Las bandas de frecuencia LoRa son las bandas ISM sin licencia que LoRa usa en cada región: 915 MHz (902–928 MHz) en Norteamérica, 868 MHz en Europa, 433 MHz en gran parte de Asia y 470 MHz en China. Debido a que LoRa solo opera en espectro sin licencia, los canales permitidos, ciclos de trabajo y límites de potencia de transmisión cambian de país a país — y la banda en la que despliegas dicta qué antena, conector y cable LoRa necesitas. Esta guía explica cada banda, el rango real que puedes esperar y cómo seleccionar la antena LoRa adecuada  para un enlace IoT confiable de LoRaWAN.

Bandas de frecuencia LoRa por región

La banda exacta de frecuencia LoRa que uses depende de las regulaciones regionales del espectro. LoRa opera exclusivamente en bandas Industrial, Científica y Médica (ISM) sin licencia, pero los canales permitidos, ciclos de trabajo y potencia máxima de transmisión varían según el país y la región. La tabla a continuación resume las bandas principales de LoRa y dónde aplican.

¿Qué es LoRa?

LoRa (Long Range) es una tecnología de modulación inalámbrica de bajo consumo desarrollada originalmente en Francia y ahora propiedad y licenciada por Semtech (EE. UU.). Forma la capa física (PHY) de muchos sistemas de Redes de Área Amplia de Bajo Consumo (LPWAN) y está gobernada por la LoRa Alliance, un consorcio global de proveedores de tecnología, operadores de red y fabricantes de dispositivos.

LoRa está diseñado para soportar comunicación de largo alcance con un consumo de energía extremadamente bajo, lo que lo hace muy adecuado para aplicaciones de Internet de las Cosas (IoT) y máquina a máquina (M2M). Utiliza  modulación Chirp Spread Spectrum (CSS) para lograr altos presupuestos de enlace y un rendimiento robusto en entornos RF ruidosos. Dependiendo del ancho de banda y factor de dispersión seleccionados, LoRa soporta tasas de datos que van desde aproximadamente 0.3 kbps hasta 50 kbps. Se logran tasas de bits más altas reduciendo el alcance y aumentando el consumo de energía.

La banda de 915 MHz

915 MHz es la frecuencia central de lo que se conoce como la banda de 33 centímetros, que recibe su nombre de la longitud de onda en esta frecuencia. También se le conoce como la banda de 900 MHz y abarca de 902 MHz a 928 MHz. La banda de frecuencia de 915 MHz está designada por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) como una banda de frecuencia Industrial Científica y Médica (ISM) sin licencia,  lo que significa que puede usarse en toda Norteamérica para redes LoRa con restricciones mínimas. Su capacidad para soportar transmisiones de largo alcance de manera eficiente es ventajosa. Otros usos notables de esta banda de frecuencia incluyen la radioafición, como se discute más adelante.

Por qué importan las antenas LoRa

La antena de 915 MHz usada para redes LoRa soporta conectividad de largo alcance comparable a frecuencias más bajas como la banda de 433 MHz (aunque las antenas de 915 MHz tienen mayor ganancia). En Estados Unidos, el uso de la banda de 433 MHz está restringido por regulaciones de la FCC, por lo que esta banda de frecuencia más alta es la única banda sub-gigahercios disponible para soportar conectividad LoRa.

El desempeño de la antena suele ser el factor más crítico que  determina el alcance y la confiabilidad de LoRa en el mundo real. La ganancia de la antena, el patrón de radiación, la calidad del plano de tierra, la altura de montaje y las pérdidas de cables afectan directamente el presupuesto de enlace y la capacidad de la red. Por lo tanto, seleccionar la antena correcta — y un cable de antena de baja pérdida  con el conector correcto — es tan importante como elegir el chipset LoRa en sí.

Propagación de señal a 915 MHz

La línea de visión es el principal medio de transmisión de señal, lo que significa que antenas y repetidores de 915 MHz suelen instalarse a una altura más allá de obstáculos como edificios o colinas. Con potencia de transmisión equivalente, la señal de una antena LoRa de 915 MHz puede recorrer aproximadamente el 75 por ciento de la distancia de una antena de 433 MHz. La penetración de edificios y ventanas es efectiva, especialmente en comparación con frecuencias más altas como 2.4 GHz.

