Oleh ;  Mochammad Haldi Widianto

 

Tidak seperti teknologi komunikasi nirkabel lainnya di mana kecepatan dan keandalan data yang tinggi lebih penting, Low Power Wide Area Network (LP-WAN) mengkompromikan kecepatan data yang rendah dengan jarak jauh dan konsumsi daya yang rendah. Oleh karena itu, teknologi LPWAN menawarkan konektivitas ke sejumlah besar perangkat yang didistribusikan secara luas dengan biaya rendah, yang sangat penting untuk kesuksesan komersial. Perbedaan topologi antara Jaringan Sensor Nirkabel (WSN) tradisional dan LP-WAN ditentukan oleh penggunaan stasiun pangkalan. WSN memiliki topologi mesh, berbeda dengan LP-WAN, di mana perangkat hanya berkomunikasi dan langsung dengan base station (gateway), membentuk jaringan bintang dan memungkinkan operasi berdaya rendah. Teknologi komunikasi LP-WAN dapat dibagi menjadi dua kategori dalam konteks rentang frekuensi berlisensi: teknologi yang beroperasi pada frekuensi tidak berlisensi dan teknologi yang beroperasi pada frekuensi berlisensi. Keuntungan paling penting dari penggunaan spektrum yang tidak berlisensi adalah biaya perangkat yang rendah dibandingkan dengan yang berlisensi. Namun, frekuensi berlisensi memiliki interferensi yang lebih rendah. Teknologi LP-WAN yang beroperasi pada frekuensi tidak berlisensi adalah Long Range (LoRa) dan Sigfox, dan frekuensi berlisensi digunakan dalam Long Term Evolution for Machines (LTE-M) dan Narrowband Internet of Things (NB-IoT).

A.LoRa

Menurut LoRa Alliance, sebuah asosiasi nirlaba yang didedikasikan untuk standarisasi LP-WAN, LoRa beroperasi pada frekuensi yang tidak berlisensi. Ini memberikan ketahanan terhadap interferensi dan kebisingan karena modulasi Chirp Spread Spectrum (CSS), yang menggunakan sinyal frekuensi sinusoidal yang meningkat atau menurun seiring waktu untuk mengkodekan informasi. Karena sinyal itu memiliki sifat seperti derau, sulit untuk mendeteksinya, dan perubahan frekuensinya membuatnya kebal terhadap gangguan pita sempit. Lebih lanjut tentang arsitektur LoRa

  1. Sigfox

Seperti disebutkan, Sigfox juga beroperasi pada frekuensi yang tidak berlisensi, tetapi tidak seperti LoRa, perangkat Sigfox berkomunikasi dengan BTS menggunakan modulasi Diferensial Biner Phase Shift Keying (DBPSK) dalam Ultra Narrow Band (UNB) dengan lebar pesan 100 Hz. Oleh karena itu, Sigfox memiliki tingkat kebisingan yang sangat rendah, yang menghasilkan sensitivitas penerima yang tinggi, konsumsi daya yang rendah, dan desain antena yang murah. Kelemahan besar dari teknologi ini adalah penggunaan UNB data rate yang rendah hanya 100 bps, memberikan data rate terendah di antara teknologi LPWAN.

  1. 3GPP LTE-M

Proyek Kemitraan Generasi ke-3 (3GPP) adalah organisasi teknik yang menyatukan Organisasi Pengembangan Standar nasional (SDO) di seluruh dunia untuk mengembangkan spesifikasi teknis untuk telekomunikasi seluler. Karena teknologi yang menggunakan frekuensi tidak berlisensi memiliki keterbatasan terkait QoS, standar teknologi LP-WAN standar 3GPP LTE-M dan NBIoT. Mereka dirancang untuk mendukung sejumlah besar perangkat dan memiliki biaya perangkat yang rendah, masa pakai baterai yang lama, dan peningkatan jangkauan. LTE-M, juga dikenal sebagai CAT-M1, menggabungkan single-carrier frequency-division multiple access (SC-FDMA) dan orthogonal FDMA (OFDMA) untuk uplink dan downlink. Ini beroperasi dalam spektrum berlisensi di pita LTE, dan dioptimalkan untuk bandwidth dan koneksi seluler yang lebih tinggi.

  1. 3GPP NB-IoT

Tidak seperti LTE-M, NB-IoT dibuat dengan mempertimbangkan sensor stasioner berdaya rendah. Ini juga beroperasi dalam spektrum berlisensi, dan, seperti LTE-M, menggunakan SC-FDMA di uplink dan OFDMA di downlink. LTE-M memiliki kecepatan data yang lebih tinggi (1 Mbps versus 60 kbps) dan bandwidth (1,4 MHz versus 180 kHz) daripada NB-IoT dan, akibatnya, memiliki latensi lebih rendah hingga 100 ms yang menyediakan komunikasi real-time dengan suara melalui LTE ( VoLTE). NB-IoT adalah teknologi LP-WAN yang paling umum digunakan yang beroperasi pada frekuensi berlisensi. Diperkirakan bahwa NB-IoT akan, bersama dengan LoRa, mencakup lebih dari 85% dari semua koneksi LP-WAN pada tahun 2023, dan oleh karena itu, kedua teknologi ini biasanya dibandingkan. LoRa mengkonsumsi lebih sedikit daya dan memberikan masa pakai baterai yang lebih lama. Keuntungan lain dari LoRa adalah biaya operasinya yang lebih rendah karena beroperasi dalam spektrum yang tidak berlisensi, tetapi kelemahannya adalah batasan siklus kerja. Selain itu, NB-IoT lebih aman karena enkripsi 3GPP 256-bitnya dibandingkan dengan AES 128-bit yang digunakan oleh LoRa dan memiliki kecepatan data yang sedikit lebih tinggi (60 kbps di atas 50 kbps LoRa).

Teknologi LP-WAN baru menyediakan konsumsi daya yang rendah dan cakupan yang luas untuk aplikasi IoT. Teknologi dapat beroperasi dalam spektrum yang tidak berlisensi atau berlisensi. Keuntungan dari spektrum yang tidak berlisensi adalah biaya perangkat yang lebih rendah, tetapi kerugiannya adalah daya interferensi yang lebih tinggi karena berbagi spektrum dengan teknologi lