Qu'est-ce que la technologie LoRa ?
Transmettre des données de mesure de manière simple, et si possible de n'importe où - telle est l'idée derrière l'Internet des objets (IoT : "Internet of Things"). Pour cela, il faut une technique radio avec une bonne portée et une faible consommation d'énergie. Ces deux caractéristiques constituent l'idée centrale de la technologie LoRa ou des réseaux LoRaWAN.
LoRa signifie "Long Range", c'est-à-dire grande portée, et désigne tout d'abord uniquement un type de modulation spécial pour les signaux radio. Cette modulation est choisie de manière à obtenir une grande portée avec une faible puissance, même à travers les bâtiments. Cependant, la quantité de données est très limitée, seules des vitesses très faibles sont disponibles. Ce n'est donc pas une technique pour la transmission de la voix ou même de la vidéo.
De LoRa à LoRaWAN
Le signal LoRa part donc toujours d'un capteur. Il est transmis par des passerelles LoRa, dans le cas le plus simple, il s'agit de récepteurs qui couvrent une zone donnée. La passerelle transmet les données captées par radio LoRa via un réseau (LTE, WLAN, Ethernet...) à un serveur, où l'exploitant du capteur peut ensuite les consulter et les analyser. L'infrastructure complète composée du capteur (également appelé 'nœud'), des passerelles et d'un ou plusieurs serveurs est appelée LoRaWAN, c'est-à-dire "Long Range Wide Area Network". Il existe plusieurs exploitants de réseaux LoRaWAN, qui desservent parfois des groupes d'utilisateurs fermés, mais qui sont aussi ouverts à tous. Citons par exemple "The Things Network (TTN)" ou "The Peoples Network" (aka "Helium", plus de détails ci-dessous). D'autres opérateurs font également partie des fournisseurs de téléphonie mobile connus. Si l'on ne souhaite desservir qu'un petit périmètre privé, il est également possible de mettre en place toute l'infrastructure de manière privée. On n'est donc pas toujours dépendant d'un fournisseur d'accès.
Les antennes améliorent la portée.
Actuellement, la technique LoRaWAN utilise exclusivement la gamme de fréquence sur 868 MHz qui est utilisable sans licence. Et comme pour toute technique radio, il est possible d'augmenter drastiquement la portée avec les bonnes antennes et les accessoires adéquats, comme de bons câbles. C'est de cela dont il est question ici chez WiMo - une bonne portée avec les antennes appropriées.
L'antenne sur le capteur
Avec les capteurs, on peut utiliser de meilleures antennes mais au prix de quelques restrictions. La plupart du temps, il faut utiliser des antennes omnidirectionnelles, car on ne sait pas dans quelle direction se trouve la prochaine passerelle. Mais il est toujours possible d'utiliser une meilleure antenne omnidirectionnelle bien placée, avec un câble de meilleure qualité, ce qui sera toujours meilleur que d'utiliser la petite antenne d'origine du capteur.
L'antenne sur la passerelle
Comme la technologie LoRaWAN en générale, ainsi que le très répandu réseau "Helium" ne diffèrent pas concernant les antennes, voici nos conseils pour le réseau "Helium". Toutefois, elles s’appliquent d’une manière générale à tous les réseaux LoRaWAN sur 868 MHz également.
Quelle est la meilleure antenne pour le réseau "Hélium" ?
Comme toujours - cela dépend. Mais ce n'est pas compliqué du tout.
Tout le territoire
Si toute la zone autour de son propre site doit être couverte et si l'antenne peut être placée le plus librement possible, alors une antenne omnidirectionnelle tout ce qu'il y a de basique, est probablement le meilleur choix. Pas trop haut, un peu éloigné du mur, du toit ou d'autres éléments massifs comme les murs ou les climatiseurs. Il est également important que l'antenne soit aussi dégagée que possible sur la zone à couvrir.
Zone spécifique
Si une zone précise doit être seulement couverte, par exemple parce que l'on habite à la périphérie d'un village, une antenne directionnelle est un bon choix. Il ne faut pas oublier que l'arrière de l'antenne n'émet pratiquement aucun signal. Il n'y a donc presque rien à cet endroit, ou alors seulement des capteurs à très faible distance. En revanche, vers l'avant, dans la direction de la cible, le signal est d'autant meilleur même sur une plus grande distance.
Quel doit être le gain d'une antenne pour le réseau "Hélium" ?
