[LoRa] Testy zasięgu zestawu startowego B-L072Z-LRWAN1 z STM32L072 i SX1276, część 2

W tej części artykułu (część 1 jest dostępna pod adresem) przedstawiamy wyniki praktycznych testów zasięgu, które przeprowadzono w różnych warunkach terenowych i w różnych konfiguracjach pracy transceivera LoRa SX1276.

Najważniejszą cechą modemów LoRa jest duzy zasięg, dlatego w tym rozdziale zostaną przedstawione wyniki testów przeprowadzonych na dwóch zestawach B-072Z-LRWAN1. Wyniki należy traktować poglądowo, z uwagi na to że zasięg jest uzależniony od wielu czynników zewnętrznych, z których najważniejszymi są:

  • konfiguracja modemu,
  • wysokość zamocowania anten,
  • typ anten,
  • rodzaj i ukształtowanie terenu,
  • warunki atmosferyczne.

Testy zostały przeprowadzone dla dwóch konfiguracji przedstawionych w tabeli 3. Pierwsza z nich zapewnia największy zasięg kosztem przepustowości łącza. W drugim przypadku jest odwrotnie – większa przepustowość kosztem zmniejszonego zasięgu. Komentarza wymaga ustawienie zmiany częstotliwości modulującej na 125 kHz. Mimo, że dokumentacja modemu wskazuje na najmniejszą możliwą wartość 7,8 kHz, to dostarczona przez ST biblioteka nie pozwala na ustawienie wartości mniejszej niż 125 kHz.

Tab. 3. Testowane konfiguracje modemu LoRa

Parametr Konfiguracja 1. Konfiguracja 2.
BW (modulation bandwidth) 125 kHz 500 kHz
SF (spread factor) 12 7
CR (code rate) 4/8 4/8

 

Jako miejsce do przeprowadzenia testów wybrane zostały następujące obszary różniące się gęstością zabudowy:

  • warszawska Białołęka (teren rzadko zabudowany z niską zabudową),
  • Zalew Zegrzyński (teren otwarty),
  • Stare Miasto w Warszawie (teren gęsto zabudowany).

We wszystkich przypadkach moduły znajdowały się ok. 1,5 m nad ziemią. Wyniki pomiarów zostały zebrane w tabeli 4, natomiast na rysunkach 6, 7 i 8 zostały pokazane mapy z zaznaczonymi odległościami i punktami, w których znajdowały się moduły. Na ich podstawie można ocenić jakie przeszkody znajdowały się na drodze sygnału radiowego.

Tab. 4. Wyniki uzyskane podczas testów

Miejsce Konfiguracja Odległość RSSI
Białołęka 1 1890 m –120 dBm
2160 m –130 dBm
2 1890 m –120 dBm
2160 m
Zalew Zegrzyński 1 4720 m –127 dBm
8350 m –134 dBm
2 4720 m
8350 m
Stare Miasto w Warszawie 1 408 m –124 dBm
688 m –130 dBm
2 408 m –121 dBm
688 m
Rys. 6. Punkty pomiarowe nad Zalewem Zegrzyńskim (maps.google.pl)
Rys. 7. Punkty pomiarowe na Białołęce (maps.google.pl)
Rys. 8. Punkty pomiarowe na Starym Mieście w Warszawie (maps.google.pl)

Zgodnie z oczekiwaniami, największy zasięg można otrzymać na otwartym terenie z niewielką liczbą przeszkód stojących na drodze sygnału i jest on tym mniejszy im więcej przeszkód znajdujących się pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem.

Wyniki można poprawić umieszczając wyżej anteny lub zmniejszając pasmo modulacji (konieczne jest użycie innej biblioteki do obsługi modemu SX1276 lub napisanie własnego sterownika).

 

Pobór prądu

Drugim istotnym czynnikiem wpływającym na możliwość użycia modemów LoRa w sieciach czujników jest pobór prądu, który bezpośrednio wpływa na czas życia na baterii. Zależy on od konfiguracji modemu i jest różny dla stanów uśpienia, odbioru i transmisji danych. Wartości podane w specyfikacji modemu SX1276 zostały przedstawione w tabeli 5.

Tab. 5. Fragment specyfikacji elektrycznej układu SX1276

Dla konfiguracji użytych w teście, wartości zmierzone dla odbioru i transmisji wynoszą odpowiednio ok. 11 mA i 32 mA. Należy pamiętać, że jest to wyłącznie prąd pobierany przez sam modem LoRa. Aby oszacować czas życia na baterii należy doliczyć jeszcze prąd pobierany przez mikrokontroler STM32L072CZ i inne elementy znajdujące się na płytce.

 

Podsumowanie

Modemy LoRa są dostępne na rynku od niedawna, jednak dzięki możliwości uzyskania dużego zasięgu podczas transmisji danych przy stosunkowo niewielkim poborze prądu zyskują coraz więcej zwolenników. Są one dobrym rozwiązaniem dla rozległych sieci czujników, w których węzły powinny działać nieprzerwanie przez wiele dni dostarczając danych pomiarowych. Przy ich planowaniu należy jednak pamiętać o czynnikach mogących ograniczyć zasięg, dobierając odpowiednią konfigurację modemów, która będzie miała wpływ na przepustowość sieci.

Krzysztof Chojnowski