Quais são as bandas de frequência para LoRaWAN?

LoRaWAN e LoRa são populares como Rede de área alargada de baixa potência (LPWAN) para a realização de aplicações da Internet das Coisas (IoT). No entanto, apesar de seu reconhecimento global, vemos diferentes bandas de frequência de operação. Neste artigo, investigaremos a força motriz dessa separação e a necessidade de tal separação em bandas de frequência. Em conclusão, discutiremos algumas dessas bandas de frequência operadas em diferentes regiões. 

Aliança e Padrão LoRa 

Como todos nós sabemos, LoRa é um esquema de modulação de rádio popular que é amplamente utilizado para aplicações LPWAN IoT. Em artigos anteriores, discutimos diferentes aspectos das redes LoRa e LoRaWAN. Em resumo, as redes LoRa e LoRaWAN são amplamente utilizadas devido ao seu longo alcance de operação e aos dispositivos de baixo consumo de energia.  

A LoRa e a LoRaWAN são negligenciadas e reguladas pela LoRa Alliance and Standards, que conta com mais de 500 cooperados e muitos fornecedores de rede a nível mundial. Semtech foi uma das empresas fundadoras da LoRa Alliance, que é responsável pela introdução da modulação de rádio LoRa. Esta foi criada em 2015 para capacitar aplicações baseadas em LoRaWAN para IoT massiva e Machine-to-machine (M2M). A visão da LoRa Alliance é capacitar a IoT sustentável para maximizar a eficiência e sua missão é alcançar a IoT massiva por meio da adoção global da tecnologia LoRaWAN. Além da padronização, a LoRa Alliance também é responsável pela promoção de aplicações de IoT massiva baseadas em LoRa e pela realização de webinars e videoconferências. Esta informação pode ser acedida através de https://lora-alliance.org/about-lora-alliance/# . 

No entanto, apesar da unificação global por meio de alianças como a LoRa Alliance, diferentes regiões têm diferentes frequências de operação para aplicações LoRa e LoRaWAN. A principal força motriz para essa diferença é apenas uma preferência feita pelos operadores de rede da região com base na disponibilidade e para atender aos requisitos regulamentares. 

Espectro de frequências não licenciadas da modulação LoRaWAN 

A utilização de canais licenciados ou não licenciados é um dos factores mais importantes a considerar na conceção de uma rede sem fios privada. A maior parte das primeiras redes de comunicação sem fios da Internet das Coisas, como as redes celulares, funcionam no espetro licenciado. A utilização do espetro licenciado exige um custo adicional de licenciamento e tem uma flexibilidade limitada sobre o espetro para o utilizador. Por conseguinte, a maioria dos casos de utilização da IdC recorre ao espetro de frequências não licenciado. O espetro não licenciado na 2.4 GHz e 5 bandas GHz são utilizadas por Wi-Fi e Bluetooth. O alcance dos gateways é de apenas alguns metros, e essas frequências estão tão congestionadas que causam grandes problemas de fiabilidade. 

Para superar as limitações desnecessárias devidas a interferências e ruídos nas bandas 2,4 GHz e 5 GHz, a LoRaWAN utiliza bandas de radiofrequência sub-gigahertz não licenciadas, como 169 MHz, 433 MHz, 868 MHz (Europa) e 915 MHz (América do Norte). Estas bandas de baixa frequência suportam débitos de dados baixos, entre 0,3 e 50 kbps. A utilização de sub-gigahertz facilita a ligação de equipamentos distantes até uma distância de 10 km (6 milhas). Esta utilização do espetro de frequências sub-gigahertz não licenciado permite implantações LoRaWAN de baixo custo. 

Porquê bandas de frequência diferentes para regiões diferentes? 

Embora nem todas as larguras de canal sejam suportadas em todas as regiões, a LoRaWAN é frequentemente dividida em larguras de canal de 125, 250 ou 500 kHz, dependendo das diferentes regiões. A principal razão para essa separação é motivada por requisitos regulatórios que precisam ser atendidos dependendo das diferentes regiões. 

