LoRa (Long Range) es un tipo de tecnología de comunicación inalámbrica diseñada para enviar información a largas distancias con bajo consumo de energía. Utiliza una técnica especial llamada modulación Chirp Spread Spectrum (CSS), que funciona cambiando continuamente la frecuencia de una señal transmitida a lo largo del tiempo.
Esta frecuencia variable genera una forma de onda (similar al sonido del canto de un pájaro), lo que le permite enviar señales a largas distancias sin utilizar mucha energía.
LoRa fue desarrollado por la empresa francesa Cycleo y posteriormente adquirida por Semtech Corporation. LoRa opera en las bandas ISM (industrial, científica y médica) sin licencia, que varían según la región, como
Europa: banda de 868 MHz
• Incluye países de la Unión Europea como Alemania, Francia, Italia, España, Reino Unido, etc.
América del Norte: banda de 915 MHz
• Incluye Estados Unidos, Canadá y México.
Sudamérica: Banda 915 MHz
• Incluye Brasil, Chile, Colombia y Perú.
Asia Pacífico: banda de 923 MHz
• Incluye partes de Australia, así como Nueva Zelanda, Singapur, Taiwán, Hong Kong y Japón.
Australia: banda de 915 MHz
India: 865-867MHz
La tecnología LoRa proporciona una velocidad de datos baja con una alta tolerancia a la interferencia, lo que la hace adecuada para aplicaciones de bajo ancho de banda que requieren comunicación de largo alcance con bajo consumo de energía. LoRa se usa comúnmente en dispositivos de Internet de las cosas (IoT) e Internet industrial de las cosas (IIoT). Es flexible y puede funcionar en zonas interiores y rurales, lo que lo hace ideal para aplicaciones "inteligentes" como hogares y ciudades inteligentes.
Modulación CSS o chirrido.
Usos comunes
LoRa se utiliza a menudo para dispositivos IoT, que recopilan datos y los envían a otro dispositivo o computadora central. Por ejemplo, un agricultor puede utilizar dispositivos IoT para monitorear los niveles de humedad en los campos de cultivo, que envían esta información a una computadora principal.
La ventaja de LoRa es que utiliza poca energía y puede enviar señales a largas distancias. Es la opción ideal para dispositivos en áreas remotas o lugares de difícil acceso y para quienes necesitan conservar la vida útil de la batería.
A continuación se muestran algunas aplicaciones típicas:
1. 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.
2. IoT industrial: LoRa puede monitorear y controlar máquinas, equipos y otros activos en entornos industriales, lo que permite operaciones más eficientes y mantenimiento predictivo.
3. Ciudades inteligentes: LoRa es ideal para estacionamiento inteligente, alumbrado público, gestión de residuos y otras aplicaciones que ayudan a las ciudades a operar de manera más eficiente y sostenible.
4. 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.
5. Monitoreo ambiental: LoRa puede monitorear la calidad del aire, la calidad del agua y otros parámetros ambientales, ayudando a proteger la salud pública y el medio ambiente.
6. Atención médica: LoRa es útil 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.
7. Automatización del hogar: 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 el proceso de convertir datos digitales en señales analógicas que se transmiten de forma inalámbrica. En la modulación LoRa, se utiliza CSS o chirp de espectro ensanchado, 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 ayuda a superar cualquier posible interferencia o efecto de trayectos múltiples. En la modulación CSS, los datos se codifican en la modulación de frecuencia de la señal chirrido.
La modulación CSS de 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.
Consumo de energia
Hay dos razones principales detrás de la capacidad de bajo consumo de energía de LoRa.
1. 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 el consumo de energía mediante el uso de velocidades de datos más altas cuando están más cerca de la puerta de enlace y velocidades de datos más bajas cuando están más lejos.
2. 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 varios factores, incluida la frecuencia de transmisión de datos, el ciclo de trabajo y la implementación específica de un dispositivo LoRa. Es importante considerar estos factores al diseñar e implementar sistemas basados en LoRa.
Consideraciones de rango
Hay tres razones detrás de la capacidad de largo alcance de LoRa.
1.CSS. La modulación LoRa utiliza el espectro ensanchado de chirrido (CSS), por lo que la frecuencia de la señal transmitida cambia con el tiempo en un patrón de chirrido. Esto le da a la señal LoRa un alcance mucho mayor que los métodos de comunicación inalámbrica convencionales.
2. Factor de dispersión. LoRa también utiliza un factor de dispersión (SF), que distribuye la señal en un espectro de frecuencia más amplio. Esto reduce los efectos del ruido y las interferencias. Al difundir la señal en un espectro de frecuencia más amplio, LoRa puede mantener una buena relación señal-ruido (SNR) incluso en largas distancias.
3. Frecuencia: LoRa utiliza frecuencias más bajas que los métodos de comunicación inalámbrica típicos, 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.
Además, la señal transmitida en las comunicaciones inalámbricas convencionales suele ser una onda continua, a menudo 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.
En general, la técnica de modulación CSS utilizada en la tecnología LoRa es la razón principal de sus capacidades de gran alcance.
Tecnología similar
Varias otras tecnologías son similares a LoRa en términos de capacidades de comunicación inalámbrica. Aquí hay unos ejemplos:
1. SigFox: una tecnología de redes de área amplia (LPWAN) de bajo consumo. Utiliza modulación de banda ultraestrecha para lograr comunicaciones de largo alcance en un espectro sin licencia.
2. NB-IoT (IoT de banda estrecha): una tecnología de red celular para dispositivos IoT de bajo consumo. Utiliza modulación de banda estrecha y opera en un espectro con licencia.
3. Ingravidez: una tecnología LPWAN que utiliza múltiples técnicas de modulación, incluidas CSS y 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.
4. LTE-M (Long Term Evolution for Machines): una tecnología de red celular para dispositivos IoT. Utiliza un espectro con licencia y admite comunicación de voz y datos.
CSS
Quizás se pregunte si la RF se podría hacer de largo alcance mediante la modulación de propagación de chirridos. La respuesta es: posiblemente.
Estas técnicas podrían hacer que los sistemas de RF sean de largo alcance, pero deben optimizarse para el sistema específico y sus requisitos. Además, se debe considerar cuidadosamente el diseño de antenas, transmisores y receptores para garantizar un rendimiento óptimo.
La modulación de chirrido es solo una técnica utilizada en LoRa para permitir la comunicación de largo alcance. Agregar CSS a un sistema de RF convencional no garantiza un sistema de largo alcance.
La razón por la que LoRa logra una comunicación de largo alcance no es solo por la modulación de chirrido. También utiliza varias técnicas que incluyen factor de dispersión, códigos de corrección de errores y bandas de frecuencia más bajas. Entonces, es un esfuerzo combinado.
