LORA и SF

[dokoff]

Здравствуйте, товарищи.
Вопрос чисто теоретический для людей практикующих
Есть радиомодули LORA. Собственно не важно на какой частоте. Ширина канала 125кГц. Можно выбрать SF (spreading factor) от 7 до 12.
FS7 более скоростной. Но скорость мне как-то не особо важна. Меня интересует радиус.
Так вот собственно вопрос, кто юзал на практике модули, в реальных условиях:
Насколько сильно SF влияет на радиус?
Опять же теоретически, модули будут использоваться вдали от цивилизации (минимальное влияние помех). Поскольку до ближайшего леса у нас трамваи не ходят, хотелось бы услышать пока опыт других людей.
Если не сложно, то поделитесь практическими мыслЯми.

[КРАМ]

[uquote="dokoff",url="/forum/viewtopic.php?p=4109852#p4109852"]Насколько сильно FS влияет на радиус?[/uquote]
Есть при распространении радиоволн такой неприятный эффект, который называется многолучевым распространением. Он вызывает пространственную интерференцию и, как следствие, практически нулевые замирания даже при небольших расстояниях. Тогда от мощности/типа модуляции/полосы канала связи ничего не зависит. Там просто НЕТ СИГНАЛА. Это радиотень.
Вопрос решается распределенной системой антенн. Но это относительно громоздкий метод.

[dokoff]

КРАМ, спасибо. Но меня, по факту, интересует все же относительная разница между SF7 и SF12, а не в целом подводные камни распространения радиоволн.
Пожалуй стоит добавить, что меня не интересует плотное покрытие "без тени", "дыр", "ям" и прочего. Точнее такой задачи не стоит.

Ну и еще позволю добавить в общем. Тестировал модули 868мГц, 50мВт, LORA. Ант. штырь четверть. В условиях "квартиры". Передатчик валялся на столе в глубине квартиры. Я с 17го этажа спустился по лестнице до 3го, практически без потерь пакетов. Что меня крайне впечатлило. Это было на SF12. Т.е. "проникаемость" сигнала однозначно конек LORA. И тут сразу очевидно преимущество SF12 над SF7... этак на этажей 5-6. В городских условиях. А вот будет ли это значительное преимущество "на открытом воздухе", вдали от помех - вот в чем суть моего вопроса. Ибо SF12 жрет энергию как не в себя (за счет временного увеличения сеанса).

[КРАМ]

Чем уже полоса, тем ниже шум. Для некорреляционных методов приема (именно так в LoRa) это правило соблюдается. То есть замедление скорости передачи приводит к большей дальности.

[dokoff]

КРАМ, полоса и там и там одинаковая - 125. Про скорость тоже понятно. Вопрос сохранит ли ощутимое преимущество SF12 над SF7 вне городских условий, в чистом поле.

[КРАМ]

Нет, так не бывает. Чем ниже скорость, тем уже полоса СИГНАЛА. Для сквозной обработки, естественно. Выделенная полоса может быть любой.
Никто адекватных данных для "загородного чистого поля " вам не даст. Точнее, такого рода данные повторить на практике невозможно.

[dokoff]

КРАМ, товарищ.... SF7 от SF12 отличается условно длительностью 1й и 0й. Сигнал "растягивается" во времени.
Ну есть второй вариант - я вообще не понимаю что такое LORA.
SF7/62.5кГц = 2169 бод
SF12/62.5кГц = 91 бод
SF7/125кГц = 4338 бод
SF12/125кГц = 183 бод...
Рабочая (фактическая) полоса при SF7/125кГц и SF12/125кГц будет равной. Увеличивается лишь время передачи.

[uquote="КРАМ",url="/forum/viewtopic.php?p=4109879#p4109879"]Никто адекватных данных для "загородного чистого поля " вам не даст. Точнее, такого рода данные повторить на практике невозможно.[/uquote]
Не совсем понимаю почему. Я ведь не прошу предоставить мне "данные" в сравнении город/поле. Я прошу поделиться "данными" поле SF7/SF12. Т.е. относительные, одного оборудования, одного типа местности. И под словом "данные" Вы что имеете ввиду? Я подразумеваю лишь личный опыт, хотя бы на субъективных ощущениях.

