¿Qué es LoRa?
LoRa (Long Range) es una tecnología de comunicación inalámbrica que envía información a largas distancias con bajo consumo de energía. Utiliza una técnica especial llamada modulación Chirp Spread Spectrum (CSS). El Chirp Spread Spectrum funciona cambiando continuamente la frecuencia de la señal transmitida a lo largo del tiempo. Esta frecuencia variable genera una forma de onda que se asemeja al sonido producido por el canto de un pájaro, lo que permite enviar señales a largas distancias sin utilizar mucha energía.
LoRa es desarrollado por Semtech Corporation y opera en las bandas ISM (industrial, científica y médica) sin licencia, que varían según la región de la siguiente manera:
Europa
Banda de 868 MHz: Países de la Unión Europea, incluidos Alemania, Francia, Italia, España, Reino Unido, etc.
América del norte
Banda 915 MHz: Estados Unidos, Canadá, México
Australia
Banda 915 MHz: Australia
Asia-Pacífico
Banda de 923 MHz: Australia, Nueva Zelanda, Singapur, Taiwán, Hong Kong, Japón
América del Sur
Banda 915 MHz: Brasil, Chile, Colombia, Perú
India
865-867MHz
La tecnología LoRa proporciona una baja velocidad de datos y una alta tolerancia a las interferencias, lo que la hace adecuada para aplicaciones de bajo ancho de banda que requieren comunicación de largo alcance con bajo consumo de energía, como dispositivos IoT (Internet de las cosas), ciudades inteligentes y monitoreo agrícola. .
Casos de uso más comunes
LoRa se utiliza a menudo para dispositivos IoT (Internet de las cosas), pequeños sensores u otros dispositivos que recopilan y envían información a una computadora central. Por ejemplo, un agricultor puede usar dispositivos IoT para monitorear los niveles de humedad en sus campos y enviar esa información a su computadora.
Debido a que LoRa utiliza poca energía y puede enviar señales a largas distancias, es una excelente opción para dispositivos IoT en áreas remotas o lugares de difícil acceso. También es adecuado para dispositivos que ahorran batería, ya que no tendrán tanta potencia para enviar señales.
- Agricultura inteligente: LoRa puede monitorear de forma remota los cultivos, la humedad del suelo y otros parámetros ambientales, ayudando a los agricultores a optimizar sus rendimientos y reducir costos.
- IoT industrial: LoRa puede monitorear y controlar máquinas, equipos y otros activos en entornos industriales, lo que permite operaciones más eficientes y mantenimiento predictivo.
- Ciudades inteligentes: LoRa se puede utilizar para estacionamiento inteligente, alumbrado público, gestión de residuos y otras aplicaciones que ayudan a las ciudades a operar de manera más eficiente y sostenible.
- Seguimiento de activos: LoRa puede rastrear la ubicación y el estado de activos como vehículos, contenedores y equipos, lo que permite una mejor logística y gestión de la cadena de suministro.
- Monitoreo ambiental: LoRa se puede utilizar para monitorear la calidad del aire, la calidad del agua y otros parámetros ambientales, ayudando a proteger la salud pública y el medio ambiente.
- Atención médica: LoRa se puede utilizar para el monitoreo remoto de pacientes, lo que permite a los profesionales de la salud monitorear las condiciones de salud de los pacientes y brindar atención personalizada.
- Domótica: LoRa se puede utilizar para aplicaciones de automatización del hogar, como termostatos inteligentes, cerraduras de puertas y sistemas de seguridad, lo que permite a los propietarios controlar sus hogares de forma remota y ahorrar energía.
¿Qué es la modulación LoRa?
La modulación es la conversión de datos digitales en señales analógicas que pueden transmitirse de forma inalámbrica. En la modulación LoRa, se utiliza una técnica especial llamada chirp de espectro ensanchado (CSS), donde la frecuencia de la señal transmitida cambia con el tiempo en un patrón específico llamado chirp.
Este efecto de chirrido permite que la señal tenga una duración prolongada, lo que la ayuda a superar las interferencias y los efectos de trayectos múltiples. En la modulación CSS, los datos se codifican en la modulación de frecuencia de la señal chirrido.
La modulación CSS en LoRa utiliza un ancho de banda amplio y una frecuencia de chirrido lenta, lo que da como resultado símbolos largos y una mayor resistencia a las interferencias. Este esquema de modulación permite que los dispositivos LoRa alcancen un largo rango de comunicación.
HIGO. 1: La imagen muestra la modulación del chirrido.