En despliegues reales, los rangos típicos de LoRa a 915 MHz son:

• 2–5 km en entornos urbanos densos
• 5–15 km en zonas suburbanas o rurales
• 15+ km en condiciones de línea de visión abierta

Características clave de la conectividad LoRa

1. Ancho de banda y escalabilidad de frecuencia
2. Baja potencia de salida de los transmisores
3. Resistencia a interferencias dentro y fuera de banda
4. Resiliencia de la transmisión de señales contra el desvanecimiento y el desvío Doppler
5. Soporte para conectividad de largo alcance
6. Capacidad para soportar redes de alta capacidad
7. Capacidad para soportar localización mediante nodos en red

La técnica de modulación utilizada se deriva del Espectro Extendido Chirp (CSS). Esto implica aumentar el ancho de banda de la señal transmitida para compensar la degradación en la relación señal-ruido y variar la tasa de datos para mejorar la cobertura o la tasa de consumo de energía según sea necesario. Esto también hace que las transmisiones sean resistentes al desvanecimiento multipath sin aumentar la potencia de transmisión. Para lograr un rendimiento de bajo consumo y área amplia, la tasa de datos es el compromiso clave. Los datos se descomponen y codifican en múltiples 'chirps' que se transmiten o 'dispersan' a diferentes velocidades (usando cambios de frecuencia), según la disponibilidad de tiempo de aire. La tasa de chirp se conoce como Factor de Dispersión (SF). Esta tasa de bits escalable facilita el uso más eficiente de la red. La corrección de errores hacia adelante también se utiliza para prevenir aún más interferencias.

El Protocolo de Red LoRaWAN

Este protocolo de red está desarrollado para LoRa y especifica la arquitectura del sistema (punto a multipunto), control (frecuencias usadas y tasas de datos) y comunicación dentro de las redes LoRa desplegadas. Los dispositivos individuales en red transmiten solo cuando tienen datos para enviar. Los datos del transmisor se retransmiten a través de múltiples nodos aguas arriba al servidor central de la red en una topología estrella. La red LoRa puede ser limitada en que no hay provisión para que los acuses de recibo de la recepción de datos se transmitan a nodos descendentes. La cobertura puede ser de hasta 15 kilómetros (10 millas). Existen tres clases de comunicación entre nodos:

• La Clase A implica la transmisión asíncrona de nodos (cuando sea necesario). Cuando no tienen datos, permanecen inactivos.
• La Clase B implica comunicación central con los nodos mediante mensajes de baliza transmitidos a intervalos regulares. Los nodos receptores funcionan con batería y, por lo tanto, son capaces de escuchar a intervalos programados la señal transmitida.
• La Clase C son nodos 'activos' alimentados continuamente que pueden recibir señales en cualquier momento. Esto no es un esfuerzo de baja energía y usualmente requiere energía de corriente alterna.

Antenas IoT de 915 MHz

LoRa es una de las tecnologías clave que se espera sustente la expansión continua del Internet de las Cosas (IoT). Los dispositivos en red IoT a menudo usan redes de alto rendimiento como WiFi o la red celular, pero LoRa ofrece conectividad mejor adaptada a sistemas basados en sensores que pueden enviar paquetes de datos mínimos a intervalos irregulares. LoRa también permite que los dispositivos IoT operen en lugares remotos donde la energía es inconsistente y hay una dependencia de baterías, que pueden durar hasta 10 años en el campo.

Para integrar la conectividad LoRa en un dispositivo, se requiere un chipset compatible con LoRa licenciado por Semtech. La Alianza LoRa incluye a más de 500 empresas que han desarrollado soluciones con interoperabilidad LoRa y contribuyen a su ecosistema global en un mercado multimillonario. Cada vez más, los chips compatibles con LoRa se integran en una variedad de dispositivos inalámbricos como laptops y electrodomésticos.