Добавлено after 10 minutes 41 second:

[КРАМ]

[uquote="dokoff",url="/forum/viewtopic.php?p=4109883#p4109883"]Сигнал "растягивается" во времени.[/uquote]
"Растягивание" сигнала во времени приводит к сужению его полосы. Полосы СИГНАЛА, а не полосы физического канала выделенного протоколом. Фильтрация в цифровом приемнике делается ОПТИМАЛЬНОЙ. То есть полоса ФИЛЬТРАЦИИ совпадает с полосой спектра занимаемым сигналом. Таким образом энергия шума относительно энергии сигнала понижается, поскольку шум, в отличии от сигнала имеет фиксированную спектральную плотность в выделенном частотном диапазоне.
При этом стоит помнить, что дело тут не столько в скорости переключения нулей единиц, а именно в информационной скорости. Накопить сигнал можно разными способами. В том числе, применяя и блочные коды с обнаружением и исправлением ошибок.
То есть визуально сигнал может занимать прежнюю полосу, но в пакете избыточность будет составлять, например, 70%.

[dokoff]

КРАМ, ок. Остановимся на этом. Если я уверен, что при модуляции FSK Ваши слова полностью справедливы, то я вовсе не уверен относительно LORA. А именно (повторюсь) для ширины полосы 125кГц с разным SF. Ели в городских условиях с FSK все давно и всем понятно (скорость/дальность), то с LORA есть меня вопросы. А именно относительная взаимосвязь SF при равной выделенной полосе. Дает ли SF12/125кГц перед SF7/125кГц ощутимый прирост радиуса в поле, как он это делает в городских условиях. Или овчинка не стоит выделки. Интересует скорее практическое сравнение, а не теоретическое предположение на основе общих принципов распространения радиоволн. Понятно к LORA можно применить общие принципы, куда же без них... но меня интересует именно сам "феномен" технологии LORA.

Добавлено after 5 minutes 20 seconds:
[uquote="КРАМ",url="/forum/viewtopic.php?p=4109892#p4109892"]но в пакете избыточность будет составлять, например, 70%.[/uquote]
Ну вот мы и добрались до сути вопроса. Потому я спрашиваю не вообще про принципы распространения радиоволн, а про конкретный стандарт. Поскольку мы по определению знаем, что стандарт "фиксированный", т.е. вопрос не из разряда "а что будет, если я увеличу плотность сигнала и расширю полосу", где можно было бы применить общее понимания принципов, а про конкретную программно-железную реализацию. Еще точнее "относительное сравнение разных параметров передачи данных в рамках протокола".

[КРАМ]

[uquote="dokoff",url="/forum/viewtopic.php?p=4109897#p4109897"]при модуляции FSK Ваши слова полностью справедливы[/uquote]
Причем тут модуляция? Это основы теории. По сути, закон сохранения энергии для радиоканала.
Нет никакого "феномена" у LoRa.

Добавлено after 3 minutes 38 seconds:
[uquote="dokoff",url="/forum/viewtopic.php?p=4109897#p4109897"]а про конкретную программно-железную реализацию. Еще точнее "относительное сравнение разных параметров передачи данных в рамках протокола".[/uquote]
Еще раз. Вы не получите объективных и РЕПРЕЗЕНТАТИВНЫХ данных такого рода. Вы можете сами при фиксированной местности получить две дальности для 7 и 12 и со спокойной душой экстраполировать их на "чистое поле" ( в смысле "во сколько раз" в чистом поле 12 будет дальше, чем 7). Потерям в канале глубоко наплевать на физику их образования. Или из -за интерференции или из-за дивергенции поля. Абсолютно фиолетово. Можно просто аттенюатор в кабель.
ЗЫ.
Кстати. Аттенюатор - это хороший способ для оценки дальности в поле. График затухания на открытой местности - известная вещь. Увеличиваете затухание в кабеле и смотрите на срыв связи. Полученная величина затухания через график даст искомую дальность.

[dokoff]

[uquote="КРАМ",url="/forum/viewtopic.php?p=4109900#p4109900"]Причем тут модуляция? Это основы теории. По сути, закон сохранения энергии для радиоканала.
Нет никакого "феномена" у LoRa.[/uquote]
Да? Странно. Я думал модуляция тут очень даже при чем. Например с FSK при той же мощности, частоте, той же полосе, я потеряю пакеты не то что этажом ниже, а как только закрою металлическую дверь. ТЕМ БОЛЕЕ на частоте 868мГц. Еще раз... я не спрашиваю насколько далеко теоретически распространиться сигнал, если я стукну телеграфным ключом.
Феномен LORA как раз в реализации протокола, который ей позволяет вытаскивать полезный сигнал практически из шума. Визуально - действительно из шума, сигнала даже признаков нет "на глаз". Конечно сигнал там есть, конечно, LORA работает на общих принципах распространения радиоволн. Это ("феномен" реализации протокола) как раз и позволяет ее использовать в условиях города, в многоэтажных домах, для снятия показаний счетчиков водоснабжения, например.
Экстраполировать теоретически можно все что угодно, однако речь про конкретный протокол, который может быть ЗАНЧИТЕЛЬНО эффективен в условиях города, за счет своей условной помехоустойчивости, но крайне малоэффективен (относительно затраченной энергии/времени) за пределами помех. И опять же, я речь веду про конкретный стандарт и относительное сравнение его режимов работы. Сохраниться ли это значительная эффективность. Мощность одна, полоса одна, плотность полосы условно одна (допустим за счет избыточности данных CRC).
Я прекрасно понимаю, что LORA - это не волшебная технология полученная из тайных лесов, где обитают единороги. Вполне возможно я сильно заморачиваюсь и действительно тут можно обойтись обычной экстраполяцией, но все же хотелось бы услышать мнение тех, кто имел возможность в примерных условиях использовать технологию LORA.

PS на ютюбе есть несколько видосов, как раз из леса, где примерно в равных условиях тестировались FSK и LORA (разные модули), где LORA хоть и дала большее преимущество, но незначительно. Однако в условиях города LORA показывает себя значительно лучше. Однако такой тест мне не очень информативен... т.к. там использовался один SF.

PSS Опять же ... вопрос не про теоретическое распространение радиоволн, а про эффективность. При 50мВт равные по чувствительности приемники могут принять сигнал один - 50 метров, а другой - 500 метров. Хотя оба приемника "услышат сигнал" на 500 метров, но только один из них сможет получив из шума полезный сигнал, интерпретировать данные, произвести коррекцию ошибок и выдать данные в виде правильного пакета данных. Т.е. для конечного результата протокол и его реализация важны. Хотя для теории достаточно понимать, что оба приемника приняли полезный сигнал. Мне важен результат и его эффективность.

[КРАМ]

[uquote="dokoff",url="/forum/viewtopic.php?p=4109915#p4109915"]Визуально - действительно из шума, сигнала даже признаков нет "на глаз".[/uquote]
Это зависит от ПОЛОСЫ АНАЛИЗА при наблюдении.
Например, если полоса анализа анализатора спектра составляет 1 кГц и шум канала, например, -60дБ, то переключив на полосу 100 Гц мы легко опустим шум на 10 дБ (до -70 дБ). Все возможности тут определяются лишь стабильностью гетеродина в анализаторе спектра....
Это не просто теория, а практика, которую я наблюдаю всякий раз, когда включаю анализатор спектра на своем рабочем месте...


Добавлено after 5 minutes 29 seconds:
[uquote="dokoff",url="/forum/viewtopic.php?p=4109915#p4109915"]Хотя для теории достаточно понимать, что оба приемника приняли полезный сигнал.[/uquote]
Откуда такое странное утверждение? И теория и практика оперируют ЦЕЛОСТНЫМ сигналом, а не странным глаголом "приняли". Речь всегда идет о КОНКРЕТНОЙ вероятности ошибок в пакете. Эта вероятность никогда не будет равна нулю.

[dokoff]

Да, стоило мне наверно написать свой пост в раздел не "теория", а "практика" =))
КРАМ, Я выше добавил PSS, думаю после его прочтения будет более понятно, что я имею ввиду. В любом случае спасибо за дискуссию =)

[КРАМ]

[uquote="dokoff",url="/forum/viewtopic.php?p=4109915#p4109915"]плотность полосы условно одна (допустим за счет избыточности данных CRC).[/uquote]
Нет такого термина. Для шумоподобного сигнала есть параметр СПЕКТРАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ. То есть значения энергии на единицу полосы анализа. И CRC тут вообще не причем. Это крайне неэффективный способ в условиях высокого уровня помех. Он способен лишь отсечь ВЕСЬ ПАКЕТ с некоторым количеством ошибок, но не исправить их.
ЗЫ. Дело не в том, какой раздел вы выбрали. Тут никто не различает разделы при просмотре.

[dokoff]

[uquote="КРАМ",url="/forum/viewtopic.php?p=4109920#p4109920"]Откуда такое странное утверждение? И теория и практика оперируют ЦЕЛОСТНЫМ сигналом, а не странным глаголом "приняли". Речь всегда идет о КОНКРЕТНОЙ вероятности ошибок в пакете. Эта вероятность никогда не будет равна нулю.[/uquote]
Глагол "приняли" тут имеет свойство упрощённого "сигнал до них дошел" (т.е. оба приемника из шума вычленили равный полезный сигнал).
Совершенно верно. Принять "голый сигнал" - это одно. Обработать его - это совершенно другое. Странно, что я Вам это пишу, но думаю Вы и без меня знаете, что автоматическая коррекция ошибок (даже не считая остальных плюшек протоколов). даст в равных условиях значительный прирост эффективности... а именно корректного результата... т.е. данных, которые были переданы. Собственно я и говорю, что протокол и его реализация имеет прямое значение для конечного результата. Ведь моя задача не просто передать радиосигнал, а получить из него корректные данные. Отсюда и то, что я называю "феноменом LORA" (в купе с высокой чувствительностью приемника). Мало просто получить сигнал же... Думается "максимальный радиус" передачи конкретных данных как раз (в равных условиях) и достигается за счет реализации протокола (например коррекции ошибок). Меня так то не сильно интересует максимальный радиус распространения радиоволн в данном случае =)
PS Опять же повторюсь, что я прекрасно понимаю, что какой бы протокол не использовался, все напрямую коррелируется с базовыми принципами. И протокол LORA тут не исключение.

Добавлено after 8 minutes 55 seconds:
[uquote="КРАМ",url="/forum/viewtopic.php?p=4109927#p4109927"]Он способен лишь отсечь ВЕСЬ ПАКЕТ с некоторым количеством ошибок, но не исправить их.[/uquote]
Думаю все же автоматическую коррекцию ошибок за счет избыточности данных уже придумали. Лет так думаю 70 назад Естественно она работает в разумных пределах ошибок.
Еще раз. Я говорю про равные условия, где в одном случае коррекции ошибок нет, а во-втором случае она есть. Приняты и декодированный (по протоколу) сигнал в первом и во втором случае будут иметь равное преимущество. Однако после (например) автокоррекции ошибок, преимущество остается только у второго устройства. А значит при равных условиях приема, он может получить выходной результат "условно" на большем расстоянии (при более слабом сигнале). Собственно в этом и есть преимущество LORA, перед, например, FSK. И я сейчас не говорю только о коррекции ошибок... просто получилось так, что коррекция ошибок в нашем диалоге нашла взаимопонимание. Сам протокол LORA заточен (при помощи тех или иных инструментов реализации протокола) на получение корректного результата в максимальных шумах/помехах. И именно это я называю "феноменом".

[КРАМ]

[uquote="dokoff",url="/forum/viewtopic.php?p=4109933#p4109933"]автоматическая коррекция ошибок (даже не считая остальных плюшек протоколов). даст в равных условиях значительный прирост эффективности... а именно корректного результата... т.е. данных, которые были переданы.[/uquote]
Автоматическая коррекция ошибок - это использование группы помехоустойчивых кодов с такой функцией. Никакого феномена и тут нет. Для обнаружения и исправления ошибок в этих кодах вводится ИЗБЫТОЧНОСТЬ. То есть к КАЖДОМУ СЛОВУ пакета добавляются корректирующие разряды. Чем их больше, тем больше ошибочных разрядов в слове можно обнаружить, а чуть меньше, чем обнаружить, можно исправить.
Вообще, корректирующих кодов туева хуча, начиная от Хемминга и кончая БЧХ (Боуз-Чоудхури-Хоквингем)
Им уже лет 50 и более.
https://ru.wikipedia.org/wiki/Корректирующий_код

[dokoff]

КРАМ, прошу Вас, не придирайтесь к слову "феномен" в моем исполнении. Я уже три раза пояснил, что я не имел ввиду волшебство. Для меня этот протокол удивителен за счет своей реализации. Опять же... не только для меня... т.к. LORA по сути является лидером в этом деле в плане эффективности. Т.е. при малых энергозатратах достигается максимально корректный результат на стороне приемника, в условиях города. Думаю спорить по этому поводу бесполезно.

[КРАМ]

[uquote="dokoff",url="/forum/viewtopic.php?p=4109945#p4109945"]Думаю спорить по этому поводу бесполезно.[/uquote]
Думаю, что вы сильно ошибаетесь. Но заблуждаться - это личный выбор. У нас свободная страна.

[dokoff]

КРАМ, хм. А есть что-то более эффективное для таких задач?

[КРАМ]

Нет. Вся эффективность состоит в оптимальном приемнике и правильно выбранном помехоустойчивом коде. Собственно, само кодирование лежит поверх линейного канала. Поэтому я собственно и утверждаю, что такую "лору" вы можете создать самостоятельно.
Но удобно, когда решение готовое и интегрировано в иные устройства.
Правильный выбор кода - это понимание характера помех. Так как ЛОРА плюет короткие пакеты, то я полагаю Хемминга достаточно эффективным. Лет 35 назад я чего то там на эту тему сочинял на работе...