[LoRa] SF(Spreading Factor)와 DR(Date Rate)와 ADR(Adaptive Data Rate)의 관계

https://coding-yoon.tistory.com/163

[LoRa] CSS(Chirp Spread Spectrum)

 

이전 글에서 Chirp Spread Spectrum에 대해 이야기했습니다. 

 

LoRa는 Chirp기반 확산 스펙트럼 변조로, Symbol은 Chirp입니다.

아래의 하나의 블록 이미지를 Chirp이라 하였고, 주파수의 변화에 따라 Up-Chrip, Down-Chirp로 구별할 수 있습니다.

 

Chirp

전 글에서는 세로폭에 대해 제대로 짚고 넘어가지 않았습니다. 

 

세로 폭은 SF((orthogonal)Spreading Factor; (직교)확산계수, 초당 데이터 비트, 시간 단위당 변조되는 기호), DR(Data Rate, 데이터 속도) 입니다. 

 

ToA : Time on Air; 통신 시간 (SF7~SF12)
SF : Spreading Factor; 확산 계수
DR : Data Rate; 데이터 속도 (DR5~DR0)

전에 LoRa 장거리 통신을 위해 세로 폭을 늘리게 되면, ToA가 늘어나게 됩니다.  SF는 시간 단위당 변조되는 기호로, 기본적으로 SF가 높을수록 통신이 느려집니다. 

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SF는 두가지 값을 알 수 있습니다. 

1. 각 기호에 포함된 chip의 수는 2^SF
2. 해당 기호로 인코딩할 수 있는 원시 비트 수는 SF입니다. 

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그러므로 SF가 커지면,

1. 통신 거리가 증가한다.
2. ToA가 늘어난다.
3. 전력 소모가 증가한다.
4. DR은 감소한다.

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그렇다면 큰 SF가 좋은가? 그렇지 않습니다. 

 

SF가 크면 통신 거리는 증가하는 반면, DR이 줄어, ToA가 늘어나며, 전력 소모가 증가하는 문제점이 생기기 때문에, 적절한 SF와 DR을 골라야 합니다. 

 

참고 SF, 주파수, 대역폭을 알면 ToA를 계산할 수 있다. 
계산기 : https://www.thethingsnetwork.org/airtime-calculator
공식 : https://www.rfwireless-world.com/calculators/LoRaWAN-Airtime-calculator.html

 

기본적으로 LoRa 통신은 Class A 방식으로, End Device가 Up-Link를 해야만, Gateway가 Down-Link를 할 수 있습니다. 여기서 가장 최신의 20개 Up-Link를 이용해 정적인(움직이지 않는) End Device(EN)에서 가장 적절한 DR 혹은 SF를 고를 수 있는데, 그것이 ADR(Adaptive Date Rate)입니다.

 

ADR을 통해 DR을 변경하면, End Device의 수명을 늘리고 링크 품질 최적화를 시킬 수 있습니다.

Mac Layer에서 Mac Command가 있습니다. Mac Command를 이용해 4가지 파라미터(SF, Channel Mask, Tx Power, Retransmission)를 설정할 수 있다. 위 파라미터를 이용해 만든 알고리즘이 ADR이다. 기본적으로 ADR은 Typical ADR을 말하며, TTN, Chirp Stack, SKT 등에서 Typical ADR 알고리즘을 사용한다.

https://www.thethingsnetwork.org/docs/lorawan/adaptive-data-rate/

Adaptive Data Rate

ChirpStack Github에 Go Language로 구현.

https://github.com/brocaar/chirpstack-network-server/blob/master/internal/adr/default.go

GitHub - brocaar/chirpstack-network-server: ChirpStack Network Server is an open-source LoRaWAN network-server.