Panorama des solutions LPWAN - AFCEM

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Panorama des solutions LPWANPourquoi débit de données et portée

sont-ils inconciliables ?

Robert Lacoste – [email protected]

alaincharoy

Tampon


Positionnement généralLe contexte


Positionnement généralComment un objet se raccorde à l'Internet ?

• Trois approches :

BluetoothBLEWifi

6lowPan,Zigbee,

Thread...LPWA

Personal gateway Home gateway Low power wide area


Rappel de quelques bases...Bilan de liaison

Pr = Pe – ae + Ge – Pc + Gr – ar (en dB)

Pertes d'espace (dB)

Fréquence (GHz)

Environnement

N=2 en champ libreDistance (m)

Pc = 32,4 + 20 log (F/1GHz) + 10 n . Log (d/1m)

Ex : -80dB à 100m en 2.4GHz (100mW émis, 1nW reçu…)


La sensibilité d'un récepteur est intimement lié à son facteur de bruit

Usable signal

« minimum »Thermal noise

Signal

Noise addedby the RF chain

RF chain Demodulator

-174dBm + 10.log10

(BW)

NF = Noise factor of the RF chain

SNRMIN

= Minimum S/B ratio

for correct demodulation

Sensibilité (dB) = -174dBm + 10.log10

(BW) + NF + SNRMIN

Rappel de quelques bases...Sensibilité d'un récepteur


SNRMIN

= Eb/N0 x B / BW

Fonction des performancesintrinsèques du démodulateur

et du taux d'erreur toléré Bit rate effectif(bit/s)

Largeur de canal (Hz)

Rappel de quelques bases...Notion de Eb/N0

Dit autrement : SNR

MIN (dB) = Eb/N0 (dB) + 10 log

10(B) – 10 log

10(BW)


Sensibilité (dB) = -174dBm + 10.log10

(BW) + NF + SNRMIN

Mais SNRMIN

(dB) = Eb/N0 (dB) + 10 log10

(B) – 10 log10

(BW)

Sensibilité (dB) = -174dBm + NF + 10.log10

(B) + Eb/N0 (dB)

Indépendant de la largeur du canal radio utilisé !

Sensibilité dictée uniquement par :qualité de l'électronique (NF), bit rate utile (B),

et performance de la modulation (Eb/N0, pour BER donné) )

Rappel de quelques bases...Sensibilité d'un récepteur (bis)


Les bases des solutions LPWANQuelles solutions sont utilisées ?

Sensibilité (dB) = -174dBm + NF + 10.log10

(B) + Eb/N0 (dB)

Pc = 32,4 + 20 log (F/1GHz) + 10 n . Log (d/1m)

Sélection de modulationsperformantes (PSK, etc)et de codes correcteurs

Réduction massivedu débit binaire

(revient à augmenter l'énergie par bit…)(attention à la capacité totale...)

Porteuse de fréquence basse(mais pas trop car sinon

taille antenne peu intégrable)

Electronique de réceptionhaute performance...

et surtout coté Gateway => Architectures non symétriques)

Pas si simple à faire à bas coût...


Les bases des solutions LPWAQuelles difficultés principales ?

Réduction du débit binaire

Optimisation du Eb/N0

Grand nombre de dispositifs

Basse consommation

Oui, mais

Oui, mais

Oui, mais

Oui, mais

Comment tolérer les variations de la fréquence porteuse ? Comment minimiser l'impact des perturbateurs ?

Comment rester « simple » et bas coût ?Comment gérer le canal downlink ?

Comment offrir une capacité suffisantemalgré un bas débit ?Comment gérer la croissance du trafic ?

Comment avoir une consommationbasse avec une émission longue ?Comment éviter une consommationdu récepteur trop importante ?


Les bases des solutions LPWABandes « libres » ou bandes sous licence ?

• Un choix fondamental :

Pas de coût de licenceApplications quasi libres

Composants bas coût

Interférences maîtriséesQoS garantie possible

Bande maîtriséePas de limite TX/RX

Bande « libre », ex 868MHz Bande sous licence (LTE,...)

Par nature « best effort »Risque de dégradationNon maîtrise de l'usageDuty-cycle très limité

Coût de licence à amortirContraintes strictes d'usageEngagements de la licence


Panorama des solutions du marchéUne vue globale

Débit

Portée(champ libre)

100bps

1Kbps

10Kbps

100Kbps

1Mbps

10Mbps

100Mbps

1m 10m 100m 1Km 10Km 100Km

802.11g802.11g802.11n802.11n

802.11ac802.11ac

SigfoxSigfox

LoRaWanLoRaWan

13757-4N13757-4N

BluetoothBluetooth

2G/GPRS2G/GPRS

3G/UMTS3G/UMTS

4G/LTE4G/LTE

802.15.4802.15.4BLEBLE

Weightless NWeightless N

IngenuIngenu

Weightless PWeightless P

QovisioQovisio

NB-IoTNB-IoT

EC-GSMEC-GSM

ZWaveZWave

Solutions « PC »

Télécommunications

Réseaux personnels

Solutions LPWALow power / Wide area

Energie croissanteEt/ou complexité croissanteEt/ou fréquence porteuse décroissante

LTE-MTCLTE-MTC


Présentation et IntroductionPrésentation d'Alciom

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