Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272
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Proyecto Fin de CarreraEstudio y análisis de un
transceptor de largo alcance LoRaTM sx1272
TUTORES:Dr. Francisco Javier del Pino Suárez
Dr. Sunil Lalchand Khemchandani
Miércoles, 27 de mayo de 2015
Alberto Álvarez Polegre
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ÍNDICE DE CONTENIDOS• Introducción
• Técnicas FHSS y FEC
• Transceptor SX1272 y modulación LoRaTM
• Kit de desarrollo SX1272DVK1BAS
• Medidas
• Conclusiones
• Presupuesto
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ÍNDICE DE CONTENIDOS• Introducción
• Técnicas FHSS y FEC
• Transceptor SX1272 y modulación LoRaTM
• Kit de desarrollo SX1272DVK1BAS
• Medidas
• Conclusiones
• Presupuesto
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Semtech Long RangeCONCLUSIONES
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SX1272RF1BAS 868MHzINTRODUCCIÓN
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OBJETIVOS
• Estudio de la modulación LoRaTM
• Estudio del transceptor que la implementa, el SX1272
• Conocimiento del kit de desarrollo, la plataforma Eiger
• Testeo de la modulación y su rendimiento (pruebas y medidas)
• Extracción de conclusiones
INTRODUCCIÓN
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ÍNDICE DE CONTENIDOS• Introducción
• Técnicas FHSS y FEC
• Transceptor SX1272 y modulación LoRaTM
• Kit de desarrollo SX1272DVK1BAS
• Medidas
• Conclusiones
• Presupuesto
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BASE TECNOLÓGICA DE LoRaTM
• FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)
• FEC (Forward Error Correction)
• GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying)
TÉCNICAS FHSS Y FEC
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FHSS• Espectro ensanchado (SS)
TÉCNICAS FHSS Y FEC
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FHSS• Justificación teórica de SS• Teorema de Shannon-Hartley
𝐶 = 𝐵 · 𝑙𝑜𝑔2(1 + 𝑆𝑁𝑅)𝐶/𝐵 = (1/𝑙𝑛2) · 𝑙𝑛(1 + 𝑆𝑁𝑅) = 1.443 · ln (1 + 𝑆𝑁𝑅)𝐶/𝐵 = 1.443 · (𝑆𝑁𝑅 −𝑆𝑁𝑅2 / 2+𝑆𝑁𝑅3 / 3−𝑆𝑁𝑅4 / 4 + ⋯ )𝐶/𝐵 = 1.443 · 𝑆𝑁𝑅 𝐶/𝐵 ≈ 𝑆𝑁𝑅
base e
Maclaurin aln(1+SNR)
SNR << 1
TÉCNICAS FHSS Y FEC
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FHSS• Saltos de frecuencia con espectro ensanchado• Portadora de banda estrecha
• Salta de una frecuencia a otra dentro del SS
• Secuencia de salto pseudoaleatoria
• Ventajas• Menos interferencias de banda estrecha
• Aumento de SNR
• Difícil de interceptar
TÉCNICAS FHSS Y FEC
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FHSS• QAM
TÉCNICAS FHSS Y FEC
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FHSS• QPSK
TÉCNICAS FHSS Y FEC
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FHSS• GFSK
TÉCNICAS FHSS Y FEC
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FEC• Información redundante en cada
paquete
• Detecta y corrige el error
• No es necesario retransmitir paquetes
• Eficiente en entornos muy ruidosos
• Efecto cliff
TÉCNICAS FHSS Y FEC
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ÍNDICE DE CONTENIDOS• Introducción
• Técnicas FHSS y FEC
• Transceptor SX1272 y modulación LoRaTM
• Kit de desarrollo SX1272DVK1BAS
• Medidas
• Conclusiones
• Presupuesto
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DIAGRAMA DE BLOQUESTRANSCEPTOR SX1272 Y MODULACIÓN LoRaTM
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MODULACIÓN LoRaTMTRANSCEPTOR SX1272 Y MODULACIÓN LoRaTM
• Parámetros de diseño:• Factor de ensanchado (de 6 a 12)
• Ancho de banda (125, 250 y 500 KHz)
• Tasa de codificación (de 4/5 a 4/8)
Rs =BW/2SF
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MODULACIÓN LoRaTMTRANSCEPTOR SX1272 Y MODULACIÓN LoRaTM
• Estructura de los paquetes
• Preámbulo
• Cabecera
• Carga útil
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MODULACIÓN LoRaTMTRANSCEPTOR SX1272 Y MODULACIÓN LoRaTM
• Saltos de frecuencia con LoRaTM
