Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272

Proyecto Fin de CarreraEstudio y análisis de un

transceptor de largo alcance LoRaTM sx1272

TUTORES:Dr. Francisco Javier del Pino Suárez

Dr. Sunil Lalchand Khemchandani

Miércoles, 27 de mayo de 2015

Alberto Álvarez Polegre

ÍNDICE DE CONTENIDOS• Introducción

• Técnicas FHSS y FEC

• Transceptor SX1272 y modulación LoRaTM

• Kit de desarrollo SX1272DVK1BAS

• Medidas

• Conclusiones

• Presupuesto

Semtech Long RangeCONCLUSIONES

SX1272RF1BAS 868MHzINTRODUCCIÓN

OBJETIVOS

• Estudio de la modulación LoRaTM

• Estudio del transceptor que la implementa, el SX1272

• Conocimiento del kit de desarrollo, la plataforma Eiger

• Testeo de la modulación y su rendimiento (pruebas y medidas)

• Extracción de conclusiones

INTRODUCCIÓN





• Medidas

• Conclusiones

• Presupuesto

BASE TECNOLÓGICA DE LoRaTM

• FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)

• FEC (Forward Error Correction)

• GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying)

TÉCNICAS FHSS Y FEC

FHSS• Espectro ensanchado (SS)


FHSS• Justificación teórica de SS• Teorema de Shannon-Hartley

𝐶 = 𝐵 · 𝑙𝑜𝑔2(1 + 𝑆𝑁𝑅)𝐶/𝐵 = (1/𝑙𝑛2) · 𝑙𝑛(1 + 𝑆𝑁𝑅) = 1.443 · ln (1 + 𝑆𝑁𝑅)𝐶/𝐵 = 1.443 · (𝑆𝑁𝑅 −𝑆𝑁𝑅2 / 2+𝑆𝑁𝑅3 / 3−𝑆𝑁𝑅4 / 4 + ⋯ )𝐶/𝐵 = 1.443 · 𝑆𝑁𝑅 𝐶/𝐵 ≈ 𝑆𝑁𝑅

base e

Maclaurin aln(1+SNR)

SNR << 1


FHSS• Saltos de frecuencia con espectro ensanchado• Portadora de banda estrecha

• Salta de una frecuencia a otra dentro del SS

• Secuencia de salto pseudoaleatoria

• Ventajas• Menos interferencias de banda estrecha

• Aumento de SNR

• Difícil de interceptar


FHSS• QAM


FHSS• QPSK


FHSS• GFSK


FEC• Información redundante en cada

paquete

• Detecta y corrige el error

• No es necesario retransmitir paquetes

• Eficiente en entornos muy ruidosos

• Efecto cliff






• Medidas

• Conclusiones

• Presupuesto

DIAGRAMA DE BLOQUESTRANSCEPTOR SX1272 Y MODULACIÓN LoRaTM

MODULACIÓN LoRaTMTRANSCEPTOR SX1272 Y MODULACIÓN LoRaTM

• Parámetros de diseño:• Factor de ensanchado (de 6 a 12)

• Ancho de banda (125, 250 y 500 KHz)

• Tasa de codificación (de 4/5 a 4/8)

Rs =BW/2SF


• Estructura de los paquetes

• Preámbulo

• Cabecera

• Carga útil


• Saltos de frecuencia con LoRaTM

MODOS DE OPERACIÓNTRANSCEPTOR SX1272 Y MODULACIÓN LoRaTM

• SLEEP

• STAND-BY

• FSTX

• FSRX

• TX

• RXCONTINUOUS

• RXSINGLE

• CAD





• Medidas

• Conclusiones

• Presupuesto

CONTENIDO DEL KITKIT DE DESARROLLO SX1272DVK1BAS

• 2 plataformas Eiger

• 2 módulos SX1272

• 2 dipolos λ/2

• 2 cables USB

• 2 punteros

PLATAFORMA EIGERKIT DE DESARROLLO SX1272DVK1BAS

SOFTWARE SX1272SKAKIT DE DESARROLLO SX1272DVK1BAS





• Medidas

• Conclusiones

• Presupuesto

PROBLEMAS PREVIOSMEDIDAS

• Batería de la plataforma Eiger

• Imprecisión de la pantalla táctil

• Incompatibilidad plataforma Eiger – SX1272SKA

• Cefaleas por el transmisor

• Búsqueda de una configuración para las pruebas

CONFIGURACIÓNMEDIDAS

• Control remoto mediante TeamViewer

• Acceso a Internet por red móvil

• 2 personas

• Conexión PC – plataforma Eiger

CONFIGURACIÓNMEDIDAS

PARÁMETROSMEDIDAS

• Potencia: 2 y 20 dBm

• Ancho de banda (B): 125 y 500 KHz

• Factor de ensanchado (SF): 7 y 12

• Tasa de codificación (CR): 4/5 y 4/8

• Carga útil: 12 bytes

BATERÍA DE MEDIDASMEDIDAS

• Gran Canaria (urbano):• 259,32 m

• 293,54 m (no LoS)

• Gran Canaria (marino):• 3,5 km

• 5,84 km

• 19,56 km

• Tenerife (semiurbano):• 9,76 km

• Tenerife (marino):• 14,65 km

GRAN CANARIA (URBANO): MEDIDA 1MEDIDAS

259,32 m


2 dBm

4/5, 125, 7


293,54 m (no LoS)


20 dBm

4/8, 500, 7

GRAN CANARIA (MARINO): MEDIDA 1MEDIDAS

3,5 Km


2 dBm

4/5, 125, 12


20 dBm

4/8, 500, 7


5,84 km


2 dBm

4/8, 125, 7


20 dBm

4/8, 125, 7


19,56 km


20 dBm

4/8, 500, 7

TENERIFE (SEMIURBANO)MEDIDAS

9,76 km


2 dBm

4/8, 125, 7


20 dBm

4/8, 500, 7

TENERIFE (MARINO)MEDIDAS

14,65 km

TENERIFE (MARINO)MEDIDAS


2 dBm

4/8, 125, 12


20 dBm

4/5, 125, 7





• Medidas

• Conclusiones

• Presupuesto

MODULACIÓN LoRaTM y SX1272CONCLUSIONES

• Combinación de FEC y FHSS: robustez frente al ruido

• Comunicación fiable en una banda muy saturada

• Baja tasa binaria

• Difícil de interceptar por agentes externos

• Entornos rurales -> B=500 KHz, SF=7

• Entornos urbanos -> B=125 KHz, SF=12

• Alcance máximo estimado 34 km

• Idóneo si se necesita fiabilidad

• Transmisiones puntuales o con baja carga útil

LÍNEAS FUTURASCONCLUSIONES

• Equipo autónomo con STM32


• Internet of Things (IoT)


• SmartBuilding & SmartCity


• Piscifactoría





• Medidas

• Conclusiones

• Presupuesto

PRESUPUESTO FINALPRESUPUESTO

AGRADECIMIENTOS

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transceptor de largo alcance LoRaTM sx1272

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Miércoles, 27 de mayo de 2015

Alberto Álvarez Polegre

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