Badanie zasięgu poszczególnych zakresów fal przy tej samej mocy nadawania w otwartej przestrzeni

Wykonano sześć płytek testowych, które pełniły rolę endpoint-ów:
- na bazie transmitera SX1276 na pasmo 433 MHz
- na bazie transmitera SX1276 na pasmo 868 MHz
- na bazie transmitera SX1277 na pasmo 433 MHz
- na bazie transmitera SX1277 na pasmo 868 MHz
- na bazie transmitera SX1279 na pasmo 433 MHz
- na bazie transmitera SX1279 na pasmo 868 MHz

W płytkach tych wykorzystano chipset sterujący (z rodziny STM32), za pomocą którego odpowiednio steruje się konfiguracją i funkcjami układów radiowych.

Jako bramkę LoRa zastosowano płytkę ewaluacyjną B-L072Z-LRWAN1 z dodatkowym wyświetlaczem LCD. Jest to gotowy układ z dobranymi przez producenta elementami, które są optymalne dla pracy w interesujących nas pasmach.

Parametry transmisji radiowej:

- f = 433,0 MHz oraz 868,0 MHz

- moc nadawania +10 dBm / 10,0 mW

- Szerokość pasma modulacji: 250 / 125 kHz

- Współczynnik kodowania LoRa (Spread Factor): SF7 / SF9

- Kodowanie nadmiarowe: 4/6

- Ustawienia modemu LoRa: CRC, HME

W płytkach endpoint jako antenę zastosowano prosty drut „srebrzanka” o długości dobranej tak, by była to antena ćwierć falowa. Dla częstotliwości 433 MHz była to długość 175 mm. Dla częstotliwości 868 MHz antena miała długość 85 mm. Bramka LoRa wysyłała krótkie pakiety testowe (40 bajtów) co 5 sekund i czekała na odpowiedź endpointa. Endpoint po odebraniu pakietu z bramki rejestrował siłę sygnału, z jaką odebrał ten pakiet i zwrotnie wysyłał do bramki pakiet z informacją o tej sile sygnału, z jaką słyszał bramkę. Po odebraniu pakietu bramka wyświetlała na swoim wyświetlaczu informację o sile z jaką odebrała sygnał z endpointa oraz poziom sygnału, z jakim enpoint odebrał pakiet z bramki. Bramka równolegle wysyłała te informacje na interfejs komunikacyjny USART. Jeśli po wysłaniu pakietu przez bramkę nie usłyszała ona pakietu z enpointa, to też taka informacja pojawiała się na ekranie bramki i była wysłana na interfejs USART.

Płytka bramki LoRa znajdowała się na otwartym balkonie domku jednorodzinnego na poziomie 1 piętra. Płytka enpointa była przemieszczana (oddalana) na otwartej przestrzeni w linii prostej.

Najpierw wykonywano pomiary dla obu częstotliwości - 433 MHz i 868 MHz dla ustawienia szerokości pasma 250kHz i Spread Factor SF7. Następnie zmodyfikowano program w chipsecie, żeby transmisja odbywała się przy szerokości pasma 125kHz oraz Spread Factor SF9. Celem takich ustawień było sprawdzenie, jak mocno w warunkach rzeczywistych wpływają one na zasięg transmisji. Niestety, żeby zachować takie same warunki trzeba było zastosować moc nadawania 10 mW, gdyż w pasmie 433 MHz nie wolno nadawać z większą mocą. Parametr Spread Factor też musiał zostać ograniczony do wartości SF9, gdyż dla transmitera SX1277 jest to maksymalna możliwa wartość.

Dla zachowania tych samych warunków w każdym przypadku zostało zarejestrowanych 100 prób transmisji wykonanych przez bramkę. W tym przypadku bezwzględna ilość poprawnych transmisji jest od razu ilością procentową.

Wnioski:

Z powyższych danych wynika, że bardzo podobnie zachowują się transmitery SX1279 i SX1276. Transmiter SX1277, zgodnie z oczekiwaniami wynikającymi z analizy parametrów katalogowych, poprzez swoją słabszą czułość układu odbiorczego ma mniejszy zasięg. Natomiast wyraźnie widać, że wszystkie transmitery lepiej pracują w pasmie 868 MHz mimo, że zgodnie z zasadami fizyki to pasmo 433 MHz powinno dawać większe zasięgi. Jest to spowodowane tym, że w pasmo 433 MHz  jest o wiele bardziej „zaśmiecone” – jest jedynym wolnym pasmem dostępnym prawie na całym świecie i jest często wykorzystywane w pracy innych urządzeń, które powodują zwiększoną ilość zakłóceń. Generują je urządzenia powszechnego użytku, takie jak: zabawki zdalnie sterowane, piloty samochodowe, czujniki alarmowe bezprzewodowe, sterowanie automatyką, radiokomunikacja. Na  częstotliwości 868 Mhz występowało dużo mniej zakłóceń. Zatem rzeczywisty zasięg dla pasma 433 MHz jest wyraźnie mniejszy niż dla częstotliwości 868 MHz.

 Z tych danych widać wyraźnie, że lepsze do pracy dla urządzeń z modulacją LoRa jest pasmo 868 MHz i dlatego wybrano tę częstotliwość jako najbardziej rokującą do dalszej pracy nad projektem. Dla częstotliwości 868 MHz również antena ma mniejsze gabaryty.