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MODOS DE OPERACIÓNTRANSCEPTOR SX1272 Y MODULACIÓN LoRaTM
• SLEEP
• STAND-BY
• FSTX
• FSRX
• TX
• RXCONTINUOUS
• RXSINGLE
• CAD
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ÍNDICE DE CONTENIDOS• Introducción
• Técnicas FHSS y FEC
• Transceptor SX1272 y modulación LoRaTM
• Kit de desarrollo SX1272DVK1BAS
• Medidas
• Conclusiones
• Presupuesto
![Page 23: Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022013004/58f2a3ec1a28abfd708b45db/html5/thumbnails/23.jpg)
CONTENIDO DEL KITKIT DE DESARROLLO SX1272DVK1BAS
• 2 plataformas Eiger
• 2 módulos SX1272
• 2 dipolos λ/2
• 2 cables USB
• 2 punteros
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PLATAFORMA EIGERKIT DE DESARROLLO SX1272DVK1BAS
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SOFTWARE SX1272SKAKIT DE DESARROLLO SX1272DVK1BAS
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ÍNDICE DE CONTENIDOS• Introducción
• Técnicas FHSS y FEC
• Transceptor SX1272 y modulación LoRaTM
• Kit de desarrollo SX1272DVK1BAS
• Medidas
• Conclusiones
• Presupuesto
![Page 27: Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022013004/58f2a3ec1a28abfd708b45db/html5/thumbnails/27.jpg)
PROBLEMAS PREVIOSMEDIDAS
• Batería de la plataforma Eiger
• Imprecisión de la pantalla táctil
• Incompatibilidad plataforma Eiger – SX1272SKA
• Cefaleas por el transmisor
• Búsqueda de una configuración para las pruebas
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CONFIGURACIÓNMEDIDAS
• Control remoto mediante TeamViewer
• Acceso a Internet por red móvil
• 2 personas
• Conexión PC – plataforma Eiger
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CONFIGURACIÓNMEDIDAS
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PARÁMETROSMEDIDAS
• Potencia: 2 y 20 dBm
• Ancho de banda (B): 125 y 500 KHz
• Factor de ensanchado (SF): 7 y 12
• Tasa de codificación (CR): 4/5 y 4/8
• Carga útil: 12 bytes
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BATERÍA DE MEDIDASMEDIDAS
• Gran Canaria (urbano):• 259,32 m
• 293,54 m (no LoS)
• Gran Canaria (marino):• 3,5 km
• 5,84 km
• 19,56 km
• Tenerife (semiurbano):• 9,76 km
• Tenerife (marino):• 14,65 km
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GRAN CANARIA (URBANO): MEDIDA 1MEDIDAS
259,32 m
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GRAN CANARIA (URBANO): MEDIDA 1MEDIDAS
![Page 34: Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022013004/58f2a3ec1a28abfd708b45db/html5/thumbnails/34.jpg)
GRAN CANARIA (URBANO): MEDIDA 1MEDIDAS
2 dBm
4/5, 125, 7
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GRAN CANARIA (URBANO): MEDIDA 2MEDIDAS
293,54 m (no LoS)
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GRAN CANARIA (URBANO): MEDIDA 2MEDIDAS
20 dBm
4/8, 500, 7
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GRAN CANARIA (MARINO): MEDIDA 1MEDIDAS
3,5 Km
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GRAN CANARIA (MARINO): MEDIDA 1MEDIDAS
![Page 39: Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022013004/58f2a3ec1a28abfd708b45db/html5/thumbnails/39.jpg)
GRAN CANARIA (MARINO): MEDIDA 1MEDIDAS
2 dBm
4/5, 125, 12
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GRAN CANARIA (MARINO): MEDIDA 1MEDIDAS
20 dBm
4/8, 500, 7
![Page 41: Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022013004/58f2a3ec1a28abfd708b45db/html5/thumbnails/41.jpg)
GRAN CANARIA (MARINO): MEDIDA 2MEDIDAS
5,84 km
![Page 42: Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022013004/58f2a3ec1a28abfd708b45db/html5/thumbnails/42.jpg)
GRAN CANARIA (MARINO): MEDIDA 2MEDIDAS
2 dBm
4/8, 125, 7
![Page 43: Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022013004/58f2a3ec1a28abfd708b45db/html5/thumbnails/43.jpg)
GRAN CANARIA (MARINO): MEDIDA 2MEDIDAS
20 dBm
4/8, 125, 7
![Page 44: Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022013004/58f2a3ec1a28abfd708b45db/html5/thumbnails/44.jpg)