Las aplicaciones LoRa abarcan toda la industria global, y el despliegue de esta tecnología es tan extendido que está estableciendo el estándar para la conectividad LPWAN e IoT/M2M, superando tecnologías competidoras como NB-IoT o SigFox. Los sectores con despliegues activos de redes LoRa incluyen:

• Vigilancia ecológica
• Agricultura
• Medición de servicios públicos
• Seguimiento de inventario
• Automotriz

Alternativas a largo plazo y bajo consumo de energía a LoRa

Antenas SigFox de 915 MHz

Las antenas de 915 MHz  también pueden usarse para la conectividad SigFox, que utiliza la misma frecuencia que LoRa. SigFox es una tecnología LPWAN que utiliza modulación diferencial binaria por desplazamiento de fase (DBPSK) y clave por desplazamiento de frecuencia gaussiano (GFSK) para conectividad sub-gigahercios entre objetos en red. Utiliza una topología de estrella de un solo salto que depende mucho de antenas de alta calidad a 915 MHz para un funcionamiento óptimo. Tiene una tasa de datos de 100 bps con comunicación bidireccional limitada y está desplegada en más de 60 países.

Otras aplicaciones que usan la banda de 915 MHz

La banda de 33 centímetros también se asigna al uso de radioaficionados, con la advertencia de que puede haber vulnerabilidad a interferencias de dispositivos que la usan como banda ISM. Una variedad de actividades para radioaficionados como la televisión para aficionados (ATV) y comunicaciones por radio como FM, CW y SSB utilizan una variedad de hardware autoconstruido o modificado. Los entusiastas encuentran que la propagación a esta frecuencia es similar a la propagación en la banda de 70 centímetros. Antenas externas de 915 MHz pueden usarse con radios, repetidores y amplificadores.

Tipos clave de antena LoRa de 915 MHz

Las antenas para redes LoRa vienen en una variedad de tipos con características que permiten una cobertura y funcionamiento efectivos de una red LoRa. Estas antenas también pueden usarse para aplicaciones de 915 MHz / 33 centímetros. Muchas están equipadas con conectores SMA, RP-SMA o TNC, pero  el tipo de conector debe verificarse cuidadosamente para asegurar su compatibilidad.

Antena de látigo de cuarto de onda de 915 MHz

Estas antenas tienen un elemento conductor que es una cuarta parte de la longitud de onda en 915 MHz. Algunas están cubiertas en carcasas moldeadas, pero las antenas látigo son altamente flexibles y resistentes a impactos. Algunas unidades tienen un cable de vuelo para mayor facilidad de montaje.

Antena Stub de 915 MHz

Las antenas stub son esencialmente antenas helicoidales comprimidas en una unidad compacta y portátil, lo cual puede ser ventajoso en algunas aplicaciones. Las antenas helicoidales tienen un elemento radiante enrollado que reduce la longitud de la antena, pero no tanto como una antena stub.

Antena dipolo giratoria / articulada de 915 MHz

Las antenas articuladas o giratorias son altamente ajustables y usualmente se bloquean en posición cuando se ha logrado su cobertura óptima. Su flexibilidad también aumenta las opciones potenciales de montaje. Muchas son antenas dipolo de media onda.

Antena omnidireccional de 915 MHz

Las antenas omnidireccionales son antenas dipolo y pueden usarse para crear cobertura interior o exterior de 360 grados. Tienden a tener menor ganancia que las antenas direccionales porque su haz no está enfocado. Esto significa que depender de una sola antena omni puede no producir la cobertura deseada, y se necesitará una combinación de tipos de antenas para obtener los mejores resultados. Las antenas omnidireccionales exteriores son robustas con un radomo impermeable bien sellado y una variedad de opciones de montaje. Algunos diseños son antenas de montaje a través de agujero; otros vienen premontados en un soporte metálico con cable puente.

Antena direccional de 915 MHz

Las antenas direccionales enfocan su potencia de transmisión o recepción en una dirección específica, haciéndolas capaces de proporcionar alta ganancia y desempeño a larga distancia.

