Spécifications de l'interface radio LoRa
Les données qui suivent permettent de configurer une transmission LoRa.
Vous pouvez vous y référer au moment de programmer un End-device ou une application LoRa.
Texte légal : Bande de fréquence : 868 MHz
En Europe, l'interface radio LoRa utilise la bande de fréquence ISM (Industrielle, Scientifique et Médicale) dite Sub-GHz des 868 MHz
(alors qu'aux Etats-Unis on utilise la bande des 915 MHz).
C'est une bande de fréquence libre utilisable gratuitement (avec néanmoins des contraintes techniques d'encombrement en durée et en fréquences).
Texte légal : Largeur de bande BW : 125 kHz ou 250 kHz
La variation de fréquence d'un chirp (fmax-fmin), que nous avons notée 2ΔF, se note en anglais BW pour BandWidth, soit largeur de bande ou encombrement spectral en français.
La norme prévoit 3 valeurs de BW possibles : 125 kHz, 250 kHz et 500 kHz. En Europe, seules les largeurs de bande 125 kHz et 250 kHz sont utilisées.
Définition : Facteur d'étalement SF : 7 à 12
Le facteur d'étalement, noté SF pour Spreading Factor est défini de façon logarithmique à partir du rapport entre la durée Ts de transmission d'un symbole, et la largeur de bande BW.
Selon la norme, le facteur d'étalement SF peut prendre les 6 valeurs entières distinctes 7 à 12.
Le facteur d'étalement SF correspond également au nombre de bits transmis pendant la durée Ts.
Définition : Taux de codage CR : 4/5, 4/6, 4/7, 4/8
Des bits de code de correction d'erreur sont ajoutés au message m(t) à transmettre.
Il est possible de sélectionner 4 valeurs de CR distinctes : 4/5, 4/6, 4/7 et 4/8.
Ainsi, pour un taux de codage de 4/7, on introduit 7-4 = 3 bits redondants tous les 4 bits d'information utiles. Plus la valeur de CR est élevée, plus la communication est considérée comme robuste (mais plus le débit binaire utile diminue).
Définition : Débit binaire Rb
La valeur du débit de transmission binaire, noté Rb (bit Rate en anglais) et exprimée en bits/s, est
donnée par l'expression :
Définition : Vitesse de modulation Rs
Puisque le facteur d'étalement SF est égal au nombre de bits par symbole, on peut déduire de la relation précédente, la valeur de la vitesse de modulation notée Rs (symbol Rate) et exprimée en Bauds :
Fondamental : Paramétrage BW, SF et CR
Les paramètres BW, SF et CR sont programmables, au niveau du module LoRa,
et compte tenu des valeurs autorisées par la norme en Europe,
on obtient 28 valeurs de débit de transmission utile, comprises entre 180 bits/s et 11 kbits/s :
Portée de la transmission
Le constructeur Semtech précise qu'à puissance d'émission constante, la portée du signal modulé est d'autant plus importante que le facteur d'étalement est élevé.
Pour un taux de codage CR de 4/5, le diagramme suivant permet de caractériser l'impact du facteur d'étalement SF sur le débit utile de transmission Rb ainsi que sur la portée de la transmission.
Consommation énergétique
Comme indiqué précédemment, c'est lorsque le module LoRa transmet (ou reçoit) une donnée qu'il consomme le plus d'énergie.
Pour réduire sa consommation énergétique, il faut donc faire en sorte de réduire au maximum la durée de transmission, c'est-à-dire transmettre avec un débit de transmission Rb le plus élevé possible.
Conseil : Compromis
On retiendra que le choix fait par le programmeur des 3 paramètres SF, BW et CR de la modulation LoRa est forcément le résultat d'un compromis :
plus le facteur d'étalement SF est élevé et plus le débit de transmission Rb est faible ;
plus la largeur de bande BW est élevée et plus le débit de transmission Rb est élevé ;
plus le taux de codage CR est faible, plus la transmission est robuste et plus le débit de transmission Rb est faible ;
plus le débit de transmission Rb est élevé et plus la portée de la transmission est faible ;
plus le débit de transmission Rb est élevé et plus la consommation énergétique est faible.
Ce compromis peut être résumé dans le diagramme suivant :
Remarque :
L'appellation LoRa pour Long Range prend ici tout son sens, puisque la portée de la transmission, en environnement dégagé (LOS en anglais pour Line Of Sight) peut aller jusqu'à 14 km !