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ELETTRONICA OGGI 498 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2021 59 COMM LORA nuto. Distanze di comunicazione più lunghe consentono di semplificare drasticamente il ciclo di lavoro e il protocollo di rete poiché le LPWAN possono formare topologie a stella in cui i dispositivi finali a bassa potenza sono in grado di comunicare direttamente con un gestore più potente. Ciò permette anche di progettare schemi di comunicazione asimmetrici e di spostare il carico sul dispositivo centrale più potente. Per aumentare il raggio di comunicazione le tecnologie LPWAN devono migliorare il rapporto segnale rumore (SNR) del ricevitore, o restringendo la larghezza di banda del ricevitore (riducendo il rumore di fondo del rice- vitore) o distribuendo l’energia del segnale su una banda di frequenze più ampia (riduzione della densità di potenza spettrale del segnale). NB-IoT e Weightless-P, ad esempio, codificano il segnale a bassa larghezza di banda (minore di 25 kHz) per ridurre il livello di rumore e mantenere il progetto del ricetrasmettitore più semplice ed economico possibile. Sigfox eWeightless-N restringono ulteriormente il segnale in bande ultra-strette fino a 100 Hz, riducendo fortemente il rumore introdotto. La tecnologia LoRa LoRa è una tecnologia LPWAN proprietaria di Semtech che ha recentemente attirato un’attenzione significativa gra- zie alla sua capacità di scambiare dati a una relativa alta velocità e a lungo raggio in modo efficiente, abilitando così applicazioni IoT su scala urbana. LoRa diffonde il segna- le su una banda di frequenze più ampia ed è più resistente a jamming e interferenze. L’architettura LoRa definisce il livello Data Link (DL) al di sopra del livello fisico con una particolare tecnica di modulazione wireless utilizzata per creare un collegamento di comunicazione a lunga distan- za. Esistono molti sistemi wireless che utilizzano la mo- dulazione FSK (Frequency Shifting Keying) a livello fisico perché è un sistema altamente efficiente di modulazione per ottenere una comunicazione a bassa potenza. Inoltre, Fig. 1 - Confronto della tecnologia LoRa con le tecnologie di comunicazione wireless la modulazione FSK facilita il processo di demodulazione con la possibilità di un piccolo tasso di errore. Il vantaggio d’impiegare la tecnologia LoRa è la capacità di comunica- zione a lunga distanza, a seconda dell’ambiente circostante o di ostacoli in un determinato luogo. La tecnologia utiliz- za una trasmissione a bassa potenza e alta sicurezza con crittografia AES che consente una maggiore durata della batteria e una migliore mobilità. LoRaWAN è una tipologia di rete LPWAN basata sulla tecnologia LoRa che consente ai dispositivi LoRa di comunicare tra loro e funzionare come una rete geografica. Ciò è particolarmente vantaggioso per le lunghe distanze, ponendosi tra i protocolli a corto raggio e il GSM. In figura 1 è illustrato il confronto della tecnologia LoRa con le altre tecnologie di comunicazione wireless in merito al Range e alla Larghezza di banda. Come si può no- tare, LoRa ha un range più ampio rispetto alle altre tecno- logie, ma a discapito di unaminore velocità di trasmissione dati, ossia, una minore larghezza di banda di frequenze. Le tecnologie LoRa e LoRaWAN hanno entrambe un budget di collegamento migliore dello standard di altre tecnologie di comunicazione. Il cuore della tecnologia LoRa è la mo- dulazione Chirp Spread Spectrum (CSS) in cui il segnale por- tante di LoRa è costituito da “chirps”, ovvero, segnali im- pulsivi la cui frequenza varia in un determinato intervallo di tempo, come vedremo più avanti in dettaglio. I chirp di LoRa consentono al segnale di percorrere lunghe distanze e di essere demodulati anche quando la sua potenza scen- de fino a 20 dB sotto al rumore di fondo. A causa di questo aspetto, il rilevamento della portante del segnale LoRa è piuttosto impegnativo; le radio LoRa consentono il rile- Fig. 2 – Forma d’onda di un segnale chirp