LoRa 현지화

Link Labs에서는 LoRa를 사용하여 "네이티브" 위치 정보를 수행하는 데 관심이 증가하고 있다는 소식을 듣고 있습니다. 이것은 3개 이상의 게이트웨이를 사용하여 수신된 LoRa 신호에 대한 TDOA(도달 시간차) 계산을 수행하고 위치를 계산하는 것을 의미합니다. 쉬워보이죠?

업데이트: Semtech는 이제 이 기능이 "현재 사용 가능"하다고 발표했으며 이는 매우 흥미로운 것으로 입증될 것입니다. 이 보도 자료를 참조하십시오.

업데이트 #2: Semtech에서 발표한 이 현지화 보고서에 따르면 11개의 게이트웨이를 사용하는 단일 패킷의 오류율은 10%입니다. 도시 환경에서 500미터가 조금 넘습니다. 원을 그리려면 현재 위치가 시간의 90% 이내이고 지름이 1km가 조금 넘습니다. 이유를 이해하려면 계속 읽으십시오.

이것은 라디오에서 해결하기 가장 어려운 문제 중 하나이며 Link Labs에서는 "시간 영역" 기반 로컬라이제이션 시스템 구축에 대한 광범위한 경험을 보유하고 있습니다. 우리는 사람들과 회사들이 네이티브 LoRa 로컬라이제이션의 전망에 대해 흥분하고 있다는 것을 알고 있지만, 우리의 전문적인 전문성은 LoRa(또는 모든 저전력, 협대역, RF 기술-Sigfox 등)를 사용한 정확한 로컬라이제이션이 극도로 어렵다는 결론에 이르게 합니다. 사용 가능한으로 성공적으로 개발하는 것은 불가능합니다. 접근합니다.

이 기사는 높은 수준을 유지하기 위해 노력할 것입니다. 수준 - 기술적인 세부 사항에 대해 자세히 알아보려면 하단의 읽기 목록을 참조하세요.

1. 직접 경로 에너지

두 점 사이의 거리를 측정하려면 구불구불한 경로가 아닌 직접 경로를 측정해야 한다는 것은 매우 간단합니다. LoRa의 가장 좋은 기능 중 하나는 다중 경로 채널에서 매우 잘 작동하기 때문에 신호가 두 개의 벽을 통과하고 홀을 통과하고 엘리베이터 샤프트를 타고 올라간 후에도 쉽게 수신할 수 있다는 것입니다. 같은 건물의 44층에 있는 Symphony Link 모듈과 통신하는 4층의 LoRa 게이트웨이를 사용하는 고객이 있습니다. 신호는 40개의 10인치 콘크리트 슬래브를 관통하지 않습니다. 그것은 창밖으로 나가 길 건너 건물에서 튀어나와 다시 안으로 향합니다. 이 경로의 길이는 아마도 직접 경로 길이의 두 배 이상일 것입니다.

직접 경로(다중 경로 신호 대비)를 감지하는 기능은 (TIME on AIR) x BANDWIDTH x POWER의 함수입니다. LoRa 신호는 적절한 대역폭과 방송 시간을 제공하지만 신호는 사용 사례 및 규정의 특성에 따라 전력이 낮습니다.

결론:송신기와 수신기 사이에 거의 직접적인 가시선이 없는 한 직접 경로를 감지하기에 채널 에너지가 충분하지 않으며 "상관 잡음 플로어"(가장 약한 시간- 감지 가능한 기반 신호)는 제한된 시간-대역폭 곱에 의해 상승됩니다.

2. 다중 경로 상관 분석

이것은 LoRa의 더 큰 문제이지만 수학적으로 복잡합니다. 다음 문장을 세 번 읽어보세요.

다시 말해(x2)…

인간에 기반한 예를 ​​들어보겠습니다. 알람처럼 크고 성가신 소리를 들어본 적이 있습니까? 나는 높은 음의 음표와 같이 단일 주파수의 음색에 대해 이야기하고 있습니다. 어디서 왔는지 알기 어려웠나요? 두 귀의 도착 시간 차이를 결정할 때 두뇌가 매우 정교하기 때문입니다. 그래야 소리가 나는 방향을 알 수 있습니다. 이 경보음의 경우 신호에 귀가 TDOA를 결정하기에 충분한 대역폭이 없었기 때문에 전혀 몰랐습니다. 이것은 광대역 부저 및 경보가 도입됨에 따라 사이렌 및 트럭 후진 경보 산업에서 큰 초점입니다. 그런 소리를 듣는 사람을 보면 머리를 앞뒤로 흔들며 우리 뇌가 가지고 있는 "백업" 위치 파악 기술을 사용하여 귀 모양을 사용하여 가장 강한 신호의 방향(예:도착 각도)을 찾습니다.

표준 LoRa 신호의 대역폭은 125kHz입니다. 다중 경로 구성 요소가 있는 신호를 수신하고 두 개의 다른 경로 길이 간의 차이를 알려주는 수신기의 기능을 제어하는 ​​관계는 c/B입니다. (빛의 속도/대역폭).

c / 125kHz =2398m

그래서….LoRa 기지국이 직접 경로 구성 요소(어려울 수 있음, #1 참조)와 여러 다중 경로 신호가 있는 신호를 수신하는 경우 해당 경로의 차이가 2.4km보다 크지 않으면 차이를 결정하는 것이 불가능합니다. . 따라서 직접 경로 신호는 모든 다중 경로의 존재에 의해 "길게 당겨집니다".

