ESP32 LoRa: alcance de até 6,5 km!

6,5km. Este foi o resultado de um teste de transmissão com ESP32 Oled TTGO LoRa32 que realizei e vou detalhar para você aqui. Como esse modelo que utilizei tinha uma antena que considero ruim, optei por usar no teste um outro modelo de antena com ganho de 5 dB. Portanto, além de falar do alcance que tivemos com nosso teste, vamos discutir as causas de perda de potência do sinal e avaliar qualitativamente influências do ambiente (terreno, obstáculos, e outros) na recepção deste sinal.

Recursos usados

·         2 Módulos Esp32 Oled TTG LoRa32

·         2 antenas móveis UHF 5/8 de onda 900MHz - AP3900

·         2 fontes portáteis de 5V

(Pack de baterias com regulador de tensão ajustável).

Folha de dados das antenas no link:

http://www.steelbras.com.br/wp-content/uploads/2015/02/AP3900.pdf

Os links abaixo são para aqueles que me pediram uma indicação de onde comprar antenas.

Antena:

http://www.shopantenas.com.br/antena-movel-uhf-5-8-de-onda-whip-900mhz/p

Suporte da antena:
http://www.shopantenas.com.br/suporte-magnetico-preto-whip-conector-sma---ap2081/p


***** "Atenção, trocamos o conector de fábrica por um SMA macho para conexão com o pig-tail".

Antenas

Nestas imagens abaixo trago o Datasheet da antena e um gráfico de performance desta.

•             Usamos também duas antenas móveis UHF 5/8 de onda 900MHz.

•             Uma das antenas foi colocada sobre o teto do carro e a outra ficou no transmissor.

Teste de alcance

No nosso primeiro teste alcançamos um resultado de alcance de sinal de 6,5km. Colocamos uma das antenas em cima de um prédio, no ponto C, e percorremos 6,5km em área urbana chegando até a área rural. Destaco que, no meio do trajeto, em vários momentos, perdemos o sinal. Por que isso ocorre? Porque temos a influência da topologia, ou seja, das características do espaço percorrido em relação a alterações geográficas. Um exemplo: se temos um morro no meio do caminho, este não será atravessado pelo nosso sinal, ou seja, teremos uma queda de sinal.

Lembro que isso é diferente de quando você utiliza um LoRa em um raio de 400 metros, pois neste espaço seu alcance é bastante alto, com capacidade de atravessar paredes e afins. Acima desta distância, obstáculos poderão causar interferência.

Segundo experimento

Fizemos um segundo teste e, desta vez, ao invés de deixar uma antena em cima de um prédio, esta ficou no nível do chão, sobre um portão. A segunda antena eu coloquei no carro e comecei a dirigir. Chegamos a um resultado de 4,7km de alcance. Tanto esta distância quanto a primeira que constatamos, de 6,5km, superam a anunciada pela Heltec, projetada em 3,6km. Lembrando que usamos apenas os dois TTGO’s alimentados por baterias através de reguladores de tensão.

Recorte do vídeo do teste onde alcançamos 4,7km

Custo do link em dB

O custo do link é um conceito bastante interessante, pois permite visualizar como a energia irá se perder durante a transmissão e em quais partes alguma ação corretiva deve ser priorizada para melhorar o link.

A ideia consiste em medir quanto do sinal enviado deverá chegar ao receptor, levando-se em conta os ganhos e perdas do sinal no processo, ou:

Potência recebido (dB) = Potência Transmitida (dB) + Ganhos (dB) – Perdas (dB)

Para um link de rádio simples, podemos identificar 7 parcelas importantes para determinar a potência recebida:

                1 - A potência do transmissor (+)  T

                2 - As perdas da linha de transmissão até a antena (-) L1

                3 - O ganho da antena (+) A1

                4 - As perdas na propagação da onda (-) P

                5 - As perdas por outros fatores diversos (-) D

                6 - O ganho da antena receptora (+) A2

                7 – As perdas na linha de transmissão até o receptor (-) L2

Potência Recebida = T – L1 + A1 – P – D + A2 – L2

             

Mantendo-se os valores em dBm e dBi, as parcelas podem ser somadas e subtraídas diretamente. Para efetuar estes cálculos é possível encontrar calculadoras on-line que ajudam a introduzir os valores na expressão.

Além disso, algumas possuem referências sobre a atenuação de alguns cabos comerciais para facilitar o cálculo.

Encontre uma calculadora assim em: http://www.qsl.net/co8tw/Coax_Calculator.htm

Influência de obstáculos

Além dos cuidados para evitar as perdas nas partes integrantes dos circuitos transmissor e receptor, outro fator que não deve ser ignorado é a Linha Clara de Visão entre o transmissor e o receptor.

Mesmo com a otimização da relação entre os ganho e perdas, o sinal pode ser interrompido por obstáculos, como prédios, telhados, árvores, morros, estruturas e etc.

Embora o cálculo leve em consideração a propagação da onda, ele pressupõe uma transmissão direta sem obstáculos.

Outro teste

Esse teste abaixo, que chegou a 800 metros, foi executado mantendo o transmissor e a antena em uma pequena torre, marcada no mapa com o rótulo “Transmissor”. Usando um receptor, o percurso (em roxo) foi executado. Os pontos marcados indicam pontos com boa recepção.

Verificamos os pontos usando um mapa topológico da região e, de fato, as altitudes são aproximadas. Os dados aparecem na imagem abaixo e podem ser alcançados neste site:  http://pt-br.topographic-map.com/places/Relevo-3550473/.

Veja na foto abaixo que na região entre os dois pontos há um vale e não há praticamente nenhum obstáculo.

Conclusão

Estes testes me trouxeram mais confiança no LoRa, pois fiquei bastante satisfeito com os resultados alcançados. No entanto, destaco que existem outras antenas que podem nos dar ainda mais poder de alcance. Isso significa que temos novos desafios para os próximos vídeos.

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