Современная электроника №1/2020

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 12 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2020 Надёжность IoT в нелицензируемом диапазоне. Доказываем на примере LoRaWAN Рис. 1. Немодулированный сигнал LoRaWAN Некоторых потенциальных клиентов до сих пор беспокоит вопрос надёжности и безопасности передачи данных на общедоступных частотах. В данной статье наглядно объясняется, почему эти опасения беспочвенны. Андрей Экономов (andrei.n.ekonomov@domru.ru ) В ВЕДЕНИЕ В настоящее время в большинстве развитых стран в дополнение к сетям мобильной связи активно строят- ся сети Интернета вещей (IoT) клас- са LPWAN (Low Power Wide Access Network), работающие на нелицензи- руемых (т.е. общедоступных) радиоча- стотах. В Российской Федерации для этих целей выделен диапазон 868 МГц (частоты 864…869,2 МГц) [1], в котором уже построены сети как общемиро- вого стандарта LoRaWAN (Long Range Wide Access Network), так и локальных спецификаций, например «Стриж» и «Вавиот». Несмотря на миллионы уже под- ключённых к LPWAN-сетям устройств по всей планете, некоторых потенци- альных клиентов до сих пор беспоко- ит вопрос надёжности и безопасно- сти передачи данных на общедоступ- ных частотах. Попробуем развеять сомнения на примере сети стандарта LoRaWAN, построенной в Российской Федерации АО «ЭР-Телеком Холдинг». Н ЕЛИЦЕНЗИРУЕМОСТЬ – НЕ СИНОНИМ ВСЕДОЗВОЛЕННОСТИ Нередко приходится слышать мне- ние, что системы связи в общедоступ- ных диапазонах частот не могут обе- спечивать уверенную связь уже только потому, что любой желающий может вывести в эфир генератор ватт эдак на 20 и «положить» всё вокруг. На самом деле, в нелицензируемых диапазонах для средств радиоэлектронной связи (РЭС) действуют даже более строгие правила, чем в лицензируемых. В част- ности, в полосе 868 МГц согласно реше- нию ГКРЧ [2] ограничены, во-первых, излучаемая мощность (на большинстве каналов – не более 25 мВт), во-вторых, время нахождения в эфире (как прави- ло, не более 1%). И наказание за нару- шения указанных величин точно такие же, как и за несанкционированное вещание на лицензируемых частотах. Так что любые системы гражданско- го назначения вне зависимости от спо- соба выделения спектра – по стандарт- ным процедурам (лицензионный) или по упрощённым (нелицензионный) – могут пострадать от преднамеренных радиопомех. Однако это в равной мере незаконно, и способы борьбы с таки- ми помехами известны и одинаково доступны всем пользователям радио- спектра. В то же время, разумеется, даже рабо- тающие по закону устройства могут создавать помехи своему окружению. Рассмотрим, как с этим борется стан- дарт LoRaWAN [3]. З АЩИТА ОТ ВНЕШНИХ ПОМЕХ Радиопротокол LoRaWAN использует импульсы линейно-частотной модуля- ции (ЛЧМ) или в англоязычном вари- анте – CSS (Chirp Spread Spectrum) (см. рис.1). В отличие от систем XNB (Extra Narrow Band) типа Sigfox, «Стри- жа» и «Вавиота», использующих для свя- зи узкую полосу в 100 Гц и фазовую модуляцию, данные в сетях LoRaWAN передаются датчиками в полосе шири- ной 125 кГц (т.е. более чем в 1000 раз шире). Каждое устройство стандарта LoRaWAN излучает сигнал с изме- няющейся частотой. Модуляция же LoRaWAN заключается в «обрыве» цик- ла на одной из промежуточных частот (см. рис. 2а) и новом его начале, имен- но это и кодирует передаваемый сим- вол. Всего существуют 128 возможных различных частот «обрыва» цикла в каждом частотном канале (шириной, напомню, 125 кГц), а значит, один ЛЧМ- импульс кодирует 7 бит данных. Поскольку частота сигнала LoRaWAN меняется в диапазоне 125 кГц, то узко- полосная помеха практически не ока- зывает влияния на успешность декоди- рования сигнала LoRaWAN, чего нельзя сказать о системах XNB, сигнал кото- рых может быть полностью уничто- жен помехой шириной уже в несколько десятков герц. Ещё одно преимущество, вытекающее из особенности модуля- ции LoRaWAN, – устойчивая работа на движущихся объектах (поездах, авто- мобилях и т.п.), так как доплеровский сдвиг частоты заметно не влияет на успешность передачи сигнала. И последнее: модуляция и каналь- ное кодирование LoRaWAN (допол- Амплитуда Частота Время Время 125 кГц