CANSAT: Lora = Fausse Bonne Idée
Bonjour à tous,
Un des problèmes récurrent du concours CanSat, c'est la communication vers le sol. L'envoi de données télémétriques vers la station de base est un pré-requis.
Il est vrai que cette partie du concours nécessite des connaissances relativement pointues dans le domaine radio où presque toutes les équipes rencontre d'énormes difficultés.
La solution packet radio en 433 Mhz ne fait pas l'unanimité car, oui, il faut être pointilleux sur ses antennes pour dépasser la portée de 500m (j'ai atteints 3900m durant ma deuxième phase de test, et je ne suis pas encore en bout de portée).
Face à cette difficulté, il m'a été régulièrement proposé d'utiliser la modulation LoRa capable d'atteindre 20Km... sauf que ce n'est pas une bonne idée.
Voici pourquoi.
L'émetteur vole!
Que cela soit en paquet radio ou en modulation LoRa, l'émetteur n'est pas au sol et l'environnement sera inévitablement bruité (conséquence de la compétition).
Le problème d'antenne reste donc totalement identique... même si de "prime abord" LoRa semble plus performant.
Il faudra donc deux antennes spécifiques:
- Une pour l’émetteur
- Une directionnelle pour le récepteur (Yagi 868MHz).
Sur ce point, les problème est identique au 433MHz.
La modulation LoRa
La modulation LoRa est aussi appelée CHiRP. Cet acronyme n'est pas choisi par hasard, cela fait référence au piaillement d'un oiseau.
Les oiseaux piailles fort et par intermittence, ce qui lui permet de passer par dessus le bruit environnant. Par difficile de les identifier ainsi que leur provenance.
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| Modulation Chirp en action |
Vous le comprendrez, la modulation LoRa profite d'un silence relative pour émettre une courte mais forte impulsion pour transmettre un peu d'information.
C'est pour cela que le temps d'émission LoRa est limité à 1% du temps.
Sinon, il y a trop de bruit (le plafond du bruit augmente) et il devient impossible de repérer/détecter un message en particulier.
En gros, cela correspondrait un peu à ceci:
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| Modulation Chirp inefficace - trop de communication simultanée/bruit |
Le temps d'émission (duty cycle)
C'est pour éviter la cas de figure ci-dessus que le temps d'émission est limité à 1%, soit un total de 36 secondes par heure (3600 secs). De sorte a éviter la situation ci-dessus.
Comme la durée de descente de la CanSat est de l'ordre de 60 secondes, la transmission de données transmission de données doit donc se faire en rafale pour transmettre un maximum d'information.
Quelqu'un d'inspiré m'a dit que "60 secondes ce n'est que 2% du temps sur 24 heures ... cela reste en accord avec la législation"... sauf que c'est une erreur sur le plan technique!
En effet:
- Plusieurs équipes tente la modulation LoRa... avec transmission en rafale dans les même gammes de fréquence.
Le seuil du niveau de bruit risque fort d'être astronomique (crf image ci-dessus) de quoi perturber les communications. - C'est sans compter sur les équipes au sol qui font également leurs préparations/tests LoRa avant lancement. Autant d'émissions venant polluer l'environnement radio-fréquence.
- Enfin, LoRa n'est pas prévu pour la transmission massive et les équipes viendront à triturer le Spreading Factor... ce qui augmentera encore la congestion.
Il faut garder à l'esprit que durant les phases de tests et la compétition, les comportements fort peu respectueux du réseau de communication auront des conséquences sur les 10 Km environnants!
Les transmissions LoRa et solutions makers et professionnelles seront inévitablement et défavorablement impactés/bruités durant ces périodes.
Le spreading factor
Le Spreading Factor (SF) détermine la durée des Chirps (piaillements) utilisé pour encoder les données. Plus on augmente le Spreading Factor et plus lent est le glissement des fréquences durant le l'émission du Chirp.
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| Impact of Spreading Factor Source: Development of LoRaWAN Blind ADR |
Accroître le Spreading Factor augmente la fiabilité de transmission. Ce qui permettra aussi d'augmenter la portée du signal.
Par contre, l'augmentation du Spreading Factor diminue le débit et, par conséquent, consomme aussi plus d'énergie pour une transmission identique.
Conclusion
LoRa n'est pas une solution destinée l'envoi massif de données... ni une solution nécessitant un quelconque débit.... parce que ce n'est pas fait pour cela!
Si vous n'arrivez pas établir une communication moyenne distance avec un module RFM69, ce n'est pas la modulation LoRa qui apportera la solution miracle.
La solution se trouve , toujours et encore, dans la fabrication des antennes.
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