Поток

Важнейший показатель LPWAN

Новости компании
Важнейшими параметрами LPWAN системы, определяющими дальность ее работы, являются чувствительность и, одновременно, динамический диапазон приемника шлюза, которые характеризуют способность приемника принимать слабые сигналы при наличии реальных шумов в эфире.

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.