Wat zijn de frequentiebanden voor LoRaWAN?

LoRaWAN en LoRa zijn populair als Breedbandnetwerk met laag stroomverbruik (LPWAN)-oplossingen voor het realiseren van Internet-of-Things (IoT)-toepassingen. Ondanks de wereldwijde erkenning zien we echter verschillende frequentiebanden. In dit artikel onderzoeken we de drijvende kracht achter een dergelijke scheiding en de noodzaak van een dergelijke scheiding in frequentiebanden. Tot slot bespreken we enkele van deze frequentiebanden die in verschillende regio's worden gebruikt. 

LoRa Alliantie en standaard 

Zoals we allemaal weten, LoRa is een populair radiomodulatieschema dat veel wordt gebruikt voor LPWAN IoT-toepassingen. In eerdere artikelen hebben we verschillende aspecten van LoRa- en LoRaWAN-netwerken besproken. Om te summarize, LoRa en LoRaWAN-netwerken worden veel gebruikt vanwege hun lange werkingsbereik en laag energieverbruik apparaten.  

LoRa en LoRaWAN worden overzien en gereguleerd door LoRa Alliance and Standards, die wereldwijd meer dan 500 coöperaties en vele netwerkproviders telt. Semtech was een van de oprichters van de LoRa Alliance, die verantwoordelijk is voor de introductie van de LoRa-radiomodulatie. Deze werd in 2015 opgericht om LoRaWAN-gebaseerde toepassingen voor massaal IoT en Machine-to-machine (M2M) toepassingen. De visie van de LoRa Alliance is om duurzaam IoT mogelijk te maken om de efficiëntie te maximaliseren en haar missie is om massaal IoT te bereiken door de wereldwijde adoptie van LoRaWAN-technologie. Naast standaardisatie is LoRa Alliance ook verantwoordelijk voor het promoten van op LoRa gebaseerde massieve IoT-toepassingen en voor het houden van webinars en videoconferenties. Deze informatie is toegankelijk via https://lora-alliance.org/about-lora-alliance/# . 

Maar ondanks de wereldwijde eenwording door allianties zoals LoRa Alliance, hebben verschillende regio's verschillende bedrijfsfrequenties voor LoRa en LoRaWAN-toepassingen. De belangrijkste drijfveer voor dit verschil is uitsluitend een voorkeur van de netwerkoperators in de regio op basis van beschikbaarheid en om te voldoen aan wettelijke vereisten. 

Frequentiespectrum zonder vergunning voor LoRaWAN-modulatie 

Het gebruik van gelicentieerde of ongelicentieerde kanalen is een van de meest cruciale factoren om rekening mee te houden bij het ontwerpen van een privé draadloos netwerk. De meeste vroege draadloze IoT-netwerken zoals cellulaire netwerken werken op het gelicentieerde spectrum. Het gebruik van gelicentieerd spectrum vereist extra licentiekosten en biedt beperkte flexibiliteit over het spectrum voor de gebruiker. Daarom maken de meeste IoT-gebruiksgevallen gebruik van het vergunningsvrije frequentiespectrum. Niet-gelicentieerd spectrum in de 2.4 GHz en 5 GHz banden worden gebruikt door Wi-Fi en Bluetooth. Het bereik van de gateways is slechts enkele meters en deze frequenties zijn zo overbelast dat ze grote betrouwbaarheidsproblemen veroorzaken. 

Om onnodige beperkingen door interferentie en ruis in de 2,4 GHz en 5 GHz banden te overwinnen, gebruikt LoRaWAN niet-gelicentieerde sub-gigahertz radiofrequentiebanden zoals 169 MHz, 433 MHz, 868 MHz (Europa) en 915 MHz (Noord-Amerika). Deze laagfrequente banden ondersteunen lage datasnelheden tussen 0,3 en 50 kbps. Het gebruik van sub-gigahertz vergemakkelijkt de verbinding van verafgelegen apparatuur tot een bereik van 10 km (6 mijl). Dit gebruik van sub-gigahertz-frequentiespectrum zonder licentie maakt goedkope LoRaWAN-implementaties mogelijk. 

Waarom verschillende frequentiebanden voor verschillende regio's? 

Hoewel niet alle kanaalbreedtes in elke regio worden ondersteund, wordt LoRaWAN vaak onderverdeeld in kanaalbreedtes van 125, 250 of 500 kHz, afhankelijk van de verschillende regio's. De belangrijkste reden voor deze onderverdeling is de regelgeving die afhankelijk van de verschillende regio's moet worden nageleefd. De belangrijkste reden voor deze opsplitsing zijn de wettelijke vereisten die afhankelijk van de verschillende regio's moeten worden nageleefd. 

