Модули с поддержкой технологии LoRa

Основное требование, предъявляемое к беспроводным каналам передачи данных, - это надежность передачи  приема данных в любых условиях распространения сигнала. При этом, большое значение имеет дальность передачи радиосигнала.

Бюджет канала связи характеризуется чувствительностью приемника и выходной мощностью передатчика. Поскольку мощность лимитирована стандартами связи, то мощность передачи данных повышать нельзя. Очевидно, что путем увеличения дальности связи является повышение чувствительности приемника. Недорогие кварцевые резонаторы с нестабильностью частоты 20ppm ограничивают чувствительность и скорость передачи типовых систем с несущей частотой 868 МГц на уровне -112дБм и 20кбит/с. Лучшие показатели чувствительности могут быть достигнуты при использовании термостабилизированных кварцевых генераторов, имеющих улучшенные характеристики, но при этом и высокую стоимость.

Технология беспроводной передачи данных - LoRa

Для увеличения дальности канала связи и снижения общей стоимости конечного изделия на рынок вышли модули с поддержкой технологии LoRa Alliance®. LoRa^ТМ – специальная технология, разработанная компанией Semtech, которая объединяет в себе запатентованный метод модуляции LoRa (усовершенствованный метод широкополосной модуляции DSSS) и традиционную гауссовскую модуляцию.

LoRa^ТМ – схема модуляции с расширением спектра, в которой данные кодируются широкополосными импульсами с частотой, увеличивающейся и уменьшающейся на временном интервале. Применение такого метода имеет следующие преимущества: значительно повышается чувствительность приемника (до -148дБм) и снижается критичность к расстройке по частоте между приемником и передатчиком. Помимо улучшенной чувствительности, модули с поддержкой технологии LoRa^TM отличаются низким потреблением в режиме приема, повышенной помехозащищенностью и селективностью. Они обеспечивают стабильную работу независимо от погрешности кварцевого генератора. Использование модуляции LoRa позволяет успешно обнаруживать и принимать полезные сигналы с уровнем -25дБ от шумового порога.

В линейке модулей HOPERF с поддержкой LoRa пока есть следующие варианты:

• приемопередатчики RFM95W и RFM96W,
• приемопередатчик со встроенным микроконтроллером HM-TRLR

Модули RFM95W и RFM96W представляет собой приемопередатчик с поддержкой технологии LoRa^ТМ. Модули идентичны по размерам и расположению контактов. Поэтому переход от одного к другому не представляет сложности. Чувствительность модулей достигает -148dBm, что обеспечивает высокую дальность передачи данных. Модули отличаются друг от друга поддерживаемыми частотами: RFM95W работает на частоте 868 МГц, а RFM96W – на 433 МГц.

Рис. 1. Внешний вид и расположение выводов RFM96W

Работа с модулями осуществляется по интерфейсу SPI. Объем буфера FIFO составляет 64 байта. Модули имеют идентичную систему регистров для настройки работы. Модули могут работать в режимах LoRa, FSK или ООК модуляции.

Схема работы модулей RFM9xW представлена на рис.2. Переключение между режимами FSK/OOK и LoRa осуществляется с помощью регистра RegOpMode. Перестройка может происходить «на лету» (в рабочем режиме ожидания), что позволяет использовать FSK или ООК и LoRa в зависимости от необходимости. Как видно, для работы с LoRa и FSK/OOK модуляцией есть свои отдельные конфигурационные регистры и буферы FIFO, доступ к которым идет через SPI.

Чтобы оптимизировать работу модуля необходимо настроить 3 параметра: коэффициент расширения, полосу модуляции и кодирование ошибки. Эти параметры позволяют найти оптимальное сочетание между бюджетом канала связи, устойчивостью к помехам и скоростью передачи данных.

Рис. 2. Упрощенная схема передачи данных

Модуль HM-TRLR-S отличается от RFM9xW. Внешний вид и расположение выводов показаны на рисунке 3. На борту модуля есть микроконтроллер, что упрощает работу с модулем. «Общение» с модулем осуществляется по UATR’у, а не по SPI, как в серии RFM9xW. Управление этим HM-TRLR-S при помощи АТ команд, а не через настройку регистров, что гораздо удобнее для разработчика.

Рис. 3. Внешний вид и расположение выводов HM-TRLR-S