LoRa (Long Range) é um tipo de tecnologia de comunicação sem fio projetada para enviar informações por longas distâncias com baixo consumo de energia. Ele usa uma técnica especial chamada modulação Chirp Spread Spectrum (CSS), que opera alterando continuamente a frequência de um sinal transmitido ao longo do tempo.
Essa frequência variável gera uma forma de onda (semelhante ao som do chilrear de um pássaro), permitindo enviar sinais por longas distâncias sem usar muita energia.
LoRa foi desenvolvido pela empresa francesa Cycleo e posteriormente adquirido pela Semtech Corporation. LoRa opera nas bandas ISM (industriais, científicas e médicas) livres de licença, que variam de acordo com a região, como
Europa: Banda de 868 MHz
• Inclui países da União Europeia, como Alemanha, França, Itália, Espanha, Reino Unido, etc.
América do Norte: Banda de 915 MHz
• Inclui os Estados Unidos, Canadá e México
América do Sul: Banda de 915 MHz
• Inclui Brasil, Chile, Colômbia e Peru
Ásia-Pacífico: Banda de 923 MHz
• Inclui partes da Austrália, bem como Nova Zelândia, Singapura, Taiwan, Hong Kong e Japão
Austrália: Banda de 915 MHz
Índia: 865-867MHz
A tecnologia LoRa fornece baixa taxa de dados com alta tolerância a interferências, tornando-a adequada para aplicações de baixa largura de banda que exigem comunicação de longo alcance com baixo consumo de energia. LoRa é comumente usado em dispositivos da Internet das Coisas (IoT) e da Internet Industrial das Coisas (IIoT). É flexível e pode funcionar em áreas interiores e rurais, tornando-o ideal para aplicações “inteligentes”, como casas e cidades inteligentes.
Modulação CSS ou chilrear.
Usos comuns
LoRa é frequentemente usado para dispositivos IoT, que coletam dados e os enviam para outro dispositivo ou computador central. Por exemplo, um agricultor pode utilizar dispositivos IoT para monitorizar os níveis de humidade nos campos de cultivo, que enviam essas informações de volta para um computador principal.
A vantagem do LoRa é que ele usa baixa potência e pode enviar sinais por longas distâncias. É a escolha ideal para dispositivos em áreas remotas ou locais de difícil acesso e para aqueles que precisam conservar a vida útil da bateria.
Aqui estão algumas aplicações típicas:
1. Agricultura inteligente: LoRa pode monitorar remotamente as colheitas, a umidade do solo e outros parâmetros ambientais, ajudando os agricultores a otimizar seus rendimentos e reduzir custos.
2. IoT industrial: LoRa pode monitorar e controlar máquinas, equipamentos e outros ativos em ambientes industriais, permitindo operações mais eficientes e manutenção preditiva.
3. Cidades inteligentes: LoRa é ideal para estacionamento inteligente, iluminação pública, gestão de resíduos e outras aplicações que ajudam as cidades a operar de forma mais eficiente e sustentável.
4. Acompanhamento de bens: LoRa pode rastrear a localização e o status de ativos como veículos, contêineres e equipamentos, permitindo melhor logística e gerenciamento da cadeia de suprimentos.
5. Monitoramento ambiental: LoRa pode monitorar a qualidade do ar, a qualidade da água e outros parâmetros ambientais, ajudando a proteger a saúde pública e o meio ambiente.
6. Saúde: LoRa é útil para monitoramento remoto de pacientes, permitindo que os profissionais de saúde monitorem as condições de saúde dos pacientes e forneçam atendimento personalizado.
7. Automação residencial: LoRa pode ser usado para aplicações de automação residencial, como termostatos inteligentes, fechaduras de portas e sistemas de segurança, permitindo que os proprietários controlem suas casas remotamente e economizem energia.
O que é modulação LoRa?
Modulação é o processo de conversão de dados digitais em sinais analógicos que são transmitidos sem fio. Na modulação LoRa, é usado CSS ou espectro de propagação de chirp, onde a frequência do sinal transmitido muda ao longo do tempo em um padrão específico chamado chirp.
Este efeito de chilrear permite que o sinal tenha uma longa duração, o que ajuda a superar qualquer interferência potencial ou efeitos de múltiplos caminhos. Na modulação CSS, os dados são codificados na modulação de frequência do sinal chirp.
A modulação CSS do LoRa usa uma ampla largura de banda e uma taxa de chirp lenta, resultando em símbolos longos e maior resiliência a interferências. Este esquema de modulação permite que dispositivos LoRa alcancem um longo alcance de comunicação.
Consumo de energia
Existem duas razões principais por trás da capacidade do LoRa de baixo consumo de energia.
1. Taxa de dados adaptativa: LoRa suporta uma taxa de dados adaptativa (ADR), o que significa que os dispositivos podem ajustar dinamicamente sua taxa de transmissão de dados com base na qualidade do link de comunicação. Isso permite que os dispositivos otimizem o consumo de energia usando taxas de dados mais altas quando estiverem mais próximos do gateway e taxas de dados mais baixas quando estiverem mais distantes.
2. Gerenciamento de energia: Os dispositivos LoRa geralmente incorporam técnicas de gerenciamento de energia para minimizar o consumo de energia durante períodos de inatividade ou suspensão. Isso pode incluir modos de suspensão, ciclos de trabalho e recursos de ativação por rádio, onde os dispositivos economizam energia quando não estão transmitindo ou recebendo dados ativamente.
É importante notar que o consumo de energia pode variar dependendo de vários fatores, incluindo frequência de transmissão de dados, ciclo de trabalho e implementação específica de um dispositivo LoRa. É importante considerar esses fatores ao projetar e implantar sistemas baseados em LoRa.
Considerações de alcance
Existem três razões por trás da capacidade de longo alcance do LoRa.
1. CSS. A modulação LoRa usa o espectro de propagação de chirp (CSS), de modo que a frequência do sinal transmitido muda ao longo do tempo em um padrão de chirp. Isto dá ao sinal LoRa um alcance muito maior do que os métodos convencionais de comunicação sem fio.
2. Fator de dispersão. LoRa também usa um fator de espalhamento (SF), que espalha o sinal por um espectro de frequência mais amplo. Isso reduz os efeitos de ruído e interferência. Ao espalhar o sinal por um espectro de frequência mais amplo, o LoRa pode manter uma boa relação sinal-ruído (SNR), mesmo em longas distâncias.
3. Frequência: LoRa usa frequências mais baixas do que os métodos típicos de comunicação sem fio, como Wi-Fi ou Bluetooth. As frequências mais baixas podem penetrar obstáculos e percorrer distâncias maiores do que as frequências mais altas, tornando-as adequadas para comunicações de longo alcance.
Além disso, o sinal transmitido na comunicação sem fio convencional é normalmente uma onda contínua, frequentemente sujeita a interferência, ruído e desvanecimento à medida que viaja pelo ar. Isto pode limitar o alcance do sinal, especialmente em ambientes com obstáculos ou interferências.
No geral, a técnica de modulação CSS usada na tecnologia LoRa é a principal razão para suas capacidades de longo alcance.
Tecnologia semelhante
Várias outras tecnologias são semelhantes ao LoRa em termos de capacidades de comunicação sem fio. Aqui estão alguns exemplos:
1. SigFox: uma tecnologia de rede de área ampla e baixo consumo de energia (LPWAN). Ele usa modulação de banda ultraestreita para alcançar comunicação de longo alcance em um espectro não licenciado.
2. NB-IoT (IoT de banda estreita): uma tecnologia de rede celular para dispositivos IoT de baixo consumo de energia. Ele usa modulação de banda estreita e opera em um espectro licenciado.
3. Sem peso: uma tecnologia LPWAN que usa várias técnicas de modulação, incluindo CSS e chaveamento de mudança de frequência gaussiana (GFSK). Ele opera em um espectro não licenciado e foi projetado para aplicações IoT que exigem comunicação de longo alcance.
4. LTE-M (Evolução de Longo Prazo para Máquinas): uma tecnologia de rede celular para dispositivos IoT. Utiliza um espectro licenciado e suporta comunicação de voz e dados.
CSS
Você pode estar se perguntando se a RF poderia ser de longo alcance usando a modulação de propagação de chirp. A resposta é: possivelmente.
Tais técnicas poderiam tornar os sistemas de RF de longo alcance, mas devem ser otimizadas para o sistema específico e seus requisitos. Além disso, o projeto das antenas, transmissores e receptores deve ser cuidadosamente considerado para garantir um desempenho ideal.
A modulação Chirp é apenas uma técnica usada no LoRa para permitir a comunicação de longo alcance. Adicionar CSS a um sistema RF convencional não garante um sistema de longo alcance.
A razão pela qual LoRa alcança comunicação de longo alcance não é apenas por causa da modulação chirp. Ele também usa várias técnicas, incluindo fator de espalhamento, códigos de correção de erros e bandas de frequência mais baixas. Então, é um esforço combinado.
