Қазақстанда LoRaWAN® жұмысын қалай жақсартуға болады

865–868 МГц диапазонын сүзгілеу және LoRaWAN шлюздерін қорғау жөніндегі практикалық нұсқаулық

LoRaWAN® әртүрлі салаларда белсенді қолданылады — коммуналдық жүйелер мен қалалық қызметтерден бастап өнеркәсіптік телеметрияға, агротехқа, логистикаға және қауіпсіздік жүйелеріне дейін. Алайда Қазақстанда LoRaWAN-ның 865–868 МГц диапазоны радиоортаның ерекше проблемаларына тап болады, олар Еуропадағы немесе Азиядағыдан әлдеқайда күшті байқалады. Басты себеп — LoRaWAN-ның CDMA2000, GSM және LTE желілерінің қуатты uplink сигналдарымен көршілес болуы: олар біздің арналарымыздан небәрі бірнеше мегагерц қашықтықта жұмыс істейді. Бұл қабылдағыштардың асқын жүктелуіне, сезгіштіктің нашарлауына және әрекет ету радиусының күрт қысқаруына әкеледі. Бұл мақала мұның неліктен болатынын және қандай техникалық шешімдер мәселені толығымен жоятынын түсіндіреді.

Қазақстанда LoRaWAN неліктен күшті бөгеуілдерге ұшырайды

LoRaWAN KZ865 жұмыс жиіліктері мобильді желілердің қуатты uplink диапазондарына өте жақын орналасқан. Небәрі бірнеше мегагерц жоғарыда мыналар орналасқан:

• CDMA2000 Uplink 869–875 МГц — бөгеуілдердің негізгі көзі, оның LoRaWAN антеннасындағы сигналдары –65…–85 dBm деңгейіне дейін жетуі мүмкін.
• LTE Band 5 және GSM-900 UL — жанама сәулеленулердің кең спектрін тудырады.

Жиынтығында бұл тығыз «шу кілемін» түзеді, ол қабылданатын LoRa пакеттерінің деңгейінен ондаған мың есе асып түседі. Сыртқы сүзгілеу болмаған кезде шлюздің кіріс күшейткіші қанығады, шу табалдырығы көтеріледі, ал сезгіштік 8–15 dB-ге төмендейді. Қабылдау қашықтығы 2–3 есе қысқарады, жоғалған пакеттер саны көбейеді және желіге түсетін жүктеме артады.

Неліктен кіріктірілген SAW/BAW сүзгілері көмектеспейді

LoRaWAN шлюздерінде платаға кіріктірілген сүзгілер әрқашан болады, бірақ олардың сипаттамалары Қазақстан жағдайы үшін жеткіліксіз:

• жұмыс жолағынан тыс басу небәрі 20–30 dB,
• жоғары кіріс деңгейлеріне төзімділігі төмен,
• жолақты тарылтуға тырысқанда шығындар өседі.

Мұндай сүзгілер CDMA және GSM желілерінің қуатты uplink сигналдарын тиімді баса алмайды, шуы төмен күшейткішті (LNA) асқын жүктелуден қорғамайды және интермодуляциялық бұрмаланулар деңгейін төмендетпейді. Қазақстан жағдайында кіріктірілген сүзгілер тым көп шуды «өткізіп жібереді», сондықтан шлюз техникалық мүмкіндігінен аз LoRa пакеттерін қабылдайды.

Шешім — сыртқы Cavity RF сүзгілерін пайдалану

Қазақстанда LoRaWAN жұмысын жақсартудың ең жақсы тәсілі — антенна-фидер трактісіне сыртқы сапалылығы жоғары сүзгіні (cavity filter) орнату. Мұндай сүзгілер мыналарды қамтамасыз етеді: Жоғары селективтілік. Жұмыс жолағынан тыс басу деңгейі 40–100 dB-ге жетеді, бұл CDMA және GSM сигналдарын толығымен кесіп тастайды. Ең аз шығын. 865–867 МГц жұмыс жолағындағы өшу небәрі 1–2 dB құрайды. Шлюздің кіріс каскадтарын қорғау. Сүзгі көршілес диапазондардың қуатты сигналдарын өзіне алады және LNA-ның асқын жүктелуіне жол бермейді. Шу фонын төмендету. SNR жақсарады, ал LoRa пакеттері айтарлықтай үлкен қашықтықта қабылданады. Қамту радиусын ұлғайту. Іс жүзінде қашықтық 2–4 есе артады, ал «естімейтін» желі түйіндерінің саны азаяды.

Қандай жиіліктерді өткізу керек, ал қандайларын басу керек

Дұрыс сүзгілеу үшін KZ865 нақты жиілік жоспарын ескеру маңызды. Қазақстандағы LoRaWAN uplink арналары:

• 865.1 MHz
• 865.3 MHz
• 865.5 MHz

Downlink RX2:

• 866.7 MHz (SF12, 125 kHz)

Бұл жиіліктер сүзгі арқылы бұрмаланусыз өтуі тиіс. 869 МГц-тен жоғары CDMA және LTE сигналдары басталады, оларды сүзгі барынша басуы тиіс. Осылайша, оңтайлы сипаттама — 867 МГц-ке дейін өткізу және 868–869 МГц-тен бастап күрт құлдырау.

Сүзгілеуге дейін және кейін спектр қалай өзгереді

Сүзгілеуге дейін спектр анализаторында мыналар көрінеді:

• CDMA2000 сигналдарына тән шыңдар,
• LTE кең жолақты шуы,
• GSM гармоникалары,

Сүзгіні орнатқаннан кейін:

• шу фоны күрт төмендейді,
• CDMA/LTE сигналдары 40–60 dB-ге басылады,
• шлюздің сезгіштігі артады,
• қамту радиусы мен желі тұрақтылығы артады.

Ұсынылатын шешімдер

Outdoor сүзгісі ST-862/867-Q7S (IP66) Сапалылығы жоғары, корпусы герметикалық, ашық ауада тірекке орнатуға және күрделі қалалық ортаға арнайы жасалған. Indoor сүзгісі ST-864.5B5-H01P1 Үй-жайларға, серверлік бөлмелерге және көшеде орнатылатын шкафтарға арналған ықшам шешім. TEKTELIC KONA Macro Kazakhstan Edition базалық станциялары Қазақстан радиоортасының ерекшеліктерін ескере отырып әзірленген кіріктірілген тар жолақты сүзгісі бар.

Қорытынды

Қазақстан — қуатты көршілес радиожүйелердің тығыздығы жоғары болғандықтан, LoRaWAN желілерін өрістету үшін ең күрделі өңірлердің бірі. Сыртқы тар жолақты сүзгілерді пайдалану — жай ғана ұсыныс емес, LoRaWAN желілерінің тұрақты жұмыс істеуінің міндетті шарты. Дұрыс сүзгілеу:

• қашықтықты арттырады,
• пакеттердің жоғалу деңгейін төмендетеді,
• шлюздердің көп санына қажеттілікті азайтады,
• жабдықты асқын жүктелуден қорғайды.

OrionM2M компаниясы тексерілген шешімдерді пайдалануды ұсынады — сыртқы ST-862/867-Q7S (IP66) cavity сүзгілері, үй-жайларға арналған ST-864.5B5-H01P1 indoor сүзгілері және Қазақстан жағдайы үшін арнайы жасалған, сүзгілеуі кіріктірілген TEKTELIC KONA Macro базалық станциялары.