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LoRa 물리 계층 및 RF 인터페이스

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LoRa RF / 무선 인터페이스 또는 물리 계층은 LoRa 모듈 및 장치에서 전송하는 신호를 정의합니다.

LoRa 무선 인터페이스는 RF 프로토콜 및 RF 신호 및 인터페이스에 대한 기타 모든 세부 정보와 함께 변조 파형, 허용 가능한 전력 레벨, 사용할 수있는 대역 (및 대륙)을 포함한 속성을 정의합니다.

LoRa 주파수 대역

LoRa 무선 시스템은 전 세계적으로 사용 가능한 허가되지 않은 주파수를 사용합니다. 가장 널리 사용되는 주파수 / 대역은 다음과 같습니다.

  • 유럽 ​​: 868MHz
  • 북미 : 915MHz
  • 아시아 : 433MHz

2.4 또는 5.8GHz ISM 대역보다 낮은 주파수를 사용하면 특히 노드가 건물 내에있을 때 LoRa 무선 모듈 및 장치에서 훨씬 더 나은 커버리지를 얻을 수 있습니다.

일반적으로 1GHz 미만 ISM 대역이 사용되지만이 기술은 기본적으로 주파수에 구애받지 않고 기본 조정없이 대부분의 주파수에서 사용할 수 있습니다.

LoRa 변조

LoRa RF 물리 계층은 확산 스펙트럼 변조의 한 형태를 사용합니다. LoRa 변조 방식은 광대역 선형 주파수 변조 펄스를 사용합니다. 시간에 따른 주파수 증가 또는 감소 수준은 전송할 데이터, 즉 처프 변조의 한 형태를 인코딩하는 데 사용됩니다.

이러한 형태의 변조를 통해 LoRa 무선 시스템은 복조가 순방향 오류 정정 (FEC)과 결합 될 때 노이즈 플로어보다 20dB 낮은 신호를 복조 할 수 있습니다. 이는 LoRa 시스템의 링크 예산이 기존 FSK 시스템과 비교할 때 25dB 이상의 개선을 제공 할 수 있음을 의미합니다.

전송이 의사 랜덤 방식으로 확산되기 때문에 노이즈처럼 보이며 로라가 아닌 사용자가 감지하기 어려울 수 있습니다. 이것은 시스템의 보안에 도움이 될 수 있습니다.

시스템의 또 다른 장점은 처프 변조이며 시스템은 일반적으로 주파수 오프셋에 내성이 있으며 결과적으로 온도 보상 발진기 인 TCXO가 아닌 20-30ppm 허용 오차의 기본 수정 발진기를 사용할 수 있습니다. . 이것은 노드 전자 회로 내에서 좋은 코스트 절약을 제공 할 수 있습니다.

LoRa 데이터 통신

서로 다른 최종 장치와 게이트웨이 간의 통신은 서로 다른 여러 주파수 채널을 사용하며 서로 다른 데이터 속도를 사용합니다.

데이터 속도의 선택은 통신 범위와 메시지 기간 사이의 균형, 즉 필요한 데이터를 보낼 수있는 속도입니다. 장거리 신호는 수신기에서 낮은 레벨을 가질 수 있으며 이는 낮은 수신 레벨을 수용하기 위해 데이터 속도가 감소 할 수 있음을 의미합니다.

처프 확산 스펙트럼 기술을 사용하면 서로 간섭하지 않는 다양한 데이터 속도로 통신 할 수 있습니다. 이러한 방식으로 게이트웨이의 용량을 증가시키는 일련의 "가상"채널이 생성됩니다.

LoRa 적응 링크

낮은 데이터 속도 만 사용하고 전체 데이터 전송 수준이 낮다는 사실은 낮은 대역폭이 필요함을 의미합니다. 다양한 대역폭을 사용할 수 있습니다. 주요 내용은 7.8kHz입니다. 10.4kHz; 15.6kHz; 20.8kHz; 31.2kHz; 41.7kHz; 62.5kHz; 125kHz; 250kHz; 500kHz이지만 상위 3 개가 가장 일반적으로 사용되는 경향이 있습니다.

사용 가능한 다양한 대역폭 외에도 LoRa는 SF7에서 SF12까지 지정된 6 개의 확산 인자를 사용하여 데이터 속도 및 범위 절충안을 조정합니다. 확산 계수가 높을수록 데이터 속도는 낮아 지지만 범위는 더 길어지며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

대역폭과 확산 인자의 조합은 링크 상태와 전송할 데이터 수준에 따라 선택할 수 있습니다. 확산 계수가 높을수록 주어진 대역폭에 대한 전송 성능이 향상되지만 전송 시간도 늘어납니다. 더 긴 확산 계수는 더 높은 감도를 제공하지만 전송 시간이 길어 데이터 속도가 낮아집니다. 18bps에서 최대 40Kbps까지 다양합니다.

순방향 오류 수정을 사용하여 노이즈 내성을 향상시킬 수도 있습니다. 그러나 이는 오류 수정 자체가 추가 수정 데이터를 추가하여 수신자가 오류가있는 경우 실제 메시지를 복구 할 수 있도록하기 때문에 실제 데이터 처리량을 감소시킵니다.

LoRa 무선 RF 물리 계층 내에서 사용되는 전력 수준은 적응 형입니다. 사용되는 전력 수준은 필요한 데이터 속도, 링크 조건 등에 따라 달라집니다. 알고리즘은 필요한 전력 수준을 결정하는 데 사용됩니다. 전송 된 전력은 일반적으로 빠른 통신을 지원하는 데 필요한 최대 값에서 약간 백 오프됩니다. 수명이 극대화되고 네트워크 용량이 유지됩니다.

LoRa 무선 시스템의 물리 계층 / 무선 인터페이스는 저전력 저 신호 통신을위한 우수한 형식을 제공합니다. 따라서 낮은 데이터 속도, 저전력 및 장거리 통신에 이상적입니다. RF 인터페이스를 사용하면 LoRa 노드를 여러 빈약 한 위치에 배치하고 연결을 유지할 수 있습니다.

무선 및 유선 연결 항목 :
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비디오보기: LoRaLoRaWAN tutorial 2: What is LoRa and LoRaWAN (할 수있다 2022).