После проверки антенн, естественное желание — посмотреть: какова дальность связи с новыми модулями, влияет ли наличие малошумящего усилителя на входе приемника и использование термостабилизированного генератора на связь.
Цель работ: Определить максимальную дальность связи LoRa модулей при разных настройках.
Условия проведения:
- На передающем конце установлен описанный ранее тестовый модуль передатчика с модулем LoRa на SX1278 от pinko (без усилителя мощности, максимальный уровень на выходе 20dBm (100mW), термостабилизированный задающий генератор на 26МГц (в типовых модулях от e-byte стоят кварцевые резонаторы на 32МГц)).
- На приемном конце макет приемника с модулем-приемником LoRa на SX1278 от pinko (отключен выход передатчика, на входе приемника установлен малошумящий усилитель (18dB)).
- На обоих концах радиоканала используются антенны — «спиральки» с Алиэкспресс.
- На передающем конце формируются пакеты данных (17 байт) с временем (от момента включения), номером пакета, напряжением питания. На приемном конце принятый пакет записывается в файл с указанием уровня принятого сигнала и соотношением сигнал/шум. Кроме того в файл пишутся текущие координаты приемника с указанием расчетной дальности до передатчика — дискрет 1 секунда.
Для проведения опытов пришлось кое-что «подпечатать» на принтере.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
|
Первый тест. Пешком в поле при минимальной мощности.
Приемник — на голову,
 |
 |
передатчик под лавку у забора и вперед, в поля.
 |
 |
 |
- Частота передачи: 415,2 МГц
- Уровень мощности сигнала передатчика: 2 dBm (1,6 мВт)
- Длина пакета: 17 байт
- Spreading factor = 11 (2048 бит на символ)
- Bandwidth = 62,5 кГц (BW=4/8)
- Преамбула (длина) на передаче 16, на приеме 18
Это «типовые» параметры, которые использовались ранее с модулями E19-433M20S2/SC от e-byte.
Результат опыта в виде трека
Высота «пичков» пропорциональна уровню сигнала. Максимальная дальность, после которой пакеты уже не принимаются — 600 метров. Длительность передачи пакета 2,4 сек.
Второй тест (на самом деле он был в самом конце, но тут его показать нагляднее). Так же пешком при минимальной мощности, но с иными настройками LoRa.
- Частота передачи: 415,2 МГц
- Уровень мощности сигнала передатчика: 2 dBm (1,6 мВт)
- Длина пакета: 17 байт
- Spreading factor = 12 (4096 бит на символ)
- Bandwidth = 20,8 кГц (BW=4/8)
- Преамбула (длина) на передаче 16, на приеме 14
Это параметры, которые стало возможным использовать при применении ТСХО в качестве задающего генератора для SX1278. В теории такие параметры должны существенно увеличить дальность, но, при этом, длительность посылки значительно больше. В модулях E19-433M20S2/SC от e-byte такой режим неработоспособен.
Результат опыта также в виде трека (красным цветом). Для сравнения, желтым показаны результаты первого опыта.
Максимальная дальность, после которой пакеты уже не принимаются — 1350 метров. Длительность передачи пакета 12,8 сек.
Интересно отметить, что высота урожая в поле примерно в рост человека и при максимальном удалении сигнал появляется только когда антенна на голове выше колосьев (видны шаги вправо/влево от дороги).
Третий и четвертый тест. На машине и на велосипеде при максимальной мощности с типовыми настройками LoRa.
- Частота передачи: 415,2 МГц
- Уровень мощности сигнала передатчика: 20 dBm (100 мВт)
- Длина пакета: 17 байт
- Spreading factor = 11 (2048 бит на символ)
- Bandwidth = 62,5 кГц (BW=4/8)
- Преамбула (длина) на передаче 16, на приеме 18
Это «типовые» параметры, которые использовались ранее с модулями E19-433M20S2/SC от e-byte.
Здесь желтым — трек «на машине». Передатчик лежал там же под забором. Поэтому (не смотря на мощность сигнала) дальность не велика — максимум на горке (справа «пичок» на повороте в деревне) — дальность 1,6 км. Стабильный сигнал лишь в радиусе 500 метров.
Оранжевым (через поле) показан трек на велосипеде. Так же максимальная дальность на высоких (открытых) местах местности — не далее 1,8 км.
Пятый и шестой тесты. На машине по М7
После явно провальных тестов при размещении передатчика в траве под забором, решил провести тесты «в прямой видимости». Есть прямой участок трассы. По нему и решил проехать на машине.
- Частота передачи: 415,2 МГц
- Уровень мощности сигнала передатчика: 20 dBm (100 мВт)
- Длина пакета: 17 байт
- Spreading factor = 11 (2048 бит на символ)
- Bandwidth = 62,5 кГц (BW=4/8)
- Преамбула (длина) на передаче 16, на приеме 18
Это «типовые» параметры, которые использовались ранее с модулями E19-433M20S2/SC от e-byte.
Желтым — поставил банку на дерево у дороги и поехал на восток. Сигнал довольно скоро (на первом же спуске) пропал. Дальность 530 метров.
Решил переставить банку на другое дерево на вершине подъема — красным цветом. Намного лучше, удалось уехать подальше, но сигнал также пропал уже в деревне. Дальность 1410 метров.
Понял, что никакого смысла такие опыты не имеют. Очень все зависит от рельефа, погодных условий и расположения антенны.
Выводы: наличие МШУ сказывается на дальности благоприятно; уменьшение полосы и увеличение SF существенно увеличивают дальность, но и длительность посылки тоже возрастает.
Мнение разработчика модулей pinko:
Все имеет свою цену 🙂 . Большая дальность означает более длительное время передачи. Увеличим SF на 1 — удваивается время, сократим полосу наполовину — еще раз удвоим.
Все было задумано как трекер, а не телеметрия. Но все же можно многое сделать, чтобы улучшить ситуацию и сохранить дальность даже улучшить ее.
Для пакета данных — пока мы не пересекаем более чем одного меридиана или параллели — нам не нужно отправлять в пакете их координаты, что может сократить время передачи.
В воздухе всегда отличная дистанция приема и можно использовать даже очень высокие скорости передачи, т.е. более низкие настройки.
Таким образом, если мы заставим передатчик передавать например первые 10 минут на высокой скорости, а затем автоматически переключиться на очень низкую скорость, то есть на передачу с большим радиусом, мы сможем извлечь максимальную пользу. Конечно ресивер придется через 10 минут вручную переключать, но это небольшие неудобства.
Если делать Яги — я сделал очень быстро из алюминиевых стержней с болтами напрямую — и дальность приема можно еще заметно увеличить.
Файлы
CSV файлы с данными о замерах lora0207