Avaliação do esquema de modulação LoRa implementado em GNURadio e sintetizado em SDR

Abstract

Os sistemas de comunicação LPWA, (do inglês, Low Power Wide Area), buscam atender a necessidade de transmissão de dados em longas distâncias com baixo consumo energético e com tolerância a altos valores de latência. O esquema de modulação LoRa vem ao encontro à essa necessidade e busca transmitir símbolos através de uma técnica de espalhamento de espectro utilizando modulação M-ária para faixas de frequências não licenciadas. Pelas características intrínsecas dos sistemas de grandes áreas de abrangência, quando não se emprega técnica de prevenção de colisão de pacotes, é comum que hajam colisões. Uma característica da modulação LoRa é a capacidade de autocoexistência por ortogonalidade de portadoras moduladas por diferentes transmissores, sincronizados ou não. Dessa forma, como as colisões podem gerar perda de informação, gasto energético adicional pela retransmissão de dados ou jamming não proposital, buscou-se realizar simulações que avaliam se a ortogonalidade gerada por diferentes fatores de espalhamento garantem que não haja interferência inter símbolos. Para isso, utilizando o GNU Radio com blocos disponibilizados pelo Laboratório de Telecomunicações da EPFL, que mapeiam todas operações em bit que a patente do LoRa usada como base menciona, bem como a modulação e demodulação, buscou-se simular e explorar trabalhos comparativos que pudessem fornecer referência para os resultados encontrados. O ajuste do software GNU Radio, o procedimento de coleta de dados de simulação, e o script para geração de gráficos desenvolvidos, serve como base para avaliações futuras deste protocolo de IoT. Resultados preliminares indicaram discrepância da simulação com o esperado na literatura, revelando a necessidade de aprofundar o entendimento dos blocos utilizados na simulação.

Low Power Wide Area communication systems seek to meet the need for data transmission over long distances with low energy consumption and tolerance to high latency values. The LoRa modulation scheme meets this need and seeks to transmit symbols through a spread spectrum technique using M-ary modulation for unlicensed frequency bands. Due to the intrinsic characteristics of large coverage systems, when there is no package collision prevention system, it inevitably leads to collisions. A feature of LoRa modulation is the ability of self-coexistence by orthogonality of carriers modulated by different transmitters, synchronized or not. So, collisions can generate information loss, additional energy expenditure by data retransmission or unintentional jamming, we sought to carry out simulations that assess whether the orthogonality generated by different sampling factors ensure that there is no inter-symbol interference. For this, using GNU Radio with blocks made available by the EPFL Telecommunications Laboratory, which map all bit operations that the patent usade as base mentions, as well as modulation and demodulation, we sought to simulate and explore comparative works that could provide reference to the results found. The adjustmente of the GNURadio software, the simulation data collection procedure and the graph generation script developed are the basis for the future of this IOT protocol. Preliminary results indicated a discrepancy between the simulation and what was expected int the literature, revealing the need to deepen the knowledge of the blocks used in the simulation.