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ONDES RADIO :: PROPAGATION ET PORTÉE

> Un paquet LoRa se propage sous la forme d’une onde électromagnétique.
> La portée dépend autant du trajet et des antennes que des réglages radio.

EN BREF : à 868 MHz, la hauteur et une vue dégagée sont déterminantes. Les murs, le relief, la végétation humide, une antenne mal accordée, les pertes dans le câble et les interférences locales réduisent la marge de liaison.

FRÉQUENCE ET LONGUEUR D’ONDE

La fréquence indique le nombre de cycles effectués chaque seconde. La longueur d’onde correspond à la distance physique parcourue par un cycle dans le vide. Ces deux grandeurs sont liées par la vitesse de la lumière.

cluster@rf:~$ wavelength

longueur d’onde = vitesse de la lumière / fréquence

À 868 MHz :
λ ≈ 0,345 m
λ/2 ≈ 17,3 cm
λ/4 ≈ 8,6 cm

Ces valeurs constituent un point de départ. Une antenne réelle est raccourcie ou ajustée selon la forme du conducteur, son isolant, le plan de masse, le boîtier, le connecteur et les objets proches.

COMMENT LES ONDES ATTEIGNENT LE RÉCEPTEUR

TRAJET DIRECT

Le trajet le plus puissant correspond généralement à la vue directe entre les deux antennes. Surélever l’une d’elles peut transformer une mauvaise liaison.

DIFFRACTION

Les ondes radio peuvent contourner un obstacle ou une crête, mais le signal reçu derrière cet obstacle est plus faible.

RÉFLEXION

Les bâtiments, le sol, l’eau et le métal peuvent créer plusieurs trajets. Ces trajets peuvent se renforcer ou s’annuler.

ABSORPTION

Les murs, le sol, le corps humain et surtout la végétation humide absorbent une partie de l’énergie.

DIFFUSION

Les surfaces irrégulières, le feuillage, les véhicules et les structures urbaines denses dispersent l’énergie dans plusieurs directions.

INTERFÉRENCES

D’autres équipements de faible portée partagent la bande. Un émetteur local puissant peut masquer un signal LoRa lointain.

LA ZONE DE FRESNEL

Une liaison radio exige davantage qu’une simple ligne visuelle entre les antennes. La première zone de Fresnel forme un volume ellipsoïdal autour du trajet direct. Les obstacles qui pénètrent dans cette zone provoquent de la diffraction et des pertes supplémentaires, même lorsque les deux antennes semblent visuellement alignées.

Pour une liaison extérieure longue distance, placez les antennes suffisamment haut pour dégager les toits, le relief, les arbres et le milieu du trajet. Déplacer une antenne d’un ou deux mètres peut parfois améliorer davantage la liaison que doubler la puissance d’émission.

BILAN DE LIAISON

Puissance reçue =
Puissance d’émission
+ gain de l’antenne d’émission
- pertes du câble et des connecteurs côté émission
- pertes de propagation
+ gain de l’antenne de réception
- pertes du câble et des connecteurs côté réception

Une liaison fonctionne lorsque la puissance reçue reste supérieure à la sensibilité du récepteur, avec une marge suffisante pour les évanouissements, les déplacements, la végétation mouillée, les interférences et les variations d’installation.

RSSI ET SNR

RSSI

Indicateur de puissance du signal reçu. Une valeur proche de 0 dBm est plus forte. Environ -40 dBm correspond à un signal très puissant ; des valeurs inférieures à -120 dBm sont faibles mais peuvent encore être exploitables en LoRa.

SNR

Rapport signal sur bruit. Une valeur positive est confortable. LoRa peut démoduler certains signaux sous le niveau de bruit : un SNR négatif ne signifie donc pas automatiquement un échec.

Ne comparez des mesures que lorsque la fréquence, le facteur d’étalement, la largeur de bande, le taux de codage, l’antenne et les conditions de paquet sont identiques. Le RSSI fourni par des puces radio différentes n’est pas une mesure absolue de laboratoire.

CE QUI RÉDUIT LE PLUS SOUVENT LA PORTÉE

Des antennes posées au sol, placées dans une armoire métallique ou derrière du béton armé.
Une antenne verticale et l’autre horizontale.
Une antenne conçue pour 915 MHz utilisée à 868 MHz, ou un connecteur/adaptateur inadapté.
Un long câble coaxial fin entre la radio et l’antenne.
Les bâtiments, les collines, les forêts denses, les feuilles humides ou une personne placée près de l’antenne.
Un bruit local important produit par l’électronique, les alimentations USB, les ordinateurs ou d’autres émetteurs.
Un trafic maillé excessif provoquant collisions et congestion.

BANDE EUROPÉENNE 863–870 MHz

Les systèmes LoRa européens utilisent couramment le spectre 863–870 MHz réservé aux équipements de faible portée. Il ne s’agit pas d’un canal uniforme : les sous-bandes possèdent des règles différentes de puissance, de rapport cyclique et d’accès au canal. Les paramètres régionaux LoRaWAN et le micrologiciel de l’équipement doivent être configurés pour la région de déploiement.

Exemples de conditions SRD européennes courantes :
863–868 MHz       généralement faible puissance avec limites de rapport cyclique ou accès courtois
868,7–869,2 MHz   25 mW P.A.R., souvent 0,1 % de rapport cyclique ou LBT+AFA
869,4–869,65 MHz  jusqu’à 500 mW P.A.R., jusqu’à 10 % de rapport cyclique ou LBT+AFA

Toujours vérifier les règles nationales et celles de la sous-bande actuellement applicables.

TEST PRATIQUE DE PORTÉE

1. Fixer un nœud à une position et une hauteur connues.
2. Utiliser le même profil radio sur les deux nœuds.
3. Noter le type et l’orientation des antennes.
4. S’éloigner en enregistrant le RSSI, le SNR et le taux de réception.
5. Repérer les obstacles et les variations de relief.
6. Recommencer avec l’antenne fixe placée plus haut.
7. Ne modifier qu’un seul paramètre à la fois.

SOURCES

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