BTM|LoRaWan Glossar

Long Raneg Wireless Local Area Network – Begriffe

QUELLE: Smart Makers 2017

LoRaWAN-Netzwerktechnologie

Der wesentliche Vorteil der LoRaWAN-Netzwerktechnologie liegt in den großen Reichweiten in Gebäuden und im Freiland und im geringen Energiebedarf und damit den geringen Installationskosten und dem niedrigen Wartungsaufwand.

Reichweiten in der Praxis

Die Reichweiten zwischen Sender (Gateway) und Empfänger (IoT/LoRa-Device) betragen je nach Umgebung und Bebauung zwischen 2 und 15 km und innerhalb von Gebäuden abhängig von der strukturellen Dämpfung zwischen 100 und 500 m.

Innerstädtisch erzielen man auf Erdgeschoss-Niveau Reichweiten bis zu 4,5 km. Auf Untergeschoss-Niveau kann man Reichweiten bis zu 1,5 km erreichen. Überland können Reichweiten von bis zu 15 km und mehr erreicht werden.

Relevante Parameter für die Reichweite sind die Standorte der Gateways (speziell die Höhe), Sichtlinie zwischen Sender und Empfänger, Reflektion und Refraktion, Datenmenge, Qualität der Hardware bei Sender und Empfänger, Jahreszeiten und saisonale Einflüsse, Wetter uvm.

LoRaWAN-Reichweite

Folgende Aspekte sollten bei der Installation von LoRaWAN-Netzen und LoRa-Devices berücksichtigt werden:

  1. Standort des Gateways: Stellen Sie optische Sichtbarkeit zwischen dem Gateway (Tx-Antennen) und den LoRa-Devises (Rx-Antennen) her. Erhöhen Sie die Höhe der Antennen, um eine optische Sichtbarkeit zwischen den Antennen zu erreichen.
  2. Wahl der Antenne: Verwenden Sie nur LoRa-Antennen die eine Blasenförmiges Signal ausstrahlen. Vermeiden Sie Hindernisse in der unmittelbaren Nähe der Antenne. Außerdem sollten diese immer besser an einem Mast als an der Seite des Gebäudes angebracht werden.
  3. Wahl des Verbindungsmaterials: Verwenden Sie Qualitäts-Stecker (N-Stecker) und Kabel (LMR 400 oder gleichwertig, mit einem Verlust von weniger als 1,5 dB pro 100 m). Um den Verlust im Verbindungsmaterial zu reduzieren, gilt es auch die Länge der Verbindung zwischen Gateway und Netzanschluss so gering wie möglich zu halten.
  4. Installation in der Nähe andere Funkanlagen: Vermeiden Sie starke Störeinflüsse, beispielsweise von umliegenden GSM- oder UMTS-Stationen (Begriff “co-localization”).

Einflussfaktoren auf die Reichweite von LoRaWAN-Netzwerken

  1. Das Link-Budget gibt die maximale Reichweite eines LoRaWAN-Netzwerks an.
  2. Die Freiraumdämpfung beeinträchtigt die Reichweite. Durch die Verdopplung der Entfernung nimmt die Freiraumdämpfung um 6 dB zu.
  3. Reflektionen und Brechungen der Funkwellen an Hindernissen und Boden beeinflussen Signalpegel und Reichweite. Im LoRaWAN-Netzwerk befindet sich eine Seite der Funkverbindung in der Regel in Bodennähe.
  4. Hindernisse in der ersten Fresnelzone beeinflussen den Signalpegel auf der Rx-Seite und verkürzen die Reichweite.
  5. Der Spreading Faktor (SF) und somit die Reichweite eines Senders hängen von den Ausbreitungsbedingungen ab. LoRaWAN erlaubt mittels ADR ein automatisches wahl des optimalen SF und regelt damit die Reichweiten der Sender.
  6. Die Rx-Empfindlichkeit hängt von Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), Rauschfaktor (NF) und Bandbreite (BW) ab.

Die wichtigsten LoRaWAN-Begriffe

Link-Budget

Das Link-Budget, (oder die sog. Leistungsübertragungsbilanz) gibt die Qualität eines Funk-Übertragungskanals an.

Berechnung: Link Budget= Sendeleistung (Transmitter Power, Tx) + Empfängerempfindlichkeit (Receiver Power, Rx) + Antennengewinns – Freiraumdämpfung (Free Space Path Loss, FSPL)

Mit dem für LoRaWAN spezifischen Link-Budget von 150 dB lässt sich unter optimalen Bedingungen (reine Freiraumdämpfung) eine Distanz von bis zu 800 km überwinden.

Freiraumdämpfung

Die Freiraumdämpfung ist die LoRa-Signaldämpfung in Abhängigkeit von der Entferung zwischen Gateway und LoRa-Device. Durch die Verdopplung der Entfernung nimmt die Freiraumdämpfung für LoRaWAN um 6 dB.

Strukturelle Dämpfung

Die strukturelle Dämpfung von LoRaWAN entsteht bei der Durchdringung von Materialien und Verkürzt die Reichweite in Gebäuden.

Spreading Factor (SF)

Ein LoRaWAN-Netzwerk verwendet Spreading Factors (SF, Spreizfaktoren) zur spezifischen Einstellung der Datenübertragungsrate gegenüber der Reichweite. In LoRaWAN-Netzwerken werden SF7 bis SF12 verwendet.

Je geringer die Bitrate, desto höher die Energie pro Datensatz und damit die Reichweite. SF7 ist zum Beispiel hinsichtlich der Bitraten 4-mal schneller als SF9.

Adaptive Data Rate (ADR).

LoRaWAN unterstützt eine automatische Anpassung der SF-Faktoren in Abhängigkeit der Netzwerkkonfiguration, sog.

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