LoRa Technologie
Long Range Radio Frequency Technology - Die Grundlage für weitreichende, energieeffiziente IoT-Kommunikation
Was ist LoRa?
LoRa (Long Range) ist eine proprietäre drahtlose Funktechnologie, die von Semtech entwickelt wurde. Sie ermöglicht Langstreckenkommunikation mit extrem niedrigem Energieverbrauch zwischen Geräten. LoRa bildet die physikalische Schicht (PHY) für drahtlose Netzwerke und ist besonders geeignet für das Internet der Dinge (IoT).
Im Gegensatz zu herkömmlichen Funktechnologien wie WiFi oder Bluetooth, die auf kurze Reichweiten optimiert sind, wurde LoRa speziell entwickelt, um große Entfernungen mit minimalem Stromverbrauch zu überbrücken.
Technische Funktionsweise
Chirp Spread Spectrum (CSS) Modulation
Die Kerntechnologie von LoRa ist die Chirp Spread Spectrum (CSS) Modulation. Diese spezielle Modulationstechnik unterscheidet sich grundlegend von traditionellen Modulationsverfahren wie ASK (Amplitude Shift Keying) oder FSK (Frequency Shift Keying).
Was sind Chirps?
Ein Chirp ist ein Signal, dessen Frequenz kontinuierlich über die Zeit ansteigt oder abfällt. Bei LoRa werden diese Chirp-Signale verwendet, um Daten zu kodieren:
- Jedes Datensymbol wird durch einen zyklisch verschobenen Chirp über die gesamte Bandbreite dargestellt
- Die Position der Frequenzverschiebung kodiert die Information
- Diese Technik ermöglicht es, Signale auch bei sehr niedrigen Signal-Rausch-Verhältnissen zu dekodieren
Spreading Factor (SF)
Der Spreading Factor ist ein zentraler Parameter bei LoRa und bestimmt das Verhältnis zwischen Datenrate und Reichweite:
| Spreading Factor | Chips pro Symbol | Datenrate | Reichweite |
|---|---|---|---|
| SF7 | 128 | Hoch (bis 27 kbit/s) | Kurz |
| SF8-SF10 | 256-1024 | Mittel | Mittel |
| SF11-SF12 | 2048-4096 | Niedrig (0.3 kbit/s) | Maximum |
Ein höherer Spreading Factor bedeutet:
- Größere Reichweite - Das Signal kann weiter übertragen werden
- Bessere Störfestigkeit - Robuster gegenüber Interferenzen
- Niedrigere Datenrate - Weniger Bits pro Sekunde
- Längere Sendezeit - Höherer Energieverbrauch pro Paket
Schlüsselfunktionen & Vorteile
Extreme Reichweite
- Urban: 2-5 km in Stadtgebieten
- Suburban: 5-10 km in Vorstädten
- Ländlich: 10-15 km mit Sichtverbindung
- Rekord: Über 200 km unter idealen Bedingungen dokumentiert
Energieeffizienz
- Batterielebensdauer: 5-10 Jahre mit einer Batterie
- Sendeleistung: Nur 10-25 mW typisch
- Sleep-Modus: Mikroampere-Verbrauch im Standby
- Solar-fähig: Einsatz mit kleinen Solarpanels möglich
Frequenzbänder
- Europa: 868 MHz (ISM-Band)
- Nordamerika: 915 MHz (ISM-Band)
- Asien: 433 MHz und 923 MHz
- Global: 2.4 GHz für höhere Datenraten
Lizenzfrei
- Keine Lizenz erforderlich für ISM-Bänder
- Geringe Kosten für Hardware und Betrieb
- Offene Standards in der LoRaWAN-Spezifikation
- Community-Support durch Open-Source-Projekte
Technische Spezifikationen
Modulationsparameter
Bandbreite: 7.8 kHz bis 500 kHz
Spreading Factor: SF7 bis SF12
Coding Rate: 4/5, 4/6, 4/7, 4/8
Datenrate: 0.3 - 27 kbit/s
Empfindlichkeit: Bis zu -148 dBm
Link Budget: Bis zu 168 dB
Warum ist LoRa so störfest?
Die Chirp Spread Spectrum Technologie verteilt das Signal über eine große Bandbreite. Dadurch wird:
- Schmalbandige Störungen werden "herausgemittelt"
- Mehrfachreflexionen (Multipath-Fading) werden kompensiert
- Doppler-Effekte bei bewegten Sendern toleriert
- Interferenzen mit anderen Funksystemen minimiert
Praktische Anwendungen
Smart Cities
- Parkplatz-Sensoren
- Straßenbeleuchtung
- Müllcontainer-Füllstand
- Luftqualitätsmessung
Landwirtschaft
- Bodenfeuchtigkeit
- Vieh-Tracking
- Wetterstationen
- Bewässerungssteuerung
Industrie
- Asset-Tracking
- Predictive Maintenance
- Energiemonitoring
- Lagerverwaltung
LoRa im Vergleich
| Technologie | Reichweite | Datenrate | Energieverbrauch | Lizenz |
|---|---|---|---|---|
| LoRa | 2-15 km | 0.3-27 kbit/s | Sehr niedrig | Lizenzfrei |
| WiFi | 50-100 m | 11-600 Mbit/s | Hoch | Lizenzfrei |
| Bluetooth | 10-100 m | 1-3 Mbit/s | Niedrig | Lizenzfrei |
| Cellular (4G/5G) | 1-10 km | 10-1000 Mbit/s | Hoch | Lizenziert |
| Sigfox | 3-50 km | 100 bit/s | Sehr niedrig | Lizenzfrei |