Kategori
Radio

Spreading Factor, Bandwidth, Coding Rate and Bit Rate in LoRa

Pada artikel sebelumnya saya membahas beberapa konsep dasar pada Spread Spectrum dan secara khusus saya membahas modulasi LoRa dan menyinggung beberapa parameter yang ada pada LoRa. Beberapa parameter tersebut adalah Spreading Factor, Bandwidth, dan Coding Rate. Ketiga parameter tersebut yang akan menentukan seberapa sensitif performa receiver LoRa dan seberapa cepat bit rate dari data yang dikirimkan. Parameter tersebut akan saya bahas secara singkat dalam artikel ini, dengan harapan pembaca dapat memahami konsep dan dapat mengimplementasikannya dalam merancang sistem berbasis LoRa.

DecodingLora_Project.jpg
Gambar 1. Spektrogram sinyal LoRa hasil pembacaan melalui SDR (source: DecodingLora)

Symbol

Seperti yang dibahas sebelumnya, LoRa adalah modulasi chirp spread spectrum. Sinyal data yang dikirim direpresentasikan dengan sinyal chirp dari f_{min} sampai dengan f_{max} yang dapat dilihat pada Gambar 1. Dalam modulasi LoRa, symbol yang dikirim dapat divariasikan menggunakan parameter Spreading Factor dan Bandwidth. Sesuai Application Note Semtech AN1200.22, satu simbol memakan waktu transmit sebesar T_S yang dapat dilihat pada persamaan:

T_S = \frac{2^{SF}}{BW}

Bandwidth

Bandwidth adalah lebar frekuensi yang dipakai untuk memodulasi data sinyal. Pada Gambar 1, nilai Bandwidth ini dapat dilihat dari lebar penggunaan frekuensi dari f_{min} dengan f_{max} . Selain itu, Bandwidth juga merepresentasikan chip rate dari modulasi sinyal LoRa.

R_C = BW

Spreading Factor

Nilai Spreading Factor (SF) menunjukkan seberapa banyak chip yang dipakai untuk merepresentasikan satu simbol. Semakin banyak chip yang digunakan untuk merepresentasikan satu simbol, maka semakin besar processing gain dari sistem receiver. Semakin besar nilai SF, semakin besar processing gain, hal ini memungkinkan receiver untuk dapat menerima sinyal data yang memiliki SNR negatif.

R_S = \frac{BW}{2^{SF}}

Spreading Factor menunjukkan banyaknya chip yang digunakan untuk merepresentasikan 1 simbol, dengan faktor eksponensial 2. Sehingga 1 simbol dapat terdiri dari N chip dimana N = 2^{SF} , untuk merepresentasikan bit dilakukan cyclic shift untuk merepresentasikan simbol yang dikirim. Mengetahui terdapat N chip, maka dapat dihasilkan nilai simbol antara 0 sampai N-1, atau berarti 1 simbol dapat merepresentasikan SF bits.

R_b = SF * \frac{BW}{2^{SF}}

Coding Rate

Implementasi modulasi LoRa juga menambahkan forward error correction (FEC), implementasi ini dilakukan dengan melakukan enkode 4 bit data dengan redundansi menjadi 5 bit, 6 bit,  7 bit, ataupun 8 bit. Menggunakan redundansi ini membuat sinyal LoRa lebih tahan terhadap interferensi singkat, nilai Coding Rate (CR) perlu diatur sesuai dengan kondisi kanal yang dipakai, jika terdapat banyak interferensi sebaiknya nilai CR ditingkatkan. Namun perlu diperhatikan bahwa kenaikan nilai CR juga meningkatkan waktu transmisi.

R_b = SF \frac{\big[\frac{4}{4+CR}\big]}{\big[\frac{2^{SF}}{BW}\big]}

Oleh josefmtd

Electronics Engineer

2 replies on “Spreading Factor, Bandwidth, Coding Rate and Bit Rate in LoRa”

saya punya tugas akhir dengan perangkat LoRa dragino LG01-N sbg gateway dan lora shield gps dgn arduino uno sbg node.
saya masih bingung dalam pengujiannya, dosen pembimbing memberikan pengujian sprti packet loss, throughput, transmission delay, bit rate, dan jitter. yg saya pahami parameter tsb adl untuk koneksi internet, wifi atau LAN.
jika di lora sendiri saya hanya menemukan referensi ini https://lora.readthedocs.io/en/latest/#data-rates . yaitu hanya mengenai signal saja.

minta tolong mas pencerahannya. pengujian seperti apa yg cocok utk lora. jika paramater yg diberikan dosen diatas cocok. bagaimana caranya saya menguji lora ini. ??
mohon konfirmasinya.

Suka

Sebelum melakukan pengujian, definisikan dulu packet loss, throughput, dan transmission delay. Bit-rate dapat dihitung dengan rumus berdasarkan CR, SF, dan BW, sesuai yang ada di blog-post ini.

Jitter rasanya tidak pas untuk dipakai, berhubung komunikasi dengan LoRa bukan pengiriman sinyal suara / video yang dapat memiliki jitter.

Packet Loss, Throughput, Transmission Delay, semua bisa diukur, namun rasanya kalau mau uji performa tersebut, harus dengan banyak node sekaligus, sehingga dapat menguji kapasitas dari Gateway tersebut.

Kalau ingin menguji performa, alangkah baiknya, ada usecase tertentu atau aplikasi yang jelas, dengan syarat-syarat yang jelas (jumlah node, periode pengiriman data, jangkauan perangkat, dll)

Suka

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout /  Ubah )

Foto Google

You are commenting using your Google account. Logout /  Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout /  Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout /  Ubah )

Connecting to %s