LoRa. Рекорды дальности связи
Многие из нас в какой-то момент за последние несколько лет купили один или два модуля LoRa, чтобы оценить технологию беспроводной сети с низким энергопотреблением, доступную в свободном доступе. Некоторые создали проекты, используя их, в то время как, возможно, у остальных из нас они все еще лежат на наших стендах как напоминание о наполовину завершенных проектах.
Возможно приведенные далее примеры сподвигнут кого-то на разработку устройств дальней связи на основе LoRa, например, для управления БПЛА на большом расстоянии.
2015 год. Применение системы Lora в дешевых трекерах для высокогорных аэростатов Pico. Эти трекеры весят менее 20 г и запускаются с помощью 36-дюймовых воздушных шаров из фольги для вечеринок, наполненные гелием. Для проверки возможностей телеметрии на большие расстояния радиомодулей ISM-диапазона с использованием приемопередатчика Semtechs SX1278 был разработан трекер HAVAXE2. Трекер и батарея примерно на 24 часа работы весили 16 грамм. HABAXE2 был запущен около 09:30 4 января 2015 года с Кэрфилли Коммон, 51.5621 Северной широты 3.2228З ападной долготы. В последний раз о нем слышали на широте 44.1618 северной широты, 4.3205 восточной долготы, недалеко от побережья Средиземного моря на высоте 8032 м, преодолев чуть более 1000 км. Британские условия любительского лицензирования разрешают использование любительских передатчиков в диапазоне 434 МГц без лицензии с мощностью не блоее 10 МВт. Полезная нагрузка аэростатного трекера передавалась в формате FSK RTTY и ее можно засечь на расстоянии сотен километров даже при мощности 10 МВт. Цель HABAXE2 состояла в том, чтобы выяснить, является ли телеметрия данных LoRa жизнеспособной альтернативой и можно ли ее использовать на больших расстояниях для дистанционного управления трекером. Тесты показали, что при скорости 1042 бод устройствам LoRa требуется всего 2 МВт для покрытия зоны прямой видимости в 40 км, поэтому использование LoRa для слежения на больших расстояниях выглядело целесообразным. В другом проекте для телеметрии с RFM22B, используемой для спутника стоимостью 50 долларов, требовалось 100 МВт, чтобы преодолеть то же расстояние. Используя только вертикальную всенаправленную антенну на базовой станции (Diamond X50N) и трекер мощностью 10 mВт с проводом длиной ¼ волны , были получены следующие результаты; в последний раз, когда полезная нагрузка трекера была получена без ошибок, расстояние до аэростата составляло 269 км. На расстоянии 242 км на HABAXE2 была отправлена серия команд, со скоростью 98 бод при различной мощности передатчика вплоть до уровня 3 mВт. Экстраполяция 3 мВт до 10 mВт (ограничение Великобритании) показывает, что связь возможна на расстоянии 611 км, что соответствует радиогоризонту на высоте около 22 км. Для другого теста использовали более высокую скорость передачи данных 13,7 Кбод и мощность передатчика 7 дБм было достигнуто расстояние связи 105 км.
Если ваше развертывание LoRaWAN вышло в эфир, вы получите радиус действия в одну милю с всенаправленными антеннами, если вам повезет. Еще несколько миль можно получить добавив немного высоты.
2017 год. На фестивале альтернативного общества в Нидерландах был запущен воздушный шар с полезной нагрузкой LoRaWAN на борту, который установил новый рекорд дальности связи LoRa. В то время как воздушный шар находился на высоте 38,772 км (около 127204,7 футов) , где-то недалеко от границы между Германией и Нидерландами, он был замечен узлом сети the Things во Вроцлаве, Польша, на расстоянии 702 км, или около 436 миль. The Things — это проект с открытым исходным кодом, ориентированный на сообщество, которое создает всемирную сеть LoRa.
Конечно, рекорд расстояния для воздушного шара у границы космоса может звучать очень круто и все такое, но это не будет иметь большого значения, когда вы боретесь с проблемой получения данных с датчиков в пригороде. Но это действительно интересная демонстрация возможностей LoRaWAN по сравнению с некоторыми другими подобными технологиями. Если передатчик мощностью 25 МВт (14 дБм) может успешно отправлять пакет на такое расстояние, то, возможно, это может быть вашим лучшим выбором в городских джунглях.
2020 год. Воздушный шар был запущен с поля недалеко от Утрехта, Нидерланды, и переместился на восток, в сторону Германии, где он летал большую часть своего времени. Для отслеживания полета воздушного шара использовался TTN Mapper, позволяющий следить за попыткой установить мировой рекорд в прямом эфире. На воздушном шаре было установлено тестовое устройство от Lacuna Space. Для приема и обработки данных использовалась сеть LoRaWAN The Things. Воздушный шар пролетел расстояние около 200 км (125 миль) и имел общее время полета 4 часа 25 минут, прежде чем, по-видимому, лопнул и был подобран сообществом Things в Мюнстере.
Изображение 775 км. Картограф TTN: расстояние, пройденное воздушным шаром в ходе полета
Шлюз, который первым принял пакет данных находился на расстоянии 775 км (476 миль) от Гренобля, Франция. Изображение этого шлюза на карте можно увидеть выше. Предыдущий рекорд принадлежал Университету Сарагосы, который был установлен на 766 км (476 миль) в прошлом году. На высоте 38 км, непосредственно перед тем, как воздушный шар начал снижение, шлюз принял пакет LoRaWAN на поразительном расстоянии 832 км (517 миль).
2021. Европейские исследователи использовали LoRa для отправки сигнала на Луну и обратно на Землю. Авторы эксперимента поставили новый мировой рекорд по дальности связи, установленной при помощи технологии LoRa — сигнал передали на Луну и обратно, в результате чего расстояние составило 730 360 километров. Сообщение передавалось при помощи стандартного чипа LoRa Semtech LR1110 (в любительском диапазоне 430–440 МГц), усиленного до 350 Вт, используя 25-метровую антенну телескопа. Затем, 2,44 секунды спустя, оно было получено тем же чипом. Одно из сообщений даже содержало полный кадр LoRaWAN.
С помощью чипа LR1110 также измерили время прохождения сообщения туда и обратно, а также смещение частоты из-за доплера, вызванного относительным движением Земли и Луны. Исходя из времени полета туда и обратно, рассчитали расстояние до Луны. И расстояние, и смещение частоты очень хорошо соответствовали прогнозируемым значениям, рассчитанным с использованием системы эфемерид горизонтов JPL НАСА.
В дополнение к чипам LoRa исследователи использовали SDR (программно-определяемое радио) для захвата как переданного, так и принятого сигнала для дальнейшего анализа.
График с задержкой доплера принятого сигнала, по сути показывающий радиолокационное изображение Луны, превосходный пример совместной связи и зондирования.
«Мало кто мог вообразить себе, что технологию LoRa можно использовать для доставки данных на Луну и обратно. Мы были очень впечатлены качеством сигнала, а также тем фактом, что он преодолел столь значительное расстояние. LoRa — отличное решение для студентов, которые занимаются проблемами радиосвязи и обработки переданных данных», — заявил Николас Сорнин, соавтор LoRa.
2023 год. Система радиосвязи LoRa достигла нового успеха в дальности связи на Земле в 1336 км или 830 миль.
Рекорд был установлен недалеко от побережья Португалии, откуда маяки LoRa на рыболовецком судне и на буйках смогли проложить путь на испанские Канарские острова.
Проводящая поверхность моря отлично способствует распространению, и, исходя из опыта радиолюбителей, можно предположить, что тропосферные условия, которым способствует летняя погода, также имеют к этому какое-то отношение.
