LoRa LoRa

Di Link Labs, kami mendengar peningkatan minat untuk melakukan geolokasi "asli" dengan LoRa. Ini berarti menggunakan 3 atau lebih gateway untuk membuat perhitungan perbedaan waktu kedatangan (TDOA) pada sinyal LoRa yang diterima dan menghitung posisinya. Kedengarannya mudah bukan?

Pembaruan: Semtech kini telah mengumumkan kemampuan ini "sekarang tersedia," yang seharusnya terbukti sangat menarik. Lihat siaran pers ini.

Pembaruan #2: Menurut laporan lokalisasi yang dirilis oleh Semtech ini, tingkat kesalahan 10% untuk satu paket menggunakan 11 gateway di lingkungan perkotaan hanya lebih dari 500 meter. Untuk menggambar lingkaran, lokasi Anda akan berada dalam 90% dari waktu, diameternya akan lebih dari 1 km. Untuk memahami alasannya, teruslah membaca.

Ini adalah salah satu masalah tersulit untuk dipecahkan di radio, dan di Link Labs kami memiliki pengalaman luas dalam membangun sistem pelokalan berbasis "domain waktu". Meskipun kami menyadari bahwa orang dan perusahaan sangat antusias dengan prospek lokalisasi LoRa asli, keahlian profesional kami membawa kami pada kesimpulan bahwa lokalisasi yang akurat menggunakan LoRa (atau daya rendah, pita sempit, teknologi RF- Sigfox, dll.) sangat sulit atau mustahil untuk berhasil berkembang menjadi dapat digunakan pendekatan.

Artikel ini akan mencoba untuk tetap tinggi level - silakan lihat daftar bacaan kami di bagian bawah jika Anda ingin mempelajari detail teknis lebih lanjut.

1. Energi Jalur Langsung

Cukup mudah bahwa jika Anda ingin mengukur jarak antara dua titik, Anda harus mengukur jalur langsung, bukan jalur yang berkelok-kelok. Salah satu fitur terbaik LoRa adalah ia bekerja dengan sangat baik di saluran multipath, sehingga Anda dapat dengan mudah menerima sinyal setelah melewati dua dinding, memantul ke lorong, dan naik ke poros elevator. Kami memiliki pelanggan yang menggunakan LoRa Gateway di lantai 4, yang berkomunikasi dengan modul Symphony Link di lantai 44 gedung yang sama. Sinyal tidak menembus pelat beton 40 sepuluh inci. Itu akan keluar jendela, memantul dari gedung di seberang jalan, dan kembali ke dalam. Panjang jalur ini mungkin setidaknya dua kali panjang jalur langsung.

Kemampuan untuk mendeteksi jalur langsung (vs. sinyal multipath) adalah fungsi dari (TIME on AIR) x BANDWIDTH x POWER. Sinyal LoRa memiliki bandwidth dan waktu siaran yang layak, tetapi sinyal tersebut, berdasarkan kasus penggunaannya, dan peraturannya, memiliki daya yang rendah.

Kesimpulan:Kecuali ada garis pandang langsung yang dekat antara pemancar dan penerima, tidak ada energi saluran yang cukup untuk mendeteksi jalur langsung, yang selanjutnya diperumit oleh fakta bahwa "lantai kebisingan korelasi" (waktu terlemah- sinyal berbasis yang dapat dideteksi) ditingkatkan oleh produk bandwidth waktu yang terbatas.

2. Resolusi Korelasi Multipath

Ini adalah masalah yang lebih besar untuk LoRa, tetapi rumit secara matematis. Bacalah kalimat berikut tiga kali, sampai benar-benar meresap:

Ucapkan lagi (x2)…

Biarkan saya memberi Anda contoh berbasis manusia .... Pernahkah Anda mendengar nada yang keras dan mengganggu, seperti alarm? Saya berbicara tentang nada yang berada pada satu frekuensi, seperti nada musik bernada tinggi. Apakah sulit untuk mengetahui dari mana asalnya? Itu karena otak Anda sangat canggih saat menentukan perbedaan waktu kedatangan antara kedua telinga Anda. Begitulah cara Anda mengetahui dari mana suara itu berasal. Dalam kasus nada alarm ini, Anda tidak tahu, karena sinyal tidak memiliki bandwidth yang cukup untuk telinga Anda untuk membuat penentuan TDOA. Ini adalah fokus besar dalam industri alarm sirene dan alarm cadangan truk, saat bel dan alarm broadband diperkenalkan. Jika Anda melihat seseorang mendengar suara seperti itu, mereka akan menggoyangkan kepala mereka ke depan dan ke belakang untuk memanfaatkan teknik lokalisasi "cadangan" yang dimiliki otak kita, menggunakan bentuk telinga kita untuk menemukan arah sinyal terkuat (yaitu Sudut Kedatangan).

Sinyal LoRa standar memiliki bandwidth 125 kHz. Hubungan yang mengatur kemampuan penerima untuk menerima sinyal dengan komponen multipath dan membedakan antara dua panjang jalur yang berbeda adalah c/B. (Kecepatan Cahaya / bandwidth).

c / 125 kHz =2398 m

Jadi….Jika base station LoRa menerima sinyal, yang memiliki komponen jalur langsung (mungkin sulit, lihat #1) dan beberapa sinyal multipath, TIDAK MUNGKIN untuk menentukan perbedaan kecuali jalur tersebut lebih besar dari 2,4 km perbedaan . Sinyal jalur langsung dengan demikian akan "ditarik panjang" dengan adanya setiap dan semua multipath.

