¿Cuáles son las bandas de frecuencia de LoRaWAN?

LoRaWAN y LoRa son populares como Red de área extensa de bajo consumo (LPWAN) para realizar aplicaciones de Internet de las Cosas (IoT). Sin embargo, a pesar de su reconocimiento mundial, vemos diferentes bandas de frecuencia de funcionamiento. En este artículo, investigaremos la fuerza impulsora de dicha separación y la necesidad de la misma en las bandas de frecuencia. Para concluir, analizaremos algunas de estas bandas de frecuencia operadas en diferentes regiones. 

Alianza y norma LoRa 

Como todos sabemos, LoRa es un popular esquema de modulación de radio que se utiliza ampliamente para aplicaciones IoT LPWAN. En artículos anteriores hemos tratado diferentes aspectos de las redes LoRa y LoRaWAN. Para summarizar, las redes LoRa y LoRaWAN se emplean ampliamente debido a su largo alcance de operación y dispositivos de bajo consumo de energía.  

LoRa y LoRaWAN están supervisados y regulados por LoRa Alliance and Standards, que cuenta con más de 500 cooperantes y numerosos proveedores de redes en todo el mundo. Semtech fue una empresa fundadora de la LoRa Alliance, responsable de introducir la modulación de radio LoRa. Esta se creó en 2015 para potenciar las aplicaciones basadas en LoRaWAN para IoT masivo y Machine-to-machine (M2M). La visión de LoRa Alliance es potenciar el IoT sostenible para maximizar la eficiencia y su misión es lograr el IoT masivo mediante la adopción global de la tecnología LoRaWAN. Además de la normalización, LoRa Alliance también se encarga de promover las aplicaciones IoT masivas basadas en LoRa y de celebrar seminarios web y videoconferencias. Se puede acceder a esta información a través de https://lora-alliance.org/about-lora-alliance/# . 

Sin embargo, a pesar de la unificación mundial a través de alianzas como LoRa Alliance, las distintas regiones tienen frecuencias operativas diferentes para las aplicaciones LoRa y LoRaWAN. El principal motivo de esta diferencia es únicamente una preferencia de los operadores de red de la región basada en la disponibilidad y en el cumplimiento de los requisitos normativos. 

Espectro de frecuencias sin licencia de la modulación LoRaWAN 

El uso de canales con o sin licencia es uno de los factores más importantes a la hora de diseñar una red inalámbrica privada. La mayoría de las primeras redes de communicación inalámbrica IoT, como las redes celulares, operan en el espectro con licencia. El uso del espectro bajo licencia requiere un coste adicional de licencia y tiene una flexibilidad limitada sobre el espectro para el usuario. Por lo tanto, la mayoría de los casos de uso de IoT dependen del espectro de frecuencias sin licencia. El espectro sin licencia en el 2,4 bandas GHz y 5 bandas GHz son las que utilizan Wi-Fi y Bluetooth. El alcance de las pasarelas es de solo unos metros, y esas frecuencias están tan congestionadas que causan grandes problemas de fiabilidad. 

Para superar las limitaciones innecesarias debidas a interferencias y ruidos en las bandas de 2,4 GHz y 5 GHz, LoRaWAN utiliza bandas de radiofrecuencia de subgigahercios sin licencia como 169 MHz, 433 MHz, 868 MHz (Europa) y 915 MHz (Norteamérica). Estas bandas de baja frecuencia admiten velocidades de datos bajas, entre 0,3 y 50 kbps. El uso de subgigahercios facilita la conexión de equipos distantes hasta un alcance de 10 km (6 millas). Este uso del espectro de frecuencias de subgigahercios sin licencia permite despliegues LoRaWAN de bajo coste. 

¿Por qué diferentes bandas de frecuencia para diferentes regiones? 

Aunque no todas las anchuras de canal son compatibles en todas las regiones, LoRaWAN suele dividirse en anchuras de canal de 125, 250 o 500 kHz en función de las distintas regiones. El principal motivo de esta separación son los requisitos normativos que deben cumplirse en función de la región. 

