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© ALCIOM 2016 – Reproduction interdite sans autorisation
Panorama des solutions LPWANPourquoi débit de données et portée
sont-ils inconciliables ?
Robert Lacoste – [email protected]
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Positionnement généralLe contexte
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Positionnement généralComment un objet se raccorde à l'Internet ?
• Trois approches :
BluetoothBLEWifi
6lowPan,Zigbee,
Thread...LPWA
Personal gateway Home gateway Low power wide area
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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…)
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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
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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)
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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)
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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...
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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 ?
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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
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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
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Présentation et IntroductionPrésentation d'Alciom
Conseil, R&D sous contrat et études amont en électronique Spécialistes des signaux mixtes :
Radiofréquences Frontaux analogiques ADC/DAC avancés Hyperfréquences Électronique rapide Smart-metering Antennes FPGA & DSP Ultra-basse consommation
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