Essa alocação diferente de frequências é descrita nos Parâmetros Regionais LoRaWAN RP2-1.0.3, que foram lançados em maio de 2021. No entanto, apesar do uso de diferentes frequências de operação, as especificações do protocolo LoRaWAN para todas as regiões estão intactas. Mais sobre essas diferentes bandas de frequência na próxima seção. 

Bandas de frequência LoRaWAN em diferentes regiões 

Agora vamos discutir as diferentes alocações de freqüência para aplicações LoRaWAN em diferentes regiões. A seguir, um resumo regional da alocação. 

*EIRP: Potência nominal isotrópica efectiva 

Vamos investigar alguns dos principais parâmetros regionais do resumo acima. 

1. Banda EU863-870 

Isto aplica-se às regiões definidas pela norma ETSI [EN300.220], que é utilizada em todos os países europeus, incluindo países fora da Europa como o Barém. Além disso, países como a Albânia utilizam ligeiramente uma gama de frequências diferente (863-873 MHz).  

Na banda EU863-870 existem 16 canais com 3 canais predefinidos e 5 canais opcionais definidos pela lista CF. Nesta banda de frequências, os três canais predefinidos seguintes são obrigatórios, dado que são utilizados pelos equipamentos terminais para difundir a mensagem de pedido de adesão: 

• 868.10 Canal MHz 
• 868,30 Canal MHz 
• 868,50 Canal MHz 

Tendo em conta o débito de dados suportado pela banda EU863-870, todos os dispositivos finais devem suportar as seguintes opções de débito de dados na rede. 

• DR0 - DR5: Este é o conjunto mínimo de taxas de dados suportado para obter a certificação LoRaWAN 
• DR0 - DR7 
• DR0 - DR11: Todas as taxas de dados são implementadas no dispositivo final 

Consoante este débito de dados, há uma dimensão máxima da carga útil da aplicação para diferentes débitos de dados. Estes são listados a seguir: 

2. US902-928 Banda industrial, científica e médica (ISM) 

Isto aplica-se às regiões dos EUA, Canadá e todos os outros países que utilizam o número 902-928 Banda ISM. 

Existem 64 canais a montante com uma largura de banda de 125 kHz e 8 canais a montante com uma largura de banda de 500 kHz. Além disso, existem 8 canais a jusante com uma largura de banda de 500 kHz. Tal como na banda EU863-870, há frequências de canal obrigatórias que são utilizadas para o pedido de adesão. São elas: 

• Upstream: 64 canais - 902,3-914,99 MHz em incrementos de 200 kHz 
• Upstream: 8 canais - 903,0-914,2 MHz em incrementos de 1,6 MHz 
• A jusante: 8 canais - 923,3-927,5 MHz em incrementos de 600 kHz 

As opções de débito de dados suportadas nesta banda são: 

• DR0 - DR4 e DR8 - DR13: Este é o conjunto mínimo de taxas de dados necessário para obter a certificação LoRaWAN 
• DR0 - DR13: Todas as taxas de dados são implementadas no dispositivo final 

Há tamanhos máximos de carga útil suportados, dependendo da taxa de dados, que seria de até 242 bytes para DR15. 

Agora, como discutimos sobre as duas principais bandas de frequência usadas em diferentes regiões para LoRaWAN, vale a pena dizer que existem algumas configurações padrão para todas as regiões. O atraso do RX1 para todas as bandas é de 1s e para o atraso do RX2 é de 2s. Além disso, o atraso de aceitação de junção 1 é de 5s, enquanto o atraso de aceitação de junção 2 é de 6s. É possível aceder a mais informações sobre as diferentes bandas através de https://lora-alliance.org/resource_hub/lorawan-regional-parameters-v1-1ra/ . 

Conclusão 

Neste artigo, discutimos brevemente a necessidade de diferentes bandas de frequência para LoRaWAN e por que especificamente o espetro de frequência não licenciado é usado para LoRaWAN. Assim, em conclusão, podemos dizer que, embora diferentes bandas de frequência sejam usadas em diferentes regiões, dependendo da disponibilidade e dos regulamentos, a LoRaWAN foi reconhecida globalmente como uma boa candidata para realizar redes LPWAN.