Tout d'abord, une chose fondamentale : une antenne n'est pas un objet miraculeux, un 'perpetuum mobile', elle ne produit pas d'énergie à partir de rien. Une antenne absorbe l'énergie d'émission injectée et la rayonne en totalité le plus possible. L'antenne la plus simple du monde, un "radiateur" omnidirectionnel parfait, émet un rayonnement dans toutes les directions de manière uniforme, sous la forme d'une sphère. Une telle antenne aurait un gain de '0 dBi'. Toutes les autres antennes avec un gain > 0 dB déforment le champ de rayonnement et concentrent l'énergie dans une certaine direction, rien de plus. Le gain d'une antenne indique dans quelle mesure l'énergie mesurable est plus forte dans cette direction préférentielle. Une antenne à gain est considérée comme une antenne dont l'efficacité "est deux fois supérieure à celle d'une antenne omnidirectionnelle parfaite".
Antennes omnidirectionnelles
Une comparaison simple: Une bougie rayonne faiblement mais dans toutes les directions, tandis qu'un phare de signalisation rayonne également tout autour dans toutes les directions, mais ni vers le haut, ni vers le bas. En revanche, la luminosité est forte seulement si l'on se trouve exactement dans le plan de la source lumineuse du phare.
Une antenne omnidirectionnelle à gain conserve un champ de rayonnement sphérique mais il ressemble davantage à un "donut" (une sphère fortement aplatie). Plus le gain est élevé, plus cette forme est aplatie. Mais un rayonnement trop plat (donc une antenne avec trop de gain) n'est pas non plus une bonne chose car le champ de rayonnement peut devenir très plat et, si l'antenne est placée trop haute par rapport au sol, le signal pourrait alors passer au-dessus des récepteurs sans qu'ils puissent le capter. En revanche, les antennes éloignées recevront mieux le signal, il suffira juste qu'elles soient à la même hauteur.
Antenne directionnelle
Une comparaison simple:
Une bougie et un phare de voiture: la luminosité de la bougie rayonne dans toutes les directions, tandis que la luminosité d'un phare de voiture rayonne seulement dans une direction avec une diffusion de forme conique, et très peu vers le haut et le bas.
Une antenne directionnelle à gain déforme le champ aussi bien dans la direction verticale qu'horizontale. En d'autres termes, le rayonnement s'aplatit et se concentre dans une certaine direction. Plus le gain d'une antenne est élevé, plus la focalisation est forte. Cela signifie que, là encore, un gain trop important peut être contre-productif. À quoi me sert un faisceau directionnel fin comme un crayon et qui peut atteindre 10 km, si personne n'est présent dans la petite zone que je peux atteindre ? Après tout, dans le cas du réseau Hélium, il s'agit de couvrir une zone, et non pas seulement un point isolé et éloigné.
Maintenant, mettons les choses au clair : quel doit être le gain réel d'une antenne pour le réseau "Hélium" ?
Application
dBi
Note
Antenne omnidirectionnelle
Qui sera placée sur une hauteur élevée par rapport aux récepteurs
ou sur un mât, par exemple
Antennes omnidirectionnelles
Qui seront placées à une hauteur inférieure
Antenne directionnelle
au moins 5 dBi, voire plus
A quelle hauteur faut-il monter une antenne pour le réseau "Hélium" ?
C'est une question de géométrie. En tout cas, à une hauteur telle qu'aucun voleur ou qu'une "personne indésirable" ne puisse atteindre antenne ou les câbles. La hauteur minimale est donc de 3 mètres au-dessus du sol. On peut aussi installer une antenne dans le soupirail de la fenêtre de la cave, mais la portée ne dépassera guère les limites du terrain.
Une antenne omnidirectionnelle avec un gain modéré peut tout à fait être installée à une hauteur plus élevée, si l'on trouve un endroit approprié. Quoi qu'il en soit, cela dépendra toujours du terrain mais aussi de l'endroit où se trouvent les "clients", c'est-à-dire les capteurs et les autres passerelles que je veux "autoriser" dans le réseau Helium.
S'il n'y a qu'un seul site en altitude et qu'une antenne directionnelle doit être utilisée, celle-ci doit éventuellement être inclinée afin que son rayonnement puisse couvrir la zone souhaitée.
Le grand art de la construction d'antennes entre en jeu lorsque l'on souhaite relier plusieurs antennes directionnelles entre elles, par exemple pour atteindre des zones séparées avec une seule passerelle. Dans ce cas, un répartiteur (appelé "splitter" ou "répartiteur" 3dB) permet de combiner assez facilement les antennes. Il faut respecter quelques règles et nos spécialistes en antennes vous conseilleront volontiers à ce sujet.
