Entenda o que é a tecnologia LoRa, seus princípios de funcionamento, aplicações e vantagens para redes de longo alcance e baixo consumo de energia.
A Internet das Coisas (IoT) está transformando o mundo, mas sua expansão depende de uma conectividade eficiente, especialmente em cenários desafiadores, como longas distâncias, interferências e restrições de consumo de energia. Nessas situações, a tecnologia LoRa se destaca como uma solução inovadora. Mas o que exatamente é o LoRa?
LoRa, abreviação de “Long Range” em inglês, é uma tecnologia de comunicação sem fio projetada especificamente para conectar dispositivos a longas distâncias, minimizando o consumo de energia. Diferente de tecnologias como Wi-Fi ou Bluetooth, que são ideais para redes locais, LoRa se destaca em cenários onde as distâncias são maiores e o consumo de energia precisa ser baixo.
Funcionamento
A tecnologia LoRa opera na camada física e utiliza uma técnica de modulação de sinal de rádio patenteada pela Semtech para a transmissão de dados. Ela se baseia na modulação por espalhamento espectral chamada Chirp Spread Spectrum (CSS), combinada com a Frequency-Shift Keying (FSK). Se você deseja entender em detalhes como essas técnicas funcionam na tecnologia LoRa, clique aqui para acessar o artigo do Wireless Pi, que descreve a matemática por trás de cada um dos sinais.
Assim como em outras tecnologias, a LoRa possui alguns parâmetros que podem ser ajustados para atender demandas específicas, e esses parâmetros são os seguintes:
Frequência Portadora
Essa é a frequência central do sinal, sobre a qual a modulação por espalhamento espectral é aplicada. Essa frequência vária de acordo com a região e a regulamentação do espectro de rádio, já que a LoRa é uma tecnologia que opera em bandas de rádio sub-GHz não licenciadas, ou seja, que você não precisa ter uma licença para transmitir nessas frequências.
Os dispositivos LoRa costumam ser vendidos com três opções de frequência portadora, sendo elas: 433 MHz, 868 MHz e 915 MHz. Mas para poder escolher, é necessário conferir qual é o plano de frequência utilizado naquele país. Os planos de frequência definidos e utilizados pela The Things Network são: EU863-870, EU433, US902-928, CN470-510, CN779-787, AU915-928, AS923, AS920-923, AS923-925, KR920-923 e o IN865-867. Consulte mais detalhes sobre cada plano clicando aqui.
No caso do Brasil, a Anatel segue o plano AU915-928, então na hora de comprar dispositivos LoRa, opte pela opção de 915 MHz. Clique aqui para consultar o plano de frequência de cada país no site da The Things Network.
Largura de Banda
A largura de banda, ou bandwidth em inglês, é a faixa de frequências que vão ser ocupadas em torno da frequência portadora. Ela influencia diretamente na taxa de transmissão, capacidade do canal de transmissão, no alcance e no quão sensível o sinal será a interferências.
Os valores mais comuns para a largura de banda são: 125 kHz, 250 kHz e 500 kHz. Mas fique atento, existem algumas regiões que não permitem o uso de algumas larguras de banda.
De forma simples, quanto maior for a largura de banda, maior será a taxa de transmissão, menor será o consumo de energia, menor será a imunidade a interferências e menor será o alcance do sinal. É interessante que você busque um equilíbrio entre esses aspectos no seu projeto.
Fator de Espalhamento
Na tecnologia LoRa, a unidade fundamental não são os bits, e sim os símbolos, onde cada símbolo é um conjunto de bits agrupados e transmitidos de uma única vez, o que contribui para a imunidade a interferências e para o maior alcance do sinal.
No caso da LoRa, o fator de espalhamento, ou Spreading Factor em inglês, define a quantidade de bits por símbolo. O mais comum é que o fator de espalhamento possa ser configurado com um valor entre 7 e 12, ou seja, entre 7 e 12 bits por símbolo.
Na prática, quanto maior for o fator de espalhamento, maior será o alcance do sinal, maior será a imunidade a interferências, maior será o consumo de energia e menor será a taxa de transmissão de dados.
Análise geral
Para simplificar, a imagem abaixo mostra a relação entre o alcance do sinal em quilômetros, a taxa de transmissão (bitrate) em bits por segundos, fator de espalhamento (SF) e a energia necessária sem uma unidade específica.
Tomando como exemplo o módulo SX1262 na frequência portadora de 915 MHz, montei 4 cenários e os coloquei no LoRa Calculator, da própria Semtech, os resultados foram os seguintes:
| Cenários | Fator de Espalhamento | Largura de Banda | Alcance | Taxa de Transmissão | Consumo do Transmissor |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 12 | 250 kHz | 5,4 km | 585 bits/s | 123,9 mA |
| 2 | 12 | 125 kHz | 6,5 km | 292 bits/s | 247,8 mA |
| 3 | 9 | 250 kHz | 3,3 km | 3515 bits/s | 18,5 mA |
| 4 | 9 | 125 kHz | 4 km | 1757 bits/s | 37,1 mA |
Vantagens
Essa tecnologia também oferece diversas vantagens em relação a outras tecnologias de comunicação sem fio, sendo especialmente eficiente em vários aspectos, sendo os principais:
Longo Alcance: Uma das principais vantagens é a capacidade de transmitir dados a distâncias de até 15 quilômetros em áreas rurais e 5 quilômetros em áreas urbanas, o que a torna ideal para aplicações de grande escala.
Baixo Consumo de Energia: LoRa permite que os dispositivos operem por anos com uma única bateria, o que reduz significativamente os custos de manutenção e torna a tecnologia ideal para soluções em locais remotos.
Baixo Custo: A implantação e manutenção de redes LoRa são mais acessíveis quando comparadas com outras tecnologias de comunicação sem fio, tornando-a uma opção viável para uma ampla gama de aplicações.
Aplicações
A tecnologia LoRa abre um leque de possibilidades para diversas aplicações. Entre as principais, destacam-se:
Cidades Inteligentes: A LoRa pode ser utilizada para o monitoramento de iluminação pública, gestão de resíduos, controle de tráfego e estacionamento, oferecendo soluções inteligentes para o ambiente urbano.
Agricultura: No setor agrícola, a tecnologia é aplicada em sensores de umidade do solo, monitoramento de condições climáticas e rastreamento de gado, promovendo mais eficiência e sustentabilidade.
Logística: Em logística, o LoRa é ideal para o rastreamento de ativos, monitoramento de temperatura em cadeias de frio e gestão de frotas, garantindo maior controle e segurança no transporte de mercadorias.
Indústria: A tecnologia também é usada no monitoramento de equipamentos, controle de processos e segurança industrial, contribuindo para a automação e otimização de operações.
Conectividade Inteligente
Com a crescente demanda por conectividade de longo alcance e baixo consumo de energia, a tecnologia LoRa se consolida como uma peça fundamental no ecossistema da Internet das Coisas. Sua capacidade de conectar dispositivos de forma eficiente e econômica impulsiona a inovação em diversos setores, transformando a maneira como interagimos com o mundo ao nosso redor.
A tecnologia LoRa está revolucionando a forma como as empresas e as cidades coletam dados, automatizam processos e melhoram a eficiência. Sua versatilidade e escalabilidade a tornam uma escolha ideal para uma ampla gama de aplicações, desde o monitoramento ambiental até a gestão de ativos industriais.
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