مدولاسیون LoRa
مدولاسیون chirp spread spectrum-CSS در سال 1940 برای کار در رادار ساخته شد. در ابتدا کاربرد آن در صنایع نظامی و کاربرد های امنیتی راه اندازی شد و پس از آن در سال 1997 برای بخش تجاری مورد بررسی قرار گرفت. در این مدت بهبود زیادی در مدولاسیون صورت گرفته است.
از ویژگی های این مدولاسیون به مصرف توان پایین در انتقال داده ها با حجم کم و استحکام ذاتی در مقابل محوشدگی، اثر داپلر و چند مسیری اشاره کرد.
LoRa مدولاسیون طیف گسترده اختصاصی است که برا اساس CSS ساخته شده است. این مدولاسیون دارای مصرف توان کم می باشد. همچنین در این مدولاسیون طیف با تولید یک سیگنال chirp که به طور مداوم در فرکانس های متناوب بدست می آید ایجاد می شود.
یکی از مزایای این روش این است که زمان و فرکانس Offset بین فرستنده و گیرنده برابر هستند و این ویژگی تا حد زیادی منجر به کاهش پیچیدگی در طراحی گیرنده می شود.
خواص کلیدی مدولاسیون LoRa
پهنای باند مقیاس پذیر
در مدولاسیون LoRa هر دو پهنای باند و فرکانس مقیاس پذیر هستند ( این بدان معناست که این مدولاسیون توانایی این را دارد که هم برای تکنیک پرش فرکانسی باند باریک و هم تکنیک دنباله مستقیم باند پهن استفاده شود). برخلاف مدولاسیون موجود باند باریک یا مدولاسیون پهن باند، LoRa می تواند به سادگی تنها با کمی تغییر در ریجستری آن، سازگاری پیدا کند.
توان کم و Constant Envelope
مشابه مدولاسیون LoRa، FSK مدولاسیونی از نوع Constant ENvelope است. به این معنی که در تقویت کننده توان، ارزان و توان کم با راندمان بالا است و توانایی استفاده دوباره توان بدون استفاده از تقویت کننده را دارد. علاوه بر این، با توجه به بهره مرتبط با LoRa، توان خروجی فرستنده می تواند ثابت یا بهتر شود و در مقایسه با لینک FSK معمولی کاهش یابد.
استحکام بالا
با توجه به BT بالا (1<BT) و ماهیت آسنکرون بودن، سیگنال LoRa در مقابله با مکانیزم تذاخل اعم از داخل و یا خارج از باند مقاوم است. از آنجا که مدت زمان سمبل LoRa می تواند طولانی تر از FHSS باشد این ویژگی در برابر مکانیزم تداخل AM مقاوم است.
مقاوم در برابر محوشدگی و چند مسیری
پالس Chirp نسبتا پهن است و بدین ترتیب در مقابله با مکانیزم پهن شدگی و چند مسیری ایمن است و لذا این مدولاسیون برای محیط های درون شهری و برون شهری مناسب است.
مقاوم در برابر داپلر
شیفت داپلر باعث تغییر فرکانس کوچک در پالس LoRa می شود که این باعث تغییر نسبتا ناچیز در محور زمان از سیگنال باند پایه می شود. با وجود فرکانس Offset نیاز به مرجع منبع پالس کاهش پیدا می کند.
قابلیت دور برد
توان خروجی ثابت و توان عملیاتی( متوسط نرخ تحویل موفق پیام در یک کانال ارتباطی Bit/s ) لینک LoRa از FSK معمولی بیشتر است حتی در زمانی که در برابر تداخل و مکانیزم محو شدگی قرار گیرد قادر است تا برابر یا حتی بیشتر بهبود یابد در نتیجه افزایش توان منجرب به فراگیری محدوده بیشتری می شود.
افزایش ظرفیت شبکه
مدولاسیون Semtech LoRa عوامل گسترش طیف غیر هم بسته SF را به کار می گیرد که قادر می سازد سیگنال گسترده تر شده را در همان زمان و رد همان کانل بدون حداقل افت انتقال دهد. سیگنال مدوله شده با عوامل گسترش مختلف تنها با SF خود قابل بازایابی هستند و مابقی به صورت نویز خود را در گیرنده نشان می دهد که این امر هیچ خللی ایجاد نمی کند و منجر به افزایش ظرفیت شبکه می شود.
LoRa ذاتا این توانایی را دارد که خطای خطی بین فرکانس و زمان را تبعیض قائل شود. LoRa ایده آل ترین مدولاسیون برای برای کاربردهای رادار و مناسب برای بخش های کوچک و بزرگ است.
قابلیت های این مدولاسیون نشان می دهد که بهترین و مناسب ترین برای انتقال داده با حجم کم می باشد با توجه به بهرگیری از SF های مختلف منجر به گسترش طیف و افزایش پوشش شبکه می شود. همچنین گسترش طیف منجر به کم شدن دامنه و انتقال زیر خط نویز شده است. مدولاسیون LoRa با استفاده از کدهای غیر همبسته از امنیت بسیار بالایی بهره می جوید.
