LoRaWAN – Fator de espalhamento

LoRaWAN – Fator de espalhamento

Saiba como o fator de espalhamento determina a velocidade de comunicação no LoRaWAN

LoRa é baseado na tecnologia Chirp Spread Spectrum (CSS), onde os chirps (também conhecidos como símbolos) são os portadores dos dados.

O fator de espalhamento controla a taxa de chirp e, portanto, controla a velocidade de transmissão de dados. Fatores de espalhamento mais baixos significam sons mais rápidos e, portanto, uma taxa de transmissão de dados mais alta.

Para cada aumento no fator de espalhamento, a taxa de varredura do chirp é reduzida à metade e, portanto, a taxa de transmissão de dados é reduzida à metade.

Para uma explicação visual, veja este vídeo do LoRa chirps.

Fatores de espalhamento mais baixos reduzem o alcance das transmissões LoRa, pois reduzem o ganho de processamento e aumentam a taxa de bits. A alteração do fator de espalhamento permite que a rede aumente ou diminua a taxa de dados para cada dispositivo final ao custo do alcance.

A rede também usa fatores de espalhamento para controlar o congestionamento. Os fatores de espalhamento são ortogonais, portanto, os sinais modulados com diferentes fatores de espalhamento e transmitidos no mesmo canal de frequência ao mesmo tempo não interferem entre si.

Influência do fator de espalhamento

A modulação LoRa tem um total de 6 fatores de espalhamento de SF7 a SF12. Os fatores de espalhamento influenciam a taxa de dados, o tempo no ar, a vida útil da bateria e a sensibilidade do receptor, conforme descrito aqui.

Taxa de dados

Comparado a um fator de espalhamento mais alto, um fator de espalhamento mais baixo fornece uma taxa de bits mais alta para uma largura de banda e taxa de codificação fixas. Por exemplo, SF7 oferece uma taxa de bits mais alta que SF12.

Dobrar a largura de banda também duplica a taxa de bits para um fator de espalhamento e taxa de codificação fixos.

A tabela a seguir apresenta taxas de bits calculadas com SF7 e Taxa de Codificação (CR) = 1 para larguras de banda de 125, 250 e 500 kHz.

Distância

Fatores de espalhamento maiores significam maior ganho de processamento e, portanto, um sinal modulado com um fator de espalhamento maior pode ser recebido com menos erros em comparação com um sinal com um fator de espalhamento menor e, portanto, percorrer uma distância maior. Por exemplo, um sinal modulado com SF12 pode percorrer uma distância maior do que um sinal modulado com SF7.

Tempo no ar

Comparado a um fator de espalhamento mais baixo, o envio de uma quantidade fixa de dados (carga útil) com um fator de espalhamento mais alto e uma largura de banda fixa precisa de mais tempo no ar.

A calculadora de tempo de antena LoRaWAN da Things Network pode ser usada para calcular o tempo no ar usando bytes de entrada (tamanho da carga útil), largura de banda e fator de propagação. A calculadora de tempo de antena LoRaWAN da TTN pode ser acessada aqui.

Sensibilidade do receptor

Fatores de espalhamento mais altos proporcionam maior sensibilidade do receptor. Normalmente, LoRa usa fatores de espalhamento mais altos quando o sinal é fraco.

A tabela a seguir mostra como os fatores de espalhamento afetam a sensibilidade do receptor.

Vida útil da bateria

A vida útil da bateria de um dispositivo final depende muito do fator de espalhamento utilizado. Fatores de espalhamento mais altos resultam em tempos ativos mais longos para os transceptores de rádio e menor vida útil da bateria.

Artigo original: https://www.thethingsnetwork.org/docs/lorawan/spreading-factors/