitude
FM - Modulation de fréquence
Modulation : Le processus consiste à encoder des informations sur un signal porteur en faisant varier sa fréquence, son amplitude ou sa phase, permettant la transmission de signaux utiles sur une distance.
Modulation d'amplitude (AM) : L'amplitude du signal porteur varie proportionnellement au signal d'information tandis que la fréquence et la phase restent constantes.
Modulation de fréquence (FM) : La fréquence du signal porteur varie proportionnellement au signal d'information tandis que son amplitude reste constante.
LoRa emploie une technique de modulation combinée basée sur la modulation de fréquence linéaire (chirp spread spectrum, CSS), où la fréquence du signal augmente ou diminue continuellement dans une plage définie.
La modulation LoRaWAN utilise la LFM (modulation de fréquence linéaire) ou le CSS (chirp spread spectrum).
Interface radio LoRa / LoraWAN. Modulation
La modulation chirp dans LoRa consiste en des ruptures de cycle irrégulières, ce qui signifie que le cycle peut s'arrêter à n'importe quel point plutôt qu'à des intervalles de temps égaux. Cela crée des décalages temporels, améliorant la robustesse et la résistance au bruit.
La modulation LoRaWAN se produit en « cassant » le cycle à des points intermédiaires, interprétés comme des décalages temporels.
Interface radio. Facteur d'étalement
Facteur d'étalement (SF) : Représente la « vitesse » de changement de fréquence dans les signaux LFM. Des valeurs SF plus élevées indiquent des changements de fréquence plus lents.
Changer le SF d'une unité signifie doubler la durée du cycle (Chirp). Pour SF=7 et une bande passante de 125 kHz, la durée du chirp est de 1,024 milliseconde.
La longueur du chirp affecte le bruit du signal, améliorant la reconnaissance du signal en sortie. Cela permet la détection du signal avec moins d'énergie et des niveaux RSSI réduits.
Le concept est simplifié : Pensez au SF comme à un « objectif zoom » — un SF plus élevé « zoome » pour une plus grande portée mais envoie les données plus lentement.
Principe clé : Facteur d'étalement plus élevé = portée plus grande mais données plus lentes.
Encodage des données
Codage : Ajout d'informations redondantes (de contrôle) aux données utilisateur transmises pour augmenter la probabilité d'une réception réussie.
Le niveau de redondance est déterminé par le ratio coderate (CR), tel que 4/5, ce qui signifie que pour chaque 5 bits transmis, 4 bits sont des données utiles et 1 bit est un bit de contrôle (redondant).
LoRaWAN utilise un Coderate de 4/5 à 4/8.
Les débits de transmission de données (bps) pour une largeur de bande de canal de 125 kHz dépendent du Facteur d'étalement (SF) et du CodeRate (CR).
Exemple de signal LoRa
L'interdépendance du débit de données et de la distance de propagation
La relation entre le facteur d'étalement, le débit de données et la distance de propagation est fondamentale pour les performances de LoRa. Des facteurs d'étalement plus élevés permettent une communication à plus longue portée mais au prix de débits de transmission de données réduits.
Conclusion
Les technologies LoRa et LoRaWAN offrent des solutions puissantes pour la communication sans fil longue portée à faible consommation. Comprendre les concepts clés de la modulation, des facteurs d'étalement et de l'encodage des données est essentiel pour optimiser vos déploiements LoRa et atteindre le meilleur équilibre entre portée, consommation d'énergie et débit de données.