Dalam gambar ini Anda dapat melihat penghitungan rentang yang disederhanakan berdasarkan 2 jalur, satu langsung dan satu tercermin. Karena perbedaan antara panjang jalur 1 dan jalur 2 kurang dari 2,4 km, dalam korelasi untuk sinyal 125 kHz, korelasi tidak dapat menyelesaikannya secara terpisah, dan dengan demikian mengelompokkannya bersama-sama. Ini memiliki efek memperkenalkan kesalahan pada penghitungan rentang.

Jika Anda menjalankan kembali contoh ini tetapi menggunakan sinyal dengan bandwidth 10 MHz, Anda sekarang dapat mengatasi perbedaan jalur lebih dari 30m. (c / 10Mhz =30m). Dengan asumsi 1 dan 2 memiliki perbedaan panjang lebih dari 30m, fungsi korelasi sekarang dapat membedakan jalur sebagai diskrit, dan dengan demikian rentang yang dihitung sangat dekat dengan rentang sebenarnya.

Kesimpulan:Untuk mengukur jangkauan radio, Anda memerlukan energi yang cukup di jalur langsung untuk mendeteksinya, dan Anda memerlukan bandwidth yang cukup untuk menentukan sinyal yang dipantulkan dan yang tidak.

Komunitas 3GPP mencoba selama bertahun-tahun untuk melakukan TDOA sinyal GSM, tetapi menyerah karena alasan ini. Pemancar GSM juga memiliki bandwidth hingga 2W dan 200 kHz. Jadi dengan lebih banyak kekuatan dan lebih banyak bandwidth, industri multi-miliar dolar menemukan bahwa mereka tidak cocok untuk fisika. Meskipun ada kemungkinan bahwa komunitas yang menyelidiki TDOA dengan LoRa mungkin memiliki beberapa ide baru, mereka masih berjuang keras.

Bagaimana dengan rata-rata?

Satu-satunya cara agar sinyal rata-rata dari waktu ke waktu sangat membantu adalah jika penerima dan pemancar dapat tetap terkunci dalam fase antara transmisi. Ini membantu meningkatkan energi efektif dalam saluran, dan membantu memecahkan masalah #1. Pemancar LoRa tertidur dan berjalan dengan osilator kasar, jadi rata-rata akan menjadi pengukuran yang sama berulang-ulang.

Bagaimana dengan menggunakan lebih banyak gerbang?

Ini benar-benar akan membantu, karena kemungkinan bahwa beberapa penerima akan memiliki sinyal jalur langsung yang kuat jauh lebih baik. Jika kekuatan sinyal jalur langsung sangat tinggi, sinyal multipath memiliki efek yang dapat diabaikan pada area jangkauan. Inilah sebabnya mengapa akurasi sub-10m dapat dicapai dalam skenario ideal. Masalah dengan satu ton gateway, hanya saja, Anda harus membeli dan menginstal banyak gateway. Pada saat itu, biaya sistem dapat melebihi biaya alternatif, bahkan dengan gateway yang murah.

Mengapa Link Labs menerbitkan ini??

Link Labs, pada dasarnya, adalah perusahaan teknik, dan karena itu kami lebih terdorong untuk memecahkan tantangan teknik daripada membangun sensasi pemasaran. Nilai inti di Link Labs adalah benar-benar transparan dengan pelanggan dan mitra kami dalam hal apa yang mungkin dilakukan dengan sistem kami. Kami percaya bahwa dengan bersikap terbuka dan jujur ​​tentang keterbatasan teknologi apa pun, kami akan melakukan yang lebih baik dalam jangka panjang. Selain itu, kami ditanyai sedikit tentang pelokalan dengan LoRa dan kami sangat yakin bahwa penilaian yang jujur ​​mengenai kelayakan komersialnya diperlukan.

Bagus, tetapi geolokasi masih menjadi aplikasi LoRa yang mematikan.

Kami setuju! Berikut adalah tiga cara untuk menggunakan kekuatan LoRa dan menggabungkannya dengan lokalisasi:

• GPS. Cari tahu posisi menggunakan chip GPS, dan kirimkan kembali melalui LoRa. Mudah. Namun, ini lebih haus daya dan mahal daripada melakukan geolokasi LoRa asli dan hanya berfungsi di luar.
• Kedekatan/suar balik RSSI. Dalam hal ini, titik akhir (seperti pemancar Bluetooth) mengirim pesan ke pembaca tetap yang mengaktifkan LoRa. Pembaca ini kemudian mengirimkan kekuatan sinyal dan waktu kembali ke jaringan LoRa. Lihat www.AirFinder.com untuk contoh yang bagus tentang ini.
• Sinyal pelaporan peluang/PHY. Dalam kasus penggunaan ini, pemancar LoRa dipasangkan dengan sesuatu seperti pemindai stasiun pangkalan WiFi. Titik akhir melaporkan stasiun pangkalan WiFi mana yang dilihatnya dan pada RSSI apa. Kemudian database seperti Skyhook digunakan untuk mencari tahu di mana sebuah node sebenarnya berada.

Ini baru permulaan! Jika Anda ingin bekerja sama dalam pelacakan aset dalam dan luar ruangan menggunakan salah satu teknik ini (atau teknik lain yang belum terpikirkan oleh kami), silakan hubungi kami.

Daftar Bacaan:

Makalah ini membahas poin-poin di atas (dan banyak lagi). Secara khusus membahas tentang tantangan melakukan TDOA dengan GSM pada 200 kHz.

Makalah ini melakukan pekerjaan yang baik dalam menata seluruh ruang dengan hati-hati.

Makalah ini lebih fokus pada sistem ultra-wideband, tetapi memberikan beberapa latar belakang matematika yang baik.