Pojem LoRa jako název pro radiovou digitální technologii se používá již řadu let. V komerční sféře Interentu věcí (IoT) se používá nejčastěji k přenosu velmi malého množství dat v dlouhých intervalech. V praxi je nasazována pro přenos dat v malých (i přenosných) zařízeních bez možnosti výměny baterií s provozní živostností až několika let.
Některé IoT senzory vysílají své hodnoty opravdu velmi málo často, třeba 2x denně – typicky snímače hladin vody, zaplnění kontejnerů, vodoměry či elektroměry. Aniž by vyžadovaly velkou anténu či radiově výhodné umístění, přenáší data překvapivě spolehlivě.
V radioamatérském prostředí se pojem LoRa začal objevovat poměrně nedávno a protože jednou z častých aplikací této technologie je i sdílení polohy či data z meteostanic, jsou i v HAM prostředí první a nejrozšířenější aplikace právě v APRS.
Stručný technický popis
LoRa je proprietární modulace od firmy Semtech. Využívá rozprostření kanálu pomocí lineárně modulované frekvenční modulace (frekvence se v čase mění -zvyšuje nebo snižuje). Informace (data) jsou zakódována ve skokových změnách vysílaného kmitočtu (viz obr.). Tento druh modulace zabírá poměrně širkoký kanál vzhledem k přenosové rychlosti (BW typicky 125 kHz, 250 kHz a jiné). Modulace má současně vysokou odolnost proti úzkopásmovému rušení a proto ji lze používat současně bez vzájemného rušení na pásmech, která jsou již silně obsazená jinými (ISM) vysílači (433 nebo 868 MHz). Samotná modulace má několik hodnot rozprostření (SF – Spreading Factor), šířek pásma (bandwidth) a kódového poměru (CR – coding rate), které lze z pohledu uživatele nastavit a které určují výslednou datovou rychlost (DR – data rate). Stanice s různými SF mohou pracovat na jednom kmitočtu a nerušit se, příjem matematicky „odečte“ stanice s odlišným SF. Čím vyšší SF, tím déle se paket přenáší (nižší DR), ale tím vyšší je dosah. Lora signál se typicky přijímá pod šumem (SNR je záporné, až -20 dB). Lora používá dopřednou korekci chyb, hodnota CR udává poměr uživatelská/celková informace.
Výslednou klíčovou vlastností této modulace je dosažení velké vzdálenosti pro spolehlivý přenos informace s použitím malého výkonu, díky příjmu signálů slabších než šum. Tato vlastnost (Long Range) dala modulaci jméno. Tato vlastnost je vykoupena tím, že LoRa modulace má vzhledem k délce vysílání velmi malou rychlost přenosu – jinými slovy „dlouho zabírá kanál“. Četnost vysílání (počet packetů v čase) tedy musí být regulována a značně omezena.
APRS aplikace
HAM vývojáři a experimentátoři vytušili zajímavé možnosti v okamžiku, kdy se objevila první továrně vyráběná LoRa zařízení pro pásmo 432 MHz, která navíc umožňují instalaci vlastního obslužného SW. Za velmi dostupné peníze lze získat takřka „hotový“ tracker (vysílač) se základním výkonem 20 dBm (100 mW), který lze pouhou změnou SW změnit na přijímač. Získaná data je ale (viz vysvětlení výše) zcela neefektivní šířit (opakovat, digipeatovat) na stejném kmitočtu, protože délka jednoho packetu je až několik vteřin a aplikací principu lavinové sítě (APRS) by došlo velmi rychle k zahlcení radiové vrstvy (kmitočtu). Proto je efektivní data získaná via LoRa protokol předávat dále jinou cestou. Jako nejjednodušší se ukázalo využít stávající řešení databáze APRS-IS, která shromažďuje a předává data APRS stanic (získaná různou kombinací buď radiovou nebo internetovou cestou) a dalších objektů spolu s daty importovanými z jiných zdrojů. A takovým „jiným zdrojem“ jsou třeba právě i data ze zřízeného LoRa iGate (tedy bodu, který přijímá LoRa packety a předává je dále prostřednictvím internetu do APRS-IS). Specializované servery (např. aprs.fi, nebo aprsdirect.com) pak tvoří databázi objektů/telemetrických dat a výsledkem je pak třeba zobrazení LoRa objektů v mapě.
LoRa protokol tak, jak je nyní pro přenos základních dat používán, není s APRS protokolem pro přenos telemetrických dat radiovou cestou kompatibilní. Liší se v některých podstatných bodech, z nichž na pohled nejviditelnější je např. absence omezení rozsahu SSID stanice. S LoRa modulací se tak může na kmitočtu objevit stanice OK0ABC-99, což je SSID, které technicky není možné do rádiové vrstvy (AX25) APRS předat. Pro SSID jsou totiž v APRS protokolu vyhrazeny jen 4 bity a údaj tak může nabýt hodnot 0-15.
LoRa v APRS praxi
Přesto je LoRa modulace natolik zajímavá svým poměrem cena/výkon, že se stala terčem experimentů, které přerostly v jeho značnou oblibu. Na mapě lze najít již i v OK řadu objektů, které se v textu majáku k LoRa hlásí, nebo se snaží identifikovat ikonou – pro iGate se v poslední době vžívá černý diamant s „L“ overlay. Pro iGate je doporučeno použít SSID -12, pro trackery kterýkoliv z SSID -7 až -9 (spíše pak -7 nebo -8, protože -9 by měla být přednostně určena pro stanici, která je schopna kromě předávání telemetrických dat také komunikovat, například přijímat zprávy v APRS síti).
Mezi největší průkopníky v Evropě patří OE a DL amatéři, kteří se tak stávají tvůrci nových standardů.
- Závěry IARU meetingu v roce 2019 ve Vídni stanovily pro LoRa technologii tyto kmitočty, z nichž se v praxi dosud užívá především první:
- 433,775 MHz LoRa-1 (from Node to Gateway, BW 125 kHz)
- 433,900 MHz LoRa-2 (from Gateway to Node, for messages, BW 125 kHz)
V němčině existuje řada specializovaných webů s informacemi o aplikovaní LoRa do HAM prostředí, např. https://www.lora-aprs.at. České weby teprve vznikají, např. http://lora-aprs-wx.eu/.
Spoluautorem textu je vývojář a sysop (mj.) několika LoRa iGates v Brně, Martin OK5MP.
Autorovi textu můžete napsat na