Deze verschillende frequentietoewijzing wordt beschreven in de LoRaWAN-regioparameters RP2-1.0.3 die in mei 2021 zijn uitgebracht. Ondanks het gebruik van verschillende werkfrequenties zijn de LoRaWAN-protocolspecificaties voor alle regio's echter intact. Meer over deze verschillende frequentiebanden in de volgende sectie. 

LoRaWAN-frequentiebanden in verschillende regio's 

Nu zullen we de verschillende frequentietoewijzingen voor LoRaWAN-toepassingen in verschillende regio's bespreken. Hieronder volgt een regionale summary voor de toewijzing. 

*EIRP: Effectief Isotroop Nominaal Vermogen 

Laten we enkele van de belangrijkste regionale parameters uit bovenstaande summary onderzoeken. 

1. EU863-870 Band 

Dit wordt toegepast op de regio's die worden gedefinieerd door de ETSI-norm [EN300.220], die in alle Europese landen wordt gebruikt, inclusief landen buiten Europa zoals Bahrein. Bovendien gebruiken landen zoals Albanië een iets ander frequentiebereik (863-873 MHz).  

In de band EU863-870 zijn er 16 kanalen met 3 standaardkanalen en 5 optionele kanalen gedefinieerd door CFlist. In deze frequentieband zijn de volgende drie standaardkanalen verplicht omdat ze door eindapparaten worden gebruikt om het join-request bericht uit te zenden: 

• 868,10 MHz kanaal 
• 868,30 MHz kanaal 
• 868,50 MHz kanaal 

Gezien de gegevenssnelheid die door de EU863-870-band wordt ondersteund, moeten alle eindapparaten de volgende gegevenssnelheidsopties in het netwerk ondersteunen. 

• DR0 - DR5: Dit is de minimale datasnelheid die wordt ondersteund om de LoRaWAN-certificering te verkrijgen. 
• DR0 - DR7 
• DR0 - DR11: Alle gegevenssnelheden worden geïmplementeerd in het eindapparaat. 

Afhankelijk van deze gegevenssnelheid is er een maximale grootte voor de payload van de toepassing voor verschillende gegevenssnelheden. Deze worden als volgt opgesomd: 

2. US902-928 Industriële, wetenschappelijke en medische (ISM) band 

Dit wordt toegepast op regio's in de VS, Canada en alle andere landen die de 902-928 gebruiken. ISM-band. 

Er zijn 64 upstream kanalen met een bandbreedte van 125 kHz en 8 upstream kanalen met een bandbreedte van 500 kHz. Er zijn ook 8 downstreamkanalen met een bandbreedte van 500 kHz. Net als in de EU863-870-band zijn er verplichte kanaalfrequenties die worden gebruikt voor toetredingsverzoeken. Deze zijn: 

• Stroomopwaarts: 64 kanalen - 902,3-914,99 MHz in stappen van 200 kHz 
• Stroomopwaarts: 8 kanalen - 903.0-914.2 MHz in stappen van 1.6 MHz 
• Downstream: 8 kanalen - 923,3-927,5 MHz in stappen van 600 kHz 

De ondersteunde opties voor gegevenssnelheden in deze band zijn: 

• DR0 - DR4 en DR8 - DR13: Dit is de minimale gegevenssnelheidsreeks die vereist is voor het verkrijgen van LoRaWAN-certificering. 
• DR0 - DR13: Alle gegevenssnelheden worden geïmplementeerd in het eindapparaat. 

Er zijn ondersteunde maximale payloadgroottes afhankelijk van de datasnelheid, wat maximaal 242 bytes zou zijn voor DR15. 

Nu we het hebben gehad over twee belangrijke frequentiebanden die in verschillende regio's worden gebruikt voor LoRaWAN, is het de moeite waard om te vermelden dat er enkele standaardinstellingen zijn voor alle regio's. De RX1 vertraging voor alle banden is 1s en voor RX2 vertraging is het 2s. De join accept 1 vertraging is 5s en de join accept 2 vertraging is 6s. Meer informatie over de verschillende banden is beschikbaar via https://lora-alliance.org/resource_hub/lorawan-regional-parameters-v1-1ra/ . 

Conclusie 

In dit artikel hebben we kort de noodzaak van verschillende frequentiebanden voor LoRaWAN besproken en waarom specifiek vergunningsvrij frequentiespectrum wordt gebruikt voor LoRaWAN. Concluderend kunnen we zeggen dat, hoewel verschillende frequentiebanden worden gebruikt in verschillende regio's, afhankelijk van beschikbaarheid en regelgeving, LoRaWAN wereldwijd is erkend als een goede kandidaat om LPWAN-netwerken te realiseren.