Más posibilidades para comunicarse
LoRa también se ha extendido a la banda de 2,4 GHz que no está regulada en todo el mundo y es utilizada por protocolos como Wi-Fi y Bluetooth.
La mayor fiabilidad y robustez de la tecnología LoRa original y LR-FHSS permite conexiones IoT de baja potencia en esta banda, por ejemplo, para aplicaciones de edificios inteligentes con sensores respaldados por batería o incluso sin batería que recolectan energía de la luz o la radiofrecuencia (RF). Esto puede ser un verdadero desafío con otros protocolos.
LoRa fue diseñado desde cero para un funcionamiento de baja potencia, comenzando en las bandas sub-GHz pero llevando esas ventajas a las frecuencias de 2,4 GHz y banda S.
La modulación Chirp Spread Spectrum (CSS) propaga las señales de banda estrecha a través de un canal más amplio, lo que permite una mayor resistencia a las interferencias y bajos niveles de relación señal/ruido. Esto reduce el requerimiento de energía. También funciona con la arquitectura de la red para brindar una potencia aún menor para una duración típica de la batería de 15 años en las bandas sub-GHz sin licencia.
Parte de la eficiencia energética también proviene de los límites de los ciclos de trabajo en algunas regiones. En Europa, por ejemplo, el ciclo de trabajo está limitado al 1%, lo que se traduce en un dispositivo que tiene un máximo de 36 segundos cada hora para la transmisión.
Esto evita que las bandas de frecuencia se sobrecarguen y asegura que la señal pueda operar sin demasiada interferencia. Esto ayuda a mantener la potencia más baja, ya que el transceptor no necesita proporcionar más potencia para superar la interferencia. El protocolo LR-FHSS recientemente introducido también permite un uso más eficiente de la energía al reducir aún más el efecto de la interferencia en la señal.
Diferentes protocolos y sus mejores propiedades
El protocolo LR-FHSS también admite pasar a la banda S para enlaces satelitales y la banda sin licencia de 2,4 GHz con más eficiencia energética que otras tecnologías IoT de largo alcance como LTE-M, NB-IoT y 2G, 3G, 4G y ahora 5G celular. También es más eficiente energéticamente que las tecnologías de corto alcance en la banda sin licencia de 2,4 GHz, como Wi-Fi y Bluetooth.
LTE 4G y 5G se utilizan para enlaces de largo alcance, alto ancho de banda y baja latencia con altos niveles de seguridad, pero tienen un mayor consumo de energía, ya que son esencialmente módems de telefonía móvil con la potencia y los costos asociados con las redes móviles.
GSM 2G y 3G brindan un menor costo y consumo de energía que LTE, por lo que son una opción para dispositivos simples que requieren una duración de la batería de algunos años. Sin embargo, estas redes se están cerrando en todo el mundo para liberar espectro y, por lo tanto, no son una solución a largo plazo para los diseños actuales.
Como sugiere el nombre, LTE-M es una versión de menor potencia de LTE. Pero la tecnología se ha optimizado aún más para una potencia más baja en NB-IoT de banda estrecha que opera en el espectro con licencia y es comparable a LoRa en consumo de energía.
Al igual que LTE-M, NB-IoT utiliza acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA) en el enlace ascendente, FDMA ortogonal (OFDMA) en el enlace descendente y modulación por desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK). Esto es adecuado para aplicaciones de IoT que requieren comunicaciones más frecuentes y casos de uso de baja energía y alta penetración, como sensores subterráneos. Tiene un ancho de banda de 180 kHz, similar a los 125 kHz de LoRa con una velocidad de datos similar, pero es inherentemente más complejo que LoRa, lo que lleva a una duración de la batería de hasta 10 años.
En la banda de 2,4 GHz también está Wi-Fi, Bluetooth y redes Mesh como Zigbee (ahora llamada Matter). Wi-Fi tiende a tener una duración de la batería de unos pocos días, pero es compatible con multimedia de varios Mbit, mientras que Bluetooth puede durar meses con datos en Mbit y Zigbee puede durar un par de años con tasas de bit más bajas en el rango de los kilohercios.
La elección del protocolo para un nodo IoT tiene un impacto directo en el consumo de energía y la duración de la batería. El uso de LoRa o LR-FHSS brinda una ventaja significativa en la vida útil de los diseños de nodos de IoT respaldados por baterías y de recolección de energía, lo que reduce el costo de implementación y entrega de datos de nodos de todo el mundo.
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