LoRa és una tecnologia de comunicació patentada que està pensada per a comunicacions amb un baix consum d'energia, llarg abast i bona immunitat al soroll, el que la fa ideal per a aplicacions IoT.

El sistema de comunicació LoRa està basat en la modulació CSS (Chirp Spread Spectrum), que és una tècnica de modulació de banda ampla que utilitza chirps (xiulets) per a codificar la informació. Els chirps són com xiulets d'un to la freqüència del qual incrementa o decrementa linealment amb el temps al llarg de l'ample de banda utilitzat (BW), simètric a la freqüència central, i cada chirp representa un símbol, que pot tenir 2^F valors, on F representa l'Spread Factor.

Al sistema LoRa es transmeten paquets de dades, i aquests paquets de dades estan formats per:

• Preàmbul (preamble), que està format per un nombre de chirps variables i una paraula de sincronització (Sync Word). A la recepció es comprova si el preàmbul rebut coincideix amb el programat, i si no coincideix rebutja la resta del missatge.
• Capçalera, que pot ser explícita o implícita, i en el cas de que sigui explícita contindrà informació sobre el nombre de dades a enviar, la taxa de codificació d'errors i la presència d'un codi de verificació d'errors.
• Càrrega útil, que és la informació neta que es vol transmetre. A LoRa el nombre màxim és de 255 bytes (caràcters).

Inicialització del mòdul LoRa

Quan inicialitzem el mòdul LoRa amb el bloc d'inicialització, per a una freqüència central determinada (en el nostre cas 868 MHz), ens fixa una sèrie de paràmetres per defecte, que són els següents:

• Frequency = 868 MHz
• TxPower = 17
• SpreadingFactor = 7
• Bandwith = 125000 Hz
• CodingRate = 5
• PreambleLength = 8
• SyncWord = 0x12
• Gain = 0 (auto)
• EnableCRC = disable
  

Al programa podem modificar qualsevol d'aquests paràmetres amb els següents blocs d'STEAMakersBlocks relacionats amb la modificació de la nostra transmissió LoRa:

TX Power

Defineix la potència de la transmissió (dB) del nostre dispositiu LoRa. Podem donar-li valors entre 2 i 20 decibels (dB). Per defecte, 17 dB.

Frequency - Freqüència (portadora)

Defineix la freqüència portadora del mitjà utilitzat tant per a les operacions de transmissió com per a les d'escolta. També depèn de la regió operativa: a Europa, la freqüència portadora operativa de LoRa és la banda ISM de la UE: 863-870 MHz. En el nostres cas per defecte 868 MHz. Podem canviar a valors no enters com a l'exemple de configuració de la imatge.

Bandwidth - Ample de banda

Representa l'ample de banda dels senyals de radiofreqüència LoRa. És, en realitat, un rang de freqüència que oscil·la respecte a la freqüència base on es concentra la major potència del senyal, que s'utilitza per a la transmissió de dades. Generalment s'estableix en 125 kHz, però es pot augmentar fins a 250 kHz o, fins i tot, 500 kHz en algunes regions per a paràmetres de modulació particulars.

Un ample de banda més alt proporciona una velocitat de dades més alta (per tant, un temps més curt a l'aire), però una sensibilitat més baixa (degut a la integració de soroll addicional).

Un ample de banda més baix proporciona una sensibilitat més alta, però una velocitat de transmissió de dades més baixa.

L'ample de banda per defecte és de 125 KHz, però li podem donar el següent rang de valors: 7,8 KHz, 10,4 KHz, 15,6 KHz, 20,8 KHz, 31,25 KHz, 41,7 KHz, 62,5 KHz, 125 KHz, 250 KHz i 500 KHz.

Spreading Factor (SF) - Factor de propagació o factor d'eixamplement

Representa el paràmetre de propagació del chirp*, que defineix quants chirps s'envien per segon. Pren un valor per defecte de 7, però li podem donar un rang de valors entre 6 i 12. En detall, un SF gran augmenta el temps a l'aire del símbol (dada a transmetre) i el consum d'energia, millorant així el rang de comunicació però reduint la velocitat de dades disponible i la mida de la càrrega útil dels missatges.

Cada augment en el factor d'eixamplement (SF) redueix a la meitat la velocitat de transmissió i, per tant, duplica la durada de la transmissió i, en última instància, el consum d'energia.

A menys SF, més velocitat de transmissió de dades i menys abast. A més SF, menys velocitat de transmissió de dades i més abast. L'abast també depèn en gran mesura de l'entorn i de les possibles construccions o obstacles que es trobin al seu pas.

* (chirp): són polsos de freqüència (ascendent o descendent), la seqüència dels quals s'utilitzen per a enviar símbols (dades). 

Coding Rate - Raó de codi

És la raó (quocient) de Forward Error Correction (FEC) utilitzada per LoRa. FEC és el procés on són afegits bits de correcció d'error a les dades transmeses. La raó de codi es refereix a la proporció de bits transmesos que realment porten informació respecte als totals. LoRa permet els següents valors $CR=\{\frac{4}{5},\frac{4}{6},\frac{4}{7},\frac{4}{8}\}$, que són calculats de la següent manera:
$CR=\frac{4}{4+CR}$ donde $CR=\{1,2,3,4\}$

Pren un valor per defecte de 5, però li podem donar un rang de valors entre 5 i 8.

Preamble Length

Són un nombre de símbols que s'envien al començament de cada informació enviada per LoRa. El seu valor per defecte és 8, però li podem donar un rang entre 6 i 65535 símbols.

Sync word

Estableix la paraula de sincronisme de la comunicació de ràdio LoRa. És un byte en hexadecimal el valor del qual per defecte és 0x12, i pot prendre un rang de valors entre 0 i 0xFF.

Gain

Configura el guany de LNA per a obtenir una millor sensibilitat de RX. De forma predeterminada s'utilitza AGC (control automàtic de guany) i no s'utilitza el guany de LNA.
Valors de 0 (guany automàtic) fins a 6. Per defecte 0.

CRC- Verificació per redundància cíclica

És un codi de detecció d'errors utilitzat freqüentment en xarxes digitals i en dispositius d'emmagatzematge per a detectar canvis accidentals en les dades. Comprova aritmèticament que les dades rebudes concorden amb els enviats. El CRC està per defecte deshabilitat i es pot habilitar o no.

Perquè una comunicació pugui establir-se punt a punt entre 2 dispositius LoRa s'han de complir tots aquests requisits:

que treballin amb els mateixos valors simultàniament de

• Freqüència
• Ample de banda
• Coding Rate
• Spreading Factor
• Preamble Length
• Sync Word
• CRC (igual: activat o desactivat)
• Si la informació està encriptada, mateixa paraula d'encriptació