Quelles sont les bandes de fréquences pour LoRaWAN ?

LoRaWAN et LoRa sont populaires en tant que Réseau étendu à faible consommation d'énergie (LPWAN) pour la réalisation d'applications de l'internet des objets (IoT). Cependant, malgré sa reconnaissance mondiale, nous constatons que les bandes de fréquences utilisées sont différentes. Dans cet article, nous étudierons la force motrice d'une telle séparation et la nécessité d'une telle séparation dans les bandes de fréquences. En conclusion, nous discuterons de certaines de ces bandes de fréquences exploitées dans différentes régions. 

Alliance et norme LoRa 

Comme nous le savons tous, LoRa est un schéma de modulation radio populaire qui est largement utilisé pour les applications LPWAN IoT. Nous avons abordé dans les articles précédents différents aspects des réseaux LoRa et LoRaWAN. En résumé, les réseaux LoRa et LoRaWAN sont largement utilisés en raison de leur longue portée et de leur faible consommation d'énergie.  

LoRa et LoRaWAN sont supervisés et réglementés par LoRa Alliance and Standards, qui compte plus de 500 coopératives et de nombreux fournisseurs de réseaux dans le monde. Semtech est une entreprise fondatrice de la LoRa Alliance, qui est responsable de l'introduction de la modulation radio LoRa. Cette alliance a été créée en 2015 pour permettre aux applications basées sur LoRaWAN d'être utilisées pour l'IoT et le Machine-to-Machine (M2M). La vision de la LoRa Alliance est de permettre un IoT durable pour maximiser l'efficacité et sa mission est de parvenir à un IoT massif grâce à l'adoption mondiale de la technologie LoRaWAN. Outre la normalisation, LoRa Alliance est également chargée de promouvoir les applications IoT massives basées sur LoRa et d'organiser des webinaires et des vidéoconférences. Ces informations peuvent être consultées à l'adresse suivante https://lora-alliance.org/about-lora-alliance/# . 

Cependant, malgré l'unification mondiale grâce à des alliances telles que LoRa Alliance, différentes régions ont des fréquences de fonctionnement différentes pour les applications LoRa et LoRaWAN. La principale force motrice de cette différence est uniquement une préférence des opérateurs de réseau de la région basée sur la disponibilité et le respect des exigences réglementaires. 

Spectre de fréquences sans licence de la modulation LoRaWAN 

L'utilisation de canaux avec ou sans licence est l'un des facteurs les plus importants à prendre en compte lors de la conception d'un réseau sans fil privé. La plupart des premiers réseaux de communication sans fil de l'IdO, tels que les réseaux cellulaires, fonctionnent sur le spectre sous licence. L'utilisation du spectre sous licence nécessite un coût supplémentaire et offre à l'utilisateur une flexibilité limitée sur le spectre. C'est pourquoi la plupart des cas d'utilisation de l'IdO reposent sur un spectre de fréquences sans licence. Le spectre sans licence dans le 2.4 bandes GHz et 5 bandes GHz sont utilisées par le Wi-Fi et le Bluetooth. La portée des passerelles n'est que de quelques mètres, et ces fréquences sont tellement encombrées qu'elles posent d'importants problèmes de fiabilité. 

Pour surmonter les limitations inutiles dues aux interférences et aux bruits dans les bandes 2,4 GHz et 5 GHz, LoRaWAN utilise des bandes de fréquences radio sous-gigahertz sans licence telles que 169 MHz, 433 MHz, 868 MHz (Europe) et 915 MHz (Amérique du Nord). Ces bandes de basse fréquence prennent en charge des débits de données faibles, compris entre 0,3 et 50 kbps. L'utilisation des sous-gigahertz facilite la connexion d'équipements distants jusqu'à une portée de 10 km. L'utilisation du spectre de fréquences sub-gigahertz sans licence permet des déploiements LoRaWAN à faible coût. 

Pourquoi des bandes de fréquences différentes selon les régions ? 

Bien que toutes les largeurs de canaux ne soient pas prises en charge dans chaque région, LoRaWAN est souvent divisé en largeurs de canaux de 125, 250 ou 500 kHz selon les régions. La principale raison de cette séparation est liée aux exigences réglementaires qui doivent être prises en compte en fonction des différentes régions. 

Cette répartition différente des fréquences est décrite dans les paramètres régionaux LoRaWAN RP2-1.0.3 qui ont été publiés en mai 2021. Cependant, malgré l'utilisation de différentes fréquences de fonctionnement, les spécifications du protocole LoRaWAN pour toutes les régions sont intactes. Nous reviendrons sur ces différentes bandes de fréquences dans la section suivante. 

Bandes de fréquences LoRaWAN dans différentes régions 

Nous allons maintenant examiner les différentes attributions de fréquences pour les applications LoRaWAN dans différentes régions. Voici un résumé régional de l'attribution des fréquences. 

*EIRP : Puissance nominale isotrope effective 

Examinons quelques-uns des principaux paramètres régionaux à partir de l'étude susmentionnée. 

1. Bande EU863-870 

Ceci s'applique aux régions définies par la norme ETSI [EN300.220], qui est utilisée dans tous les pays européens, y compris des pays hors d'Europe comme le Bahreïn. En outre, des pays comme l'Albanie utilisent légèrement une gamme de fréquences différente (863-873 MHz).  

Dans la bande EU863-870, il y a 16 canaux avec 3 canaux par défaut et 5 canaux optionnels définis par CFlist. Dans cette bande de fréquences, les trois canaux par défaut suivants sont obligatoires car ils sont utilisés par les appareils finaux pour diffuser le message de demande d'adhésion : 

• 868.10 Canal MHz 
• 868.30 Canal MHz 
• 868.50 Canal MHz 

Compte tenu du débit de données pris en charge par la bande EU863-870, tous les dispositifs finaux doivent prendre en charge les options de débit de données suivantes dans le réseau. 

• DR0 - DR5 : Il s'agit du débit minimal pris en charge pour obtenir la certification LoRaWAN. 
• DR0 - DR7 
• DR0 - DR11 : tous les débits de données sont mis en œuvre dans l'appareil final 

En fonction de ce débit, la taille maximale de la charge utile de l'application varie. La liste est la suivante : 

2. US902-928 Bande industrielle, scientifique et médicale (ISM) 

Cette mesure s'applique aux régions des États-Unis, du Canada et de tous les autres pays utilisant les numéros 902-928. Bande ISM. 

Il y a 64 canaux en amont avec une largeur de bande de 125 kHz et 8 canaux en amont avec une largeur de bande de 500 kHz. Il y a également 8 canaux en aval avec une largeur de bande de 500 kHz. Comme dans la bande EU863-870, il y a des fréquences de canaux obligatoires qui sont utilisées pour les demandes de jonction. Ces fréquences sont les suivantes 

• En amont : 64 canaux - 902.3-914.99 MHz par incréments de 200 kHz 
• En amont : 8 canaux - 903,0-914,2 MHz par incréments de 1,6 MHz 
• En aval : 8 canaux - 923,3-927,5 MHz par incréments de 600 kHz 

Les options de débit de données prises en charge dans cette bande sont les suivantes : 

• DR0 - DR4 et DR8 - DR13 : il s'agit du débit minimal requis pour obtenir la certification LoRaWAN. 
• DR0 - DR13 : tous les débits de données sont mis en œuvre dans l'appareil final 

Des tailles maximales de charge utile sont prises en charge en fonction du débit de données, soit jusqu'à 242 octets pour DR15. 

Puisque nous avons parlé des deux principales bandes de fréquences utilisées dans différentes régions pour LoRaWAN, il est utile de préciser qu'il existe des paramètres par défaut pour toutes les régions. Le délai RX1 pour toutes les bandes est de 1s et le délai RX2 est de 2s. De même, le délai d'acceptation de jointure 1 est de 5s tandis que le délai d'acceptation de jointure 2 est de 6s. De plus amples informations sur les différentes bandes sont disponibles à l'adresse suivante https://lora-alliance.org/resource_hub/lorawan-regional-parameters-v1-1ra/ . 

Conclusion 

Dans cet article, nous avons brièvement discuté de la nécessité de disposer de différentes bandes de fréquences pour LoRaWAN et de la raison pour laquelle le spectre de fréquences sans licence est utilisé pour LoRaWAN. En conclusion, nous pouvons dire que, bien que différentes bandes de fréquences soient utilisées dans différentes régions, en fonction de la disponibilité et des réglementations, LoRaWAN a été mondialement reconnu comme un bon candidat pour réaliser des réseaux LPWAN.