GRAN CANARIA (MARINO): MEDIDA 3MEDIDAS
19,56 km
![Page 45: Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022013004/58f2a3ec1a28abfd708b45db/html5/thumbnails/45.jpg)
GRAN CANARIA (MARINO): MEDIDA 3MEDIDAS
![Page 46: Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022013004/58f2a3ec1a28abfd708b45db/html5/thumbnails/46.jpg)
GRAN CANARIA (MARINO): MEDIDA 3MEDIDAS
20 dBm
4/8, 500, 7
![Page 47: Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022013004/58f2a3ec1a28abfd708b45db/html5/thumbnails/47.jpg)
TENERIFE (SEMIURBANO)MEDIDAS
9,76 km
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TENERIFE (SEMIURBANO)MEDIDAS
![Page 49: Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022013004/58f2a3ec1a28abfd708b45db/html5/thumbnails/49.jpg)
TENERIFE (SEMIURBANO)MEDIDAS
2 dBm
4/8, 125, 7
![Page 50: Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022013004/58f2a3ec1a28abfd708b45db/html5/thumbnails/50.jpg)
TENERIFE (SEMIURBANO)MEDIDAS
20 dBm
4/8, 500, 7
![Page 51: Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022013004/58f2a3ec1a28abfd708b45db/html5/thumbnails/51.jpg)
TENERIFE (MARINO)MEDIDAS
14,65 km
![Page 52: Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022013004/58f2a3ec1a28abfd708b45db/html5/thumbnails/52.jpg)
TENERIFE (MARINO)MEDIDAS
![Page 53: Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022013004/58f2a3ec1a28abfd708b45db/html5/thumbnails/53.jpg)
TENERIFE (SEMIURBANO)MEDIDAS
2 dBm
4/8, 125, 12
![Page 54: Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022013004/58f2a3ec1a28abfd708b45db/html5/thumbnails/54.jpg)
TENERIFE (SEMIURBANO)MEDIDAS
20 dBm
4/5, 125, 7
![Page 55: Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022013004/58f2a3ec1a28abfd708b45db/html5/thumbnails/55.jpg)
ÍNDICE DE CONTENIDOS• Introducción
• Técnicas FHSS y FEC
• Transceptor SX1272 y modulación LoRaTM
• Kit de desarrollo SX1272DVK1BAS
• Medidas
• Conclusiones
• Presupuesto
![Page 56: Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022013004/58f2a3ec1a28abfd708b45db/html5/thumbnails/56.jpg)
MODULACIÓN LoRaTM y SX1272CONCLUSIONES
• Combinación de FEC y FHSS: robustez frente al ruido
• Comunicación fiable en una banda muy saturada
• Baja tasa binaria
• Difícil de interceptar por agentes externos
• Entornos rurales -> B=500 KHz, SF=7
• Entornos urbanos -> B=125 KHz, SF=12
• Alcance máximo estimado 34 km
• Idóneo si se necesita fiabilidad
• Transmisiones puntuales o con baja carga útil
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LÍNEAS FUTURASCONCLUSIONES
• Equipo autónomo con STM32
![Page 58: Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022013004/58f2a3ec1a28abfd708b45db/html5/thumbnails/58.jpg)
LÍNEAS FUTURASCONCLUSIONES
• Internet of Things (IoT)
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LÍNEAS FUTURASCONCLUSIONES
• SmartBuilding & SmartCity
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LÍNEAS FUTURASCONCLUSIONES
• Piscifactoría
![Page 61: Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022013004/58f2a3ec1a28abfd708b45db/html5/thumbnails/61.jpg)
LÍNEAS FUTURASCONCLUSIONES
• Piscifactoría
![Page 62: Estudio y Análisis de un transceptor de largo alcance LORATM SX1272](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022013004/58f2a3ec1a28abfd708b45db/html5/thumbnails/62.jpg)
ÍNDICE DE CONTENIDOS• Introducción
• Técnicas FHSS y FEC
• Transceptor SX1272 y modulación LoRaTM
• Kit de desarrollo SX1272DVK1BAS
• Medidas
• Conclusiones
• Presupuesto
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PRESUPUESTO FINALPRESUPUESTO
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AGRADECIMIENTOS
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Proyecto Fin de CarreraEstudio y análisis de un
transceptor de largo alcance LoRaTM sx1272
TUTORES:Dr. Francisco Javier del Pino Suárez
Dr. Sunil Lalchand Khemchandani
Miércoles, 27 de mayo de 2015
Alberto Álvarez Polegre