Antena colineal de 915 MHz

Estas potentes antenas omnidireccionales proporcionan una cobertura extensa al aire libre. Idealmente deben montarse en altura y no estar obstruidas para una visibilidad en línea de visión. Normalmente están hechas de elementos de cuarto de onda, media onda o dipolo, dispuestos en fases para ofrecer una cobertura óptima en plano horizontal, y están alojadas en un radomo protector de fibra de vidrio.

LoRa vs. SigFox, NB-IoT y 433 MHz

LoRa versus SigFox: SigFox se posiciona más como un operador de red, mientras que LoRa proporciona la tecnología para que las empresas construyan sus propias redes.

• Las redes SigFox tienden a ser más simples que las redes LoRa.
• La cobertura de SigFox es mayor que la de LoRa.
• LoRa con CSS usa mucho más ancho de banda que SigFox.
• El SigFox está diseñado para transmisiones poco frecuentes y tiene una mayor duración de batería.
• Solo tiene una comunicación bidireccional muy limitada entre los nodos participantes; LoRa es marginalmente más sofisticado.
• Los módulos y chipsets de radio SigFox son más baratos que los de LoRa.
• SigFox es efectivo donde los sensores transmiten datos con poca frecuencia.
• Actualmente, SigFox muestra mejor eficacia para prevenir ataques de 'repetición' y 'hombre en el centro'.

LoRa contra NB-IoT:

1. El Internet de las Cosas de Banda Estrecha (NB-IoT) es una tecnología LTE licenciada  creada por el Proyecto de Asociación de Tercera Generación (3GPP).
2. Utiliza tecnología celular para sus redes.
3. LoRa utiliza bandas ISM sin licencia, mientras que NB-IoT usa una porción licenciada del espectro.
4. NB-IoT es más caro que LoRa.
5. LoRa usa menos ancho de banda.
6. LoRa tiene mayor duración de batería.
7. LoRa tiene menor latencia.

NB-IoT se beneficia de mecanismos de seguridad de grado celular inherentes a las redes LTE licenciadas. LoRaWAN, sin embargo, implementa cifrado AES-128 de extremo a extremo  tanto en la capa de red como en la de aplicación, proporcionando una fuerte seguridad cuando se implementa correctamente.

LoRa vs. LoRaWAN: LoRa se refiere a la tecnología de modulación por radio, mientras que LoRaWAN es el protocolo de red que define cómo los dispositivos se comunican con gateways y servidores. LoRaWAN especifica clases de dispositivos, mecanismos de seguridad, tasas de datos adaptativas y arquitectura de red. En la práctica, la mayoría de los despliegues de IoT basados en LoRa utilizan el protocolo LoRaWAN.

915 MHz vs 433 MHz: Tanto la banda de frecuencia de 915 MHz como la de 433 MHz se usan para redes de baja potencia y área amplia. La banda de 433 MHz está sujeta a restricciones de la FCC en Estados Unidos, lo que significa que la banda de 915 MHz se usa preferentemente para este tipo de conectividad en Norteamérica. La banda de 433 MHz puede estar sujeta a menos interferencia, ya que los teléfonos inalámbricos y otros aparatos usan la banda de 915 MHz así como la radioaficionado. Su desempeño es casi equivalente, aunque la banda de 915 MHz tiene una cobertura ligeramente menor y antenas más pequeñas debido a la longitud de onda más corta.

Conclusión

La banda ISM de 915 MHz ha demostrado ser una base sólida y eficiente para redes de bajo consumo y área amplia en Norteamérica, con 868 MHz, 433 MHz y 470 MHz cumpliendo el mismo papel en otras regiones. La tecnología LoRa permite despliegues escalables de IoT que equilibran rango, eficiencia energética y costo. Cuando se combina con una antena bien diseñada e instalada — y un cable de baja pérdida con el conector correcto — las redes LoRa pueden ofrecer conectividad confiable de larga distancia durante años con una sola batería. Explora las antenas LoRa / 915 MHz de Data Alliance y los cables y adaptadores correspondientes, o contacta soporte técnico para ayuda a emparejar una antena y un conector con tu despliegue LoRaWAN.