LoRa (Long Range) è una tecnica di modulazione a spettro espanso proprietaria sviluppata da Semtech, basata sul principio del Chirp Spread Spectrum (CSS). Questa tecnologia è progettata per garantire comunicazioni wireless a lunga distanza con un basso consumo energetico, rendendola ideale per applicazioni in reti LPWAN (Low Power Wide Area Network).
Principi di funzionamento
La modulazione CSS utilizza segnali chiamati chirp, che sono onde sinusoidali la cui frequenza aumenta o diminuisce linearmente nel tempo. In LoRa, ogni simbolo trasmesso è rappresentato da un chirp con una specifica frequenza iniziale. Questa variazione di frequenza consente di codificare le informazioni in modo robusto contro il rumore e le interferenze.
La formula per il tasso di trasmissione dati (bit rate) in LoRa è:
\[ R_b = \frac{SF \times BW}{2^{SF}} \]
Dove:
- Rb è il bit rate in bit al secondo (bps)
- SF è lo Spreading Factor
- BW è la larghezza di banda in Hz
Questa relazione mostra come l’aumento dello Spreading Factor riduca il bit rate, ma aumenti la sensibilità del ricevitore, permettendo comunicazioni su distanze maggiori.
Parametri chiave
- Spreading Factor (SF): Valori tipici da 7 a 12. Un SF più alto aumenta la durata del simbolo, migliorando la sensibilità ma riducendo il throughput
- Larghezza di banda (BW): Valori comuni sono 125 kHz, 250 kHz e 500 kHz. Una BW maggiore consente un tasso di dati più elevato ma può ridurre la sensibilità
- Coding Rate (CR): Determina il livello di correzione degli errori tramite codifica di ridondanza. Valori tipici vanno da 4/5 a 4/8
Vantaggi della modulazione LoRa
- Lunga portata: Grazie alla sua elevata sensibilità, LoRa può raggiungere distanze di diversi chilometri in ambienti rurali e fino a 15 km in condizioni ideali
- Robustezza alle interferenze: La natura del CSS rende LoRa resistente al rumore e alle interferenze, permettendo comunicazioni affidabili anche in ambienti rumorosi
- Basso consumo energetico: Ideale per dispositivi alimentati a batteria, LoRa consente una lunga durata operativa grazie alla sua efficienza energetica
- Capacità di coesistenza: Utilizzando diversi Spreading Factor, più dispositivi possono trasmettere simultaneamente sulla stessa frequenza senza interferenze reciproche
Considerazioni tecniche
La modulazione LoRa è implementata a livello fisico (PHY) e può essere utilizzata con vari protocolli di livello superiore, come LoRaWAN. La sua flessibilità la rende adatta a una vasta gamma di applicazioni IoT, dalla raccolta di dati ambientali alla gestione di infrastrutture urbane.
Per ulteriori dettagli tecnici, è possibile consultare la documentazione ufficiale di Semtech e risorse specializzate nel settore delle comunicazioni wireless.