이 그림에서 하나는 직접 경로와 하나는 반사 경로의 2가지 경로를 기반으로 하는 단순화된 범위 계산을 볼 수 있습니다. 경로 1과 경로 2의 길이 차이가 2.4km 미만이므로 125kHz 신호의 상관 관계에서는 상관 관계가 이들을 개별적으로 해결할 수 없으므로 함께 그룹화합니다. 이는 범위 계산에 오류가 발생하는 효과가 있습니다.

이 예를 다시 실행하지만 대역폭이 10MHz인 신호를 사용하면 이제 30m 이상의 경로 차이를 해결할 수 있습니다. (c / 10Mhz =30m). 1과 2의 길이 차이가 30m 이상이라고 가정하면 상관 함수는 이제 경로를 이산적으로 식별할 수 있으므로 계산된 범위는 실제 범위에 매우 가깝습니다.

결론:무선 범위를 측정하려면 직접 경로에서 이를 감지할 수 있는 충분한 에너지가 필요하고 반사 신호와 반사 신호가 아닌 것을 구분할 수 있는 충분한 대역폭이 필요합니다.

3GPP 커뮤니티는 수년 동안 GSM 신호의 TDOA를 시도했지만 바로 이러한 이유로 포기했습니다. GSM 송신기는 또한 최대 2W 및 200kHz 대역폭입니다. 따라서 더 많은 전력과 더 많은 대역폭으로 수십억 달러 규모의 산업은 물리학에 필적할 수 없음을 알게 되었습니다. LoRa로 TDOA를 조사하는 커뮤니티가 새로운 아이디어를 가질 가능성이 있지만 여전히 힘든 싸움을 하고 있습니다.

평균은 어떻게 되나요?

시간 경과에 따른 신호의 평균화가 매우 도움이 되는 유일한 방법은 수신기와 송신기가 전송 간에 위상이 고정된 상태를 유지할 수 있는 경우입니다. 이것은 채널의 유효 에너지를 높이는 데 도움이 되고 문제 #1을 해결하는 데 도움이 됩니다. LoRa 송신기는 절전 모드로 전환되어 거친 발진기로 작동하므로 평균화는 계속해서 동일한 측정이 될 것입니다.

게이트웨이를 더 사용하는 것은 어떻습니까?

일부 수신기가 강력한 직접 경로 신호를 가질 가능성이 훨씬 더 높기 때문에 이것은 절대적으로 도움이 될 것입니다. 직접 경로 신호의 전력이 매우 높으면 다중 경로 신호가 범위 영역에 미치는 영향은 무시할 수 있습니다. 이것이 이상적인 시나리오에서 10m 미만의 정확도를 달성할 수 있는 이유입니다. 수많은 게이트웨이의 문제는 바로 수많은 게이트웨이를 구입하여 설치해야 한다는 것입니다. 그 시점에서 시스템 비용은 저렴한 게이트웨이를 사용하더라도 대안의 비용을 초과할 수 있습니다.

Link Labs에서 이것을 게시하는 이유는 무엇입니까?

Link Labs는 기본적으로 엔지니어링 회사이며, 따라서 우리는 마케팅 과대 광고를 구축하기보다 엔지니어링 문제를 해결하는 데 더 많은 노력을 기울이고 있습니다. Link Labs의 핵심 가치는 우리 시스템으로 가능한 일과 관련하여 고객 및 파트너에게 절대적으로 투명하다는 것입니다. 우리는 기술의 한계에 대해 솔직하고 정직하면 장기적으로 더 나은 성과를 낼 수 있다고 믿습니다. 또한 LoRa를 사용한 로컬라이제이션에 대한 질문을 많이 받고 상업적 실행 가능성에 대한 정직한 평가가 필요하다고 강력하게 느낍니다.

훌륭하지만 지리적 위치는 여전히 킬러인 LoRa 앱입니다.

우리는 동의한다! 다음은 LoRa의 기능을 사용하고 이를 현지화와 결합하는 세 가지 방법입니다.

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GPS. GPS 칩을 사용하여 위치를 파악하고 LoRa를 통해 다시 배송합니다. 쉬운. 그러나 이것은 기본 LoRa 위치 정보를 수행하는 것보다 전력 소모가 많고 비용이 많이 들며 외부에서만 작동합니다.

근접/RSSI 역 비커닝. 이 경우 엔드포인트(Bluetooth 송신기와 같은)는 고정된 LoRa 지원 리더에 메시지를 보냅니다. 그런 다음 이 판독기는 신호 강도와 시간을 LoRa 네트워크로 다시 보냅니다. 이에 대한 좋은 예를 보려면 www.AirFinder.com을 확인하십시오.

기회의 신호/PHY 보고. 이 사용 사례에서 LoRa 송신기는 WiFi 기지국 스캐너와 같은 것과 쌍을 이룹니다. 끝점은 보고 있는 WiFi 기지국과 RSSI를 보고합니다. 그런 다음 Skyhook과 같은 데이터베이스를 사용하여 노드가 실제로 어디에 있는지 알아냅니다.

이것은 시작에 불과합니다! 이러한 기술(또는 아직 생각하지 못한 다른 기술)을 사용하여 실내 및 실외 자산 추적에 대해 함께 작업하려면 연락하십시오.

읽기 목록:

이 백서는 위의 사항(및 그 이상)을 다룹니다. 특히 200kHz에서 GSM으로 TDOA를 수행할 때의 어려움에 대해 설명합니다.

이 문서는 전체 공간을 주의 깊게 배치하는 데 큰 역할을 합니다.

이 백서는 초광대역 시스템에 더 중점을 두고 있지만 몇 가지 좋은 수학적 배경을 제공합니다.