La razón principal detrás del bajo consumo de energía
- Velocidad de datos adaptativa: LoRa admite velocidad de datos adaptativa (ADR), lo que significa que los dispositivos pueden ajustar dinámicamente su velocidad de transmisión de datos en función de la calidad del enlace de comunicación. Esto permite que los dispositivos optimicen su consumo de energía mediante el uso de velocidades de datos más altas más cerca de la puerta de enlace y velocidades de datos más bajas más lejos.
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Gestión de energía: los dispositivos LoRa suelen incorporar técnicas de gestión de energía para minimizar el consumo de energía durante períodos de inactividad o sueño. Esto puede incluir modos de suspensión, ciclos de trabajo y funciones de activación por radio, donde los dispositivos ahorran energía cuando no están transmitiendo o recibiendo datos activamente.
Es importante tener en cuenta que el consumo de energía puede variar según factores como la frecuencia de transmisión de datos, el ciclo de trabajo y la implementación específica del dispositivo LoRa. Por lo tanto, es importante considerar estos factores al diseñar e implementar sistemas basados en LoRa.
La razón principal detrás del largo alcance
- En primer lugar, la modulación LoRa utiliza una técnica llamada chirp de espectro ensanchado (CSS), lo que significa que la frecuencia de la señal transmitida cambia con el tiempo en un patrón específico llamado chirp. Esto le da a la señal LoRa un alcance mucho mayor que los métodos de comunicación inalámbrica tradicionales.
- En segundo lugar, LoRa utiliza un factor de dispersión (SF) que distribuye la señal en un espectro de frecuencia más amplio, lo que ayuda a reducir los efectos del ruido y la interferencia. LoRa puede mantener una buena relación señal-ruido (SNR) incluso en largas distancias al difundir la señal en un espectro de frecuencia más amplio.
- Finalmente, LoRa utiliza frecuencias más bajas que los métodos tradicionales de comunicación inalámbrica como Wi-Fi o Bluetooth. Las frecuencias más bajas pueden atravesar obstáculos y viajar distancias mayores que las frecuencias más altas, lo que las hace adecuadas para comunicaciones de largo alcance.
Sí, la técnica de modulación utilizada en la tecnología LoRa, llamada modulación Chirp Spread Spectrum (CSS), es una de las principales razones de sus capacidades de largo alcance.
En la comunicación inalámbrica tradicional, la señal transmitida suele ser una onda continua, sujeta a interferencias, ruido y desvanecimiento a medida que viaja por el aire. Esto puede limitar el alcance de la señal, especialmente en entornos con obstáculos o interferencias.
Tecnología similar a LORA
Varias otras tecnologías son similares a LoRa en términos de capacidades de comunicación inalámbrica. Aquí hay unos ejemplos:
- Sigfox: Sigfox es una tecnología de red de área amplia (LPWAN) de bajo consumo como LoRa. Utiliza modulación de banda ultraestrecha para lograr comunicaciones de largo alcance en un espectro sin licencia.
- NB-IoT: NB-IoT (Narrowband IoT) es una tecnología de red celular diseñada para dispositivos IoT de bajo consumo. Utiliza modulación de banda estrecha y opera en un espectro con licencia.
- Weightless: Weightless es una tecnología LPWAN que utiliza varias técnicas de modulación, incluido el espectro ensanchado de chirp (CSS) y la modulación por desplazamiento de frecuencia gaussiana (GFSK). Opera en un espectro sin licencia y está diseñado para aplicaciones de IoT que requieren comunicación de largo alcance.
- LTE-M: LTE-M (Long-Term Evolution for Machines) es una tecnología de red celular para dispositivos IoT. Utiliza un espectro con licencia y admite comunicación de voz y datos.
¿Podemos hacer RF normal de largo alcance usando la modulación de propagación Chirp?
Se podrían utilizar técnicas similares para hacer que los sistemas de RF tradicionales sean de largo alcance, pero deberían implementarse de una manera que esté optimizada para el sistema específico y sus requisitos. Además, sería necesario considerar cuidadosamente el diseño de antenas, transmisores y receptores para garantizar un rendimiento óptimo.
La modulación de chirp es una de las técnicas utilizadas en LoRa para permitir la comunicación de largo alcance. Sin embargo, es importante tener en cuenta que simplemente agregar modulación de chirrido a un sistema de RF tradicional no necesariamente lo convierte en de largo alcance.
La razón por la que LoRa puede lograr comunicaciones de largo alcance no se debe solo al uso de modulación chirp, sino también al uso de otras técnicas como el factor de dispersión, códigos de corrección de errores y bandas de frecuencia más bajas.
Estos factores se considerarán en artículos futuros.
