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Nel mondo delle radiocomunicazioni siamo abituati ad associare una maggiore distanza a una potenza più elevata, a un’antenna più grande oppure a condizioni di propagazione particolarmente favorevoli. La tecnologia LoRa dimostra, invece, che con pochi milliwatt e una quantità molto limitata di dati è possibile realizzare collegamenti sorprendentemente estesi.
LoRa, acronimo di “Long Range”, è una tecnica di modulazione basata sul chirp spread spectrum. L’informazione viene distribuita su una sequenza di impulsi la cui frequenza varia progressivamente nel tempo. Questo consente al ricevitore di recuperare pacchetti anche quando il segnale è molto debole rispetto al rumore presente sul canale. LoRa non deve però essere confusa con LoRaWAN: la prima è una modulazione radio, mentre LoRaWAN è un protocollo di rete costruito sopra LoRa, pensato soprattutto per l’Internet delle cose.
Perché interessa ai radioamatori
L’interesse radioamatoriale nasce dalla possibilità di sperimentare collegamenti digitali a basso consumo senza dover necessariamente utilizzare ripetitori, ponti collegati a Internet o infrastrutture commerciali.
Un piccolo nodo LoRa può trasmettere:
- posizione GPS;
- temperatura e pressione;
- tensione della batteria;
- dati provenienti da una stazione meteorologica;
- stato di un ripetitore o di una postazione remota;
- informazioni provenienti da palloni sonda, rover e veicoli sperimentali.
Un sistema del genere può essere alimentato da una piccola batteria e da un pannello solare. La trasmissione avviene soltanto quando è necessario inviare un aggiornamento, permettendo autonomie molto superiori rispetto a un sistema che mantiene costantemente attiva una portante.
Spreading factor e velocità
Uno dei parametri fondamentali è lo spreading factor, normalmente indicato con la sigla SF. Aumentando lo spreading factor, il ricevitore può decodificare segnali più deboli, ma il pacchetto occupa il canale per un tempo maggiore.
Il progettista deve quindi scegliere un compromesso:
- spreading factor basso: maggiore velocità e minore occupazione del canale;
- spreading factor alto: maggiore sensibilità e migliore capacità di lavorare con segnali deboli;
- larghezza di banda ridotta: migliore sensibilità ma minore velocità;
- larghezza di banda maggiore: trasmissione più rapida ma minore portata teorica.
LoRa non è quindi una tecnologia “veloce”. È adatta a pochi byte trasmessi periodicamente, non allo streaming audio, alla fonia digitale continua o al trasferimento di file pesanti. La stessa LoRa Alliance chiarisce che LoRaWAN non è pensata per grandi quantità di dati né per comunicazioni realmente in tempo reale.
Quanto può arrivare lontano?
La distanza dipende soprattutto da quota, visibilità ottica, ostacoli, rumore radioelettrico, qualità delle antenne e corretta configurazione dei parametri.
Due nodi collocati a livello stradale in un centro urbano possono avere una copertura modesta. Gli stessi apparati, installati su due rilievi in visibilità ottica, possono coprire distanze enormemente superiori.
Come sempre, l’antenna conta più della potenza. Una piccola antenna mal accordata, montata vicino a componenti metallici o inserita in un contenitore inadatto, può dissipare buona parte del vantaggio offerto dalla modulazione.
Un semplice progetto sperimentale
Un progetto radioamatoriale potrebbe essere costituito da:
- microcontrollore a basso consumo;
- modulo LoRa;
- sensore ambientale;
- ricevitore GPS opzionale;
- batteria ricaricabile;
- piccolo pannello solare;
- antenna correttamente dimensionata;
- stazione ricevente collegata a un computer o a un Raspberry Pi.
Il nodo potrebbe essere collocato in una postazione remota e inviare ogni cinque o dieci minuti posizione, temperatura, tensione della batteria e qualità del collegamento.
Prima di trasmettere è indispensabile stabilire in quale servizio e banda si opererà. L’utilizzo nelle bande per apparati a corto raggio e quello nelle bande assegnate al servizio di radioamatore seguono condizioni differenti. In Italia il riferimento generale per l’attribuzione e l’impiego delle frequenze è il Piano nazionale di ripartizione delle frequenze del MIMIT, insieme alle pertinenti disposizioni tecniche europee.
Conclusione
LoRa non sostituisce l’APRS, il packet radio, il DMR o le reti IP radioamatoriali. Offre però un ulteriore strumento di sperimentazione.
Il suo punto di forza non è trasmettere molto, ma riuscire a trasmettere poche informazioni utili, molto lontano e consumando pochissima energia. Proprio questa combinazione la rende particolarmente interessante per telemetria, sensoristica, attività portatili e ricerca radioamatoriale.