Esta diferente asignación de frecuencias se describe en los Parámetros Regionales LoRaWAN RP2-1.0.3 que se publicaron en mayo de 2021. Sin embargo, a pesar del uso de diferentes frecuencias de funcionamiento, las especificaciones del protocolo LoRaWAN para todas las regiones están intactas. Más información sobre estas diferentes bandas de frecuencia en la siguiente sección. 

Bandas de frecuencia LoRaWAN en diferentes regiones 

Ahora hablaremos de las diferentes asignaciones de frecuencias para aplicaciones LoRaWAN en diferentes regiones. A continuación se presenta un summario regional para la asignación. 

*EIRP: Potencia nominal isotrópica efectiva 

Investiguemos algunos de los principales parámetros regionales a partir del summario anterior. 

1. Banda EU863-870 

Esto se aplica a las regiones definidas por la norma ETSI [EN300.220], que se utiliza en todos los países europeos, incluidos países fuera de Europa como Bahréin. Además, países como Albania utilizan ligeramente una gama de frecuencias diferente (863-873 MHz).  

En la banda EU863-870 hay 16 canales con 3 canales por defecto y 5 canales opcionales definidos por CFlist. En esta banda de frecuencias, los tres canales predeterminados siguientes son obligatorios, ya que los utilizan los dispositivos finales para transmitir el mensaje de solicitud de conexión: 

• 868,10 Canal MHz 
• 868,30 Canal MHz 
• 868,50 Canal MHz 

Teniendo en cuenta la velocidad de datos soportada por la banda EU863-870, todos los dispositivos finales deben soportar las siguientes opciones de velocidad de datos en la red. 

• DR0 - DR5: Esta es la velocidad de datos mínima admitida para obtener la certificación LoRaWAN. 
• DR0 - DR7 
• DR0 - DR11: Todas las velocidades de datos están implementadas en el dispositivo final 

En función de esta velocidad de transmisión de datos, existe un tamaño máximo de carga útil de aplicación para diferentes velocidades de transmisión de datos. Se indican a continuación: 

2. US902-928 Banda Industrial, Científica y Médica (ISM) 

Esto se aplica a las regiones de EE.UU., Canadá y todos los demás países que utilizan el 902-928 Banda ISM. 

Hay 64 canales ascendentes con un ancho de banda de 125 kHz y 8 canales ascendentes con un ancho de banda de 500 kHz. También hay 8 canales descendentes con un ancho de banda de 500 kHz. Al igual que en la banda EU863-870, hay frecuencias de canal obligatorias que se utilizan para la solicitud de unión. Éstas son: 

• Subida: 64 canales - 902,3-914,99 MHz en incrementos de 200 kHz 
• Subida: 8 canales - 903,0-914,2 MHz en incrementos de 1,6 MHz 
• Bajada: 8 canales - 923,3-927,5 MHz en incrementos de 600 kHz 

Las opciones de velocidad de datos admitidas en esta banda son: 

• DR0 - DR4 y DR8 - DR13: Este es el conjunto mínimo de velocidades de datos necesario para obtener la certificación LoRaWAN. 
• DR0 - DR13: Todas las velocidades de datos están implementadas en el dispositivo final 

Se admiten tamaños máximos de carga útil en función de la velocidad de transmisión de datos, que serían de hasta 242 bytes para DR15. 

Ahora, ya que hemos hablado de las dos bandas de frecuencia principales utilizadas en diferentes regiones para LoRaWAN, vale la pena decir que hay algunos ajustes por defecto para todas las regiones. El retardo de RX1 para todas las bandas es de 1s y para RX2 es de 2s. Además, el retardo de join accept 1 es de 5s mientras que el de join accept 2 es de 6s. Más información sobre las diferentes bandas en https://lora-alliance.org/resource_hub/lorawan-regional-parameters-v1-1ra/ . 

Conclusión 

En este artículo, hemos tratado brevemente la necesidad de diferentes bandas de frecuencia para LoRaWAN y por qué se utiliza específicamente el espectro de frecuencias sin licencia para LoRaWAN. En consecuencia, como conclusión, podemos decir que aunque en diferentes regiones se utilizan diferentes bandas de frecuencia, dependiendo de la disponibilidad y la normativa, LoRaWAN ha sido reconocida mundialmente como una buena candidata para realizar redes LPWAN.