Что работает на 868 МГц
Полоса около 868 МГц отведена для маломощных устройств ближнего действия: датчиков, счётчиков воды, тепла и электричества, систем умного дома и промышленной телеметрии. В России на ней строят сети LoRaWAN по региональному частотному плану RU864, который занимает 864–870 МГц. Передатчики здесь слабые — десятки милливатт, — а связь держится на километрах благодаря модуляции, которая принимает сигнал ниже уровня шума.
В сети LoRa две роли: оконечные устройства — датчики и счётчики — и шлюзы, которые собирают их данные и передают на сервер. Антенны для них выбирают по-разному: для датчика важны размер и разъём, для шлюза — высота, круговая диаграмма и усиление.
Подойдёт ли антенна 900 МГц
Полоса 864–870 МГц стоит рядом с сотовыми полосами: ниже — LTE 800, выше — GSM-900. Многие сотовые антенны захватывают и 868 МГц, но не все. Решает нижняя граница рабочей полосы антенны: если она 806 или 824 МГц, 868 МГц внутри; если 880 МГц — снаружи, и на 868 МГц КСВН будет высоким.
Полоса LoRaWAN RU864 лежит между LTE 800 и GSM-900. Антенна с полосой от 806 МГц её закрывает, антенна от 880 МГц — нет.
Правило. Проверяйте нижнюю границу полосы в карточке антенны: 791, 806 или 824 МГц — 868 МГц внутри; 880 МГц — нет. Слова «GSM» в названии для этого недостаточно.
Обратная проверка тоже полезна: если шлюз стоит рядом с базовой станцией, мощный сигнал GSM-900 на 925–960 МГц попадает в приёмник шлюза через широкополосную антенну. Хорошие шлюзы фильтруют его сами, но в тяжёлых случаях между антенной и шлюзом ставят полосовой фильтр на 864–870 МГц.
Антенна для датчика и счётчика
Длина волны на 868 МГц — 34,6 см, четверть волны — 8,6 см. Поэтому антенны устройств компактные: штырь на разъёме SMA длиной около 10–20 см, плёночная антенна внутри корпуса или спираль на плате.
| Где стоит устройство | Антенна | На что смотреть |
|---|---|---|
| Счётчик в квартире или колодце | встроенная или выносная на кабеле | бетон и металл ослабляют сигнал на 10–20 дБ; при плохой связи выносите антенну |
| Датчик в пластиковом корпусе | штырь на разъёме или встроенная | штырь вертикально, вдали от металла |
| Датчик в металлическом шкафу | антенна на магните или с кабелем снаружи | кабель короткий, разъём под модуль |
| Метеостанция, датчик на мачте | штырь или короткая стеклопластиковая | антенна выше конструкции |
Антенна внутри корпуса устройства
Многие счётчики и датчики выпускают со встроенной антенной: плёночной или печатной на плате. Такая антенна на 3–6 дБ хуже выносного штыря, и её работу сильно меняет то, что рядом: металлическая труба, стена, вода в трубе водосчётчика. Если устройство стоит в удачном месте, встроенной антенны хватает. Если связь неустойчива, первым делом пробуют вынести антенну, если у устройства есть разъём, или переставить само устройство на полметра.
Антенна для шлюза
Шлюз определяет покрытие всей сети, и на его антенне не стоит выгадывать. Его ставят как можно выше — на крышу или мачту — с всенаправленной стеклопластиковой антенной. Усиление выбирают по задаче: 3–6 дБи для города, где датчики со всех сторон и на разной высоте; 8–10 дБи для открытой местности, где нужна дальность у горизонта.
Высота даёт больше, чем усиление. Ниже — оценка радиогоризонта d ≈ 4,12 × (√h₁ + √h₂) для шлюза на разной высоте до датчика на 1,5 м и до датчика на мачте 10 м.
| Высота шлюза | До датчика на 1,5 м | До датчика на 10 м |
|---|---|---|
| 10 м | 18 км | 26 км |
| 20 м | 23 км | 31 км |
| 30 м | 28 км | 36 км |
| 50 м | 34 км | 42 км |
Это верхняя оценка для чистого горизонта; застройка и лес её сокращают. Но порядок величин показывает: поднять шлюз с 10 до 30 м значит увеличить горизонт почти вдвое, и такой прирост не даст ни одна антенна. Кроме того, на высоте антенна шлюза поднимается над соседними крышами и деревьями: именно они, а не кривизна Земли, обычно ограничивают связь в городе и посёлке.
Направленная антенна шлюза
Если датчики расположены в одной стороне — вдоль трассы, на соседнем объекте, в коттеджном посёлке за полем, — шлюзу ставят направленную антенну: Яги или логопериодическую с полосой от 806 МГц. Она даёт 10–15 дБи в нужную сторону и меньше принимает помех с других направлений.
Сколько шлюзов нужно
Ответ зависит от застройки сильнее, чем от антенны. В открытой местности один шлюз на мачте 30 м обслуживает радиус в несколько километров. В плотной городской застройке зона одного шлюза сокращается до сотен метров для счётчиков в подвалах. Поэтому число шлюзов определяют по результатам пробного размещения, а не по паспортной дальности.
Кабель между шлюзом и антенной
На 868 МГц кабель теряет заметно: тонкий кабель около 0,4–0,5 дБ на метр, кабель 10 мм — около 0,07 дБ на метр. Шлюз, стоящий в аппаратной, с антенной на крыше в 20 м кабеля теряет на тонком кабеле 8–10 дБ — больше, чем даёт хорошая антенна. Поэтому шлюз ставят рядом с антенной, а вниз ведут питание и связь.
Совет. Каждые 3 дБ потерь в кабеле — это вдвое меньше мощности на передаче и вдвое хуже чувствительность на приёме. Короткий кабель окупается быстрее, чем лишние децибелы антенны.
Как спланировать покрытие
Сеть LoRa строят от карты объектов: где стоят счётчики и датчики, на какой высоте, что вокруг. Первый шлюз ставят на самую высокую точку в центре зоны и проверяют связь с реальными устройствами в самых трудных местах — подвалах, колодцах, дальних корпусах. По результатам решают, нужен ли второй шлюз и где. Зоны шлюзов перекрывают: устройство, которое слышат два шлюза, не теряется при отказе одного из них.
Сеть сама подстраивает скорость передачи устройств под качество связи: дальние датчики передают медленнее и дольше, что расходует их батарею. Хорошая антенна и высота шлюза позволяют дальним устройствам работать на более высокой скорости — батарея служит дольше. Это ещё один аргумент поднимать шлюз, а не добавлять усиление датчикам.
Счётчики в подвалах и колодцах
Самые трудные устройства — водосчётчики в колодцах и счётчики в подвалах. Бетон, грунт и металлические крышки ослабляют сигнал на 20–30 дБ. Здесь помогают три вещи: выносная антенна счётчика, поднятая к крышке или выведенная наружу на кабеле; шлюз на ближайшем доме, а не через квартал; направленная антенна шлюза, смотрящая на группу таких колодцев. Пластиковая крышка колодца пропускает сигнал намного лучше чугунной.
Датчик не выходит на связь: что проверить
- Частотный план устройства и шлюза совпадает: RU864 на обоих.
- Антенна устройства на месте, разъём затянут, штырь стоит вертикально.
- Устройство не стоит вплотную к металлу и не закрыто металлическим корпусом.
- Полоса антенны шлюза закрывает 864–870 МГц, кабель шлюза цел.
- Рядом со шлюзом нет мощного передатчика, который глушит его приёмник.
Другие системы рядом с 868 МГц
Кроме LoRa, в этой части спектра работают системы на основе сотовых сетей — NB-IoT и LTE-M в полосах LTE 800 и GSM-900, — а также собственные радиопротоколы производителей счётчиков. Сотовые системы не требуют своих шлюзов: устройство подключается к базовой станции оператора, и для него подходит обычная антенна 4G с нужной полосой. Если на объекте и LoRa, и сотовая связь, удобно выбрать широкополосную антенну 700–960 МГц: она закроет обе задачи.
Грозозащита шлюза
Шлюз на мачте — самая высокая точка вокруг, и молния для него — реальный риск. Мачту соединяют с контуром заземления здания, кабель от антенны к шлюзу заземляют у шлюза, а на ввод питания и связи ставят защиту от перенапряжений. Эти меры несравнимо проще, чем замена шлюза и восстановление сети после удара.
Антенны KADAMM для 868 МГц
| Задача | Что выбрать | Модели KADAMM |
|---|---|---|
| Устройство с разъёмом SMA | штырь 868 МГц | AR-868-2 |
| Устройство в шкафу | антенна 4G на кабеле с полосой от 700–800 МГц | AMS-LTE-2-3, ASK-LTE-2-1 |
| Шлюз в городе | всенаправленная 806–960 МГц, 5–6 дБи | AC-80005, AC-80006 |
| Шлюз в открытой местности | всенаправленная 806–960 МГц, 10 дБи | AC-80010 |
| Шлюз, датчики в одной стороне | Яги или логопериодическая от 806 МГц | K81809011Y, ALP-657027V11S04 |
Поляризация и положение антенн
Антенны устройств LoRa почти всегда вертикальные, поэтому и у шлюза антенна стоит вертикально. Штырь счётчика, повёрнутый горизонтально при монтаже, теряет 10–20 дБ — столько же, сколько бетонная стена. При установке устройств стоит проверить, что антенна смотрит вверх или вниз, а не лежит вдоль стены или трубы.
Установка шлюза
- Антенна — на вершине мачты или на выносе, без металла выше неё.
- Вертикальная поляризация — так стоят антенны большинства датчиков.
- Шлюз — в герметичном корпусе рядом с антенной; кабель между ними — 1–2 м.
- Грозозащита: заземление мачты и грозоразрядник на кабеле.
- Рядом с сотовыми антеннами — разнос по вертикали и при необходимости фильтр.
- После монтажа — обход зоны с тестовым устройством и запись уровней в контрольных точках.
Частые ошибки
- Антенна «GSM 900» с полосой 880–960 МГц на шлюз 868 МГц.
- Шлюз в подвале или на первом этаже с антенной за окном — покрытие в разы меньше возможного.
- Длинный тонкий кабель от шлюза к антенне на крыше.
- Датчик в металлическом шкафу со штатной антенной внутри.
- Антенна шлюза высокого усиления там, где датчики рядом и под ней.
Что прислать для подбора
- Роль: антенна для устройства или для шлюза.
- Разъём устройства или шлюза.
- Где стоят устройства: высота, подвалы, колодцы, металл рядом.
- Высоту, на которую можно поставить шлюз, и длину кабеля.
Модели KADAMM
Антенны KADAMM на 868 МГц — в разделах антенн для телеметрии и всенаправленных антенн.
| Диапазон | 868 МГц |
| Диапазон | 806–960 МГц |
| Диапазон | 806–960 МГц |
| Диапазон | 806–960 МГц |