Faixas de operação da comunicação LoRaWAN

Faixas de operação da comunicação LoRaWAN

LoRaWAN opera em espectro de rádio não licenciado. Isto significa que qualquer pessoa pode usar as frequências de rádio sem ter que pagar taxas pela operação. É semelhante ao WiFi, que utiliza as bandas ISM de 2,4 GHz e 5 GHz em todo o mundo. Qualquer pessoa pode configurar roteadores WiFi e transmitir sinais WiFi sem a necessidade de licença ou autorização de uso e operação.

LoRaWAN usa frequências de rádio mais baixas com maior alcance. O fato de as frequências terem um alcance maior também acarreta mais restrições que muitas vezes são específicas de cada país. Isto representa um desafio para o LoRaWAN, que tenta ser o mais uniforme possível em todas as diferentes regiões do mundo. Como resultado, LoRaWAN é especificado para diversas bandas nessas regiões. Essas faixas de operação são semelhantes o suficiente para suportar um protocolo independentemente da região, mas têm uma série de consequências para a implementação dos sistemas backend.

LoRaWAN possui especificações regionais oficiais, chamadas Parâmetros Regionais, que você pode baixar no site da LoRa Alliance.

Estas especificações regionais LoRaWAN também não especificam tudo. Eles cobrem apenas uma região especificando o denominador comum. Por exemplo, os parâmetros regionais LoRaWAN para a Ásia especificam apenas um subconjunto comum de canais – mas existem variações entre as regulamentações nos países asiáticos. Além disso, cada operador de servidor de rede é livre para selecionar parâmetros adicionais, tais como canais de emissão adicionais. Chamamos esses parâmetros de Outros. Para The Things Network, eles são definidos no repositório GitHub.

Em alguns países, pode ser utilizado mais de um plano de frequência. Por exemplo, nos Países Baixos, tanto o EU868-870 como o EU433 podem ser utilizados.

Os parâmetros regionais incluem parâmetros da camada física, como planos de frequência (planos de canais), frequências de canais obrigatórias e taxas de dados para mensagens de solicitação de adesão. Os parâmetros regionais também incluem parâmetros da camada LoRaWAN, como tamanho máximo da carga útil.

Apresentamos aqui detalhes sobre a banda EU863-870 e a banda ISM US902-928. Mostramos também alguns parâmetros importantes envolvidos em outros planos de frequências.

Planos de frequência comuns

LoRaWAN opera nas bandas ISM (Industrial, Scientific, and Medical) não licenciadas. A tabela abaixo lista os planos de frequência mais recentes e seus nomes comuns.

Banda EU863-870

A faixa EU863-870 pode ser aplicada a qualquer região onde a utilização do espectro radioelétrico seja definida pela norma ETSI [EN300.220]. A banda EU863-870 é utilizada em todos os países europeus e em alguns países fora da Europa, por exemplo, Bahrein (BH), localizado no Médio Oriente. A faixa EU863-870 implica faixas de frequência de 863 MHz a 870 MHz, mas alguns países usam faixas de frequência ligeiramente diferentes. Por exemplo, a Albânia (AL) utiliza 863-873 MHz.

Canais padrão EU863-870

Os três canais padrão a seguir devem ser implementados em todos os dispositivos finais que suportam a banda EU863-870. Esses canais são usados ​​pelo dispositivo final para transmitir a mensagem de solicitação de adesão. O dispositivo final seleciona aleatoriamente um dos canais padrão para enviar a mensagem de solicitação de adesão.



Para dispositivos compatíveis com LoRaWAN versão 1.0.x, esses três canais padrão não devem ser modificados, mas para dispositivos compatíveis com LoRaWAN versão 1.1 e posteriores, esses canais podem ser modificados por meio do comando NewChannelReq.

A banda EU863-870 suporta um máximo de 16 canais. Durante a ativação do dispositivo final, canais adicionais podem ser especificados. Por exemplo, The Things Network usa as 5 frequências adicionais a seguir para uplink.

867,1MHz

867,3MHz

867,5MHz

867,7MHz

867,9MHz

Para downlink, The Things Network usa uma frequência fixa adicional para o slot de recepção RX2:

869,525 MHz em DR0 (SF12/125 kHz).

Duty cycle EU863-870

O Instituto Europeu de Normas de Telecomunicações (ETSI) define o ciclo de trabalho máximo para a frequência EU863-870 em 1%, que é o tempo máximo que um dispositivo pode passar em comunicação. Vamos dar uma olhada em como calcular o tempo no ar permitido por dia (24 horas), por dispositivo final para alguns ciclos de trabalho comuns.



Algumas operadoras de rede (como The Things Network) reduzem o ciclo de trabalho ainda mais do que o recomendado pela ESTI. Estes tipos de restrições são chamados de “Política de Acesso Justo”. Por exemplo, a política de acesso justo da The Things Network limita o tempo de transmissão do uplink a 30 segundos por dia por nó e as mensagens de downlink a 10 mensagens por dia por nó.

Taxas de dados EU863-870

A taxa de dados é o número de bits transmitidos por unidade de tempo. Com a modulação LoRa, a taxa de dados depende de alguns fatores como fator de espalhamento, largura de banda e taxa de codificação. A tabela a seguir mostra a taxa de bits para cada taxa de dados (DR0 – DR6) configurada com o fator de espalhamento e a largura de banda.



Como se observa, fatores de espalhamento mais altos causam taxas de bits mais baixas e fatores de espalhamento mais baixos causam taxas de bits mais altas. No entanto, para o mesmo fator de espalhamento, se a largura de banda duplicar, a taxa de dados também duplicará. Você aprenderá mais sobre isso Fatores de propagação.

Todos os dispositivos finais EU868-870 devem suportar uma das seguintes opções de taxa de dados.

DR0 – DR5 – conjunto de taxa de dados mínima suportada para obter a certificação LoRaWAN.

DR0 – DR7

DR0 – DR11 – todas as taxas de dados são implementadas no dispositivo final

EU863-870 EIRP/ERP máximo

A Potência Isotrópica Radiada Efetiva (EIRP) é a potência total irradiada por uma antena isotrópica em uma única direção. O ganho da antena é expresso em dBi para antenas isotrópicas.

A tabela a seguir mostra a lista de valores EIRP que podem ser usados ​​para transmitir dados.



O EIRP máximo para EU863-870 é +16dBm.

Os valores EIRP e ERP mencionados acima também podem ser expressos em miliwatts (mW). Por exemplo:

+16 dBm = 40 mW

+14 dBm = 25 mW

+27 dBm = 500 mW

Tamanho máximo da carga útil EU863-870

O tamanho máximo da carga útil do aplicativo (comprimento) varia de acordo com a taxa de dados. A tabela a seguir mostra o tamanho máximo da carga útil do aplicativo (FRMPayload) para diferentes taxas de dados.




Resumo EU863-870

A tabela a seguir resume todos os parâmetros importantes para a banda EU863-870.

Banda ISM US902-928

Descrevemos aqui os parâmetros regionais para os EUA, Canadá e todos os outros países que utilizam a banda ISM 902-928.

Planos de frequência US902-928

A banda ISM US902-928 está dividida nos seguintes planos de frequência, conforme mostrado na tabela abaixo.




Taxas de dados US902-928

A tabela a seguir mostra a taxa de bits para cada taxa de dados configurada com o fator de espalhamento e a largura de banda.

DR0 – DR4 e DR8 – DR13 são usados ​​para modulação LoRa.

DR4 é idêntico ao DR12.

DR8 – DR13 são usados ​​apenas para mensagens de downlink.



Todos os dispositivos finais US902-928 deverão suportar uma das seguintes opções de taxa de dados.

DR0 – DR4 e DR8 – DR13 – o conjunto mínimo de taxas de dados necessário para obter a certificação LoRaWAN.

DR0 – DR13 – todas as taxas de dados são implementadas no dispositivo final

Ao usar a ativação Over-The-Air (OTAA), o dispositivo final deve transmitir a mensagem de solicitação de adesão em um canal selecionado aleatoriamente da seguinte maneira.

64 canais (cada um com largura de banda de 125kHz) definidos usando DR0

8 canais (cada um com largura de banda de 500kHz) definidos usando DR4

O dispositivo final deve mudar de canal para cada transmissão.

A potência máxima de saída irradiada permitida nos EUA é EIRP = +30 dBm, mas para a maioria dos dispositivos +20 dBm é suficiente. De acordo com a Comissão Federal de Comunicações (FCC), não há limitações de ciclo de trabalho, mas há um tempo de permanência máximo de 400 ms por canal. O tempo de permanência é a quantidade de tempo necessária para uma transmissão.

Tamanho máximo da carga útil US902-928

O tamanho máximo da carga útil do aplicativo (comprimento) varia de acordo com a taxa de dados (configurada com fator de difusão e largura de banda). A tabela a seguir mostra o tamanho máximo da carga útil do aplicativo (FRMPayload) (N) para diferentes taxas de dados.




Resumo US902-928

A tabela a seguir resume todos os parâmetros importantes para a banda US902-928.

Outros planos de frequência

A seguir, veja alguns parâmetros importantes que estão incluídos em outros planos de frequência.

CN779-787: Aplica-se à China. O ciclo de trabalho é <1% e não há limitação de tempo de permanência. O EIRP máximo padrão permitido é +12,15 dBm.

AU915-928: Aplica-se à Austrália e a todos os outros países cuja banda se estende de 915 a 928 MHz. Não há limitação de ciclo de trabalho aplicável e a limitação do tempo de permanência é de 400 ms. O EIRP máximo padrão permitido é +30 dBm.

AS923: Aplicado para múltiplas regiões (alguns países da Ásia e Oceania). Todos os dispositivos finais operados no Japão devem executar Listen Before Talk (LBT) com base nos regulamentos ARIB STD-T108.

KR920: Os regulamentos da Coreia do Sul permitem a escolha de usar uma limitação de ciclo de trabalho ou gerenciamento de transmissão de Agilidade de Frequência Adaptativa Ouvir Antes de Falar (LBT AFA).

IN865: Aplica-se à Índia. O EIRP máximo padrão permitido é +30 dBm.

Configurações padrão para todas as regiões

Existem algumas configurações padrão recomendadas que podem ser aplicadas a todas as regiões.

Atraso RX1: 1s

Atraso RX2: 2s (atraso RX1 + 1s)

Atraso 1 no aceite de ingresso: 5s

Atraso 2 no aceite de ingresso: 6s

Plano de frequência para o Brasil