В рекламных проспектах производителей LPWAN систем часто обозначают как главное преимущество и основной аргумент большой дальности работы - беспредельно высокую чувствительность. Все ведущие производители LPWAN заявляют в первую очередь о высокой чувствительности приемника: LoRaWAN-137 dBm, а Waviot декларирует максимально достигаемую чувствительность приемника -148 dBm! Чаще всего это правда, но это значения, полученные на лабораторном столе, а испытания в реальных условиях вносят существенные корректировки.
В реальном радио-спектре часто наблюдаются большие внешние помехи. Помехи заметнее в пределах больших городов, особенно в безлицензионном диапазоне частот. На этих частотах работают брелоки автомобильных сигнализаций, кнопки открытия шлагбаумов, радионяни, модемы и множество других устройств и систем. На приемники LPWAN шлюзов также сильно влияют и другие расположенные рядом мощные внеполосные источники радиоизлучения – базовые станции сотовых операторов, радиорелейные станции и радиомодемы.
То, что идеально работает на столе, часто ведет себя совсем не так в реальных условиях. Тут на первое место начинает выходить другой важнейший параметр – динамический диапазон приемника шлюза.
Проще всего это проиллюстрировать следующим простым примером. Если в одном канале работают два передатчика одновременно, то слабый сигнал может быть подавлен более сильным.
Например, LoRaWAN приемник демодулирует сигналы с уровнем до 20 дб ниже уровня шума, но, если в 50 метрах от шлюза в прямой видимости будет работать какой-либо передатчик, то принять в этом же канале передатчик с такой же мощностью мы сможем на дальности уже не более 500 метров! Даже если эти передатчики LoRaWAN с разными спред факторами. То есть несмотря на возможность работы под шумами и ортогональностью сигналов LoRa с разными спред факторами, одновременная работа других датчиков в канале сильно ограничивает дальность работы системы в целом.
Немного лучше обстоит дело в случае UNB систем, таких как Sigfox, Стриж или Вавиот. Они декларируют возможность одновременного декодирования множества сигналов в полосе приема, но такая возможность определяется динамическим диапазоном UNB приемника по интермодуляции. Передатчик с мощностью 25 мВт, расположенный в 50 метрах в прямой видимости шлюза с коэффициентом усиления приемной антенны 6 db обеспечит уровень принимаемого на шлюзе сигнала около минус 45 dbm. Если значение динамического диапазона приемника равно 70 db, то одновременный прием слабого сигнала в канале будет ограничен уровнем минус 115 dbm. Это значительно меньше заявляемых минус 140÷148 dbm. Увеличение динамического диапазона UNB приемника достаточно технически сложная задача, обычно приводящая к его сильному удорожанию.
Эффекты, приведенные в данных примерах, могут быть незаметны при тестировании систем с малым количеством датчиков, но начнут себя явно проявлять в высоко нагруженных системах, когда дальность работы системы будет сильно уменьшаться при росте количества датчиков в системе. При 10 датчиках все работает прекрасно, а уже при 200 начинаются пропуски информации. Увеличение пропускной способности LoRaWAN за счет уменьшения спред фактора будет приводить к тому же эффекту.
Получается, что большая дальность работы LPWAN систем в реальных условиях обеспечивается не только высокой чувствительностью приемника, но и, одновременно, высоким динамическим диапазоном приемного тракта.
GoodWAN имеет большой опыт в области профессиональных радиосистем, в том числе UNB приемников. В своем шлюзе мы используем специально разработанный приемник с профессиональными характеристиками и относительно не высокой стоимостью. В базовой модели динамический диапазон приемника превышает 110 db. Шлюз может принимать более 800 000 сообщений в сутки на максимальной дальности. Это в разы превосходит пропускную способность шлюза LoRaWAN на максимальной дистанции при SF=12. Шлюз построен по принципу "включил и забыл". После включения питания он сам настраивается и не требует дополнительного ПО для управления, а также не нуждается в конфигурировании и профилактическом обслуживании.