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M2M, IoT, Industrie 4.0: Low Power Netze: Die Zukunft der M2M-Kommunikation

Fortsetzung des Artikels von Teil 1.

Verwendete Frequenzen und Modulationstechnik

In Deutschland, Österreich, der Schweiz und anderen europäischen Ländern nutzt LoRa den Frequenzbereich um 868 MHz, also eines der ISM-Bänder (Industrial, Scientific and Medical), das beispielsweise von Funkthermometern, Funkalarmanlagen und Fernsteuer­ungen für Garagentore genutzt wird und gleichzeitig dem Amateurfunk zur Verfügung steht. Schon diese Anwendungsbeispiele machen deutlich, dass die verwendete Technik preiswert und energieeffizient ist. Dass die erzielbaren Datenraten lediglich zwischen 0,3 kBit/s und 50 kBit/s liegen und jedem einzelnen Node nur gewisse Zeitfernster für die Datenübertragung zur Verfügung stehen, ist für viele Anwendungen im Internet der Dinge kein Problem: Maschinen tauschen schließlich eher Messwerte, Zustandssignale oder Stellwerte als Videodateien untereinander aus; außerdem muss nicht jede Reaktion innerhalb von Millisekunden erfolgen. Die hervorstechende Eigenschaft von LoRa jedoch ist: Der Reichweite, die im freien Feld bis 15 km betragen oder durch die Raumdiagonale vielstöckiger Bauwerke von deren Dach bis in deren untersten Kellergeschosse reichen kann.

Um eine derartige Effizienz in Sachen Datentransfer und Energieverbrauch zu erreichen, setzt LoRa auf Frequenzspreizung. Dabei wird das schmalbandige Signal sozusagen künstlich verbreitert, also in ein Signal mit einer größeren Bandbreite als für die Informationsübertragung erforderlich, umgewandelt. Die Sendeenergie wird so auf einen größeren Frequenzbereich verteilt. Technisch gesehen handelt es ich im Falle von LoRa um Chirp Spread Spectrum (CSS) beziehungsweis Zirpenfrequenzspreizung. Diese Modulationstechnik stellt für IoT deutlich größere Reichweiten und mehr Robustheit zur Verfügung als bisher möglich war: Mit der LoRa-Technologie kann man Signale bis zu 20dB unter dem Rauschpegel sicher auslesen. Die Modulationstechnik ist dabei nicht wirklich neu. Sie wird seit Jahren für militärische Zwecke sowie der Weltraumfahrt benutzt. LoRa ist jedoch die erste kommerzielle „Low Cost“-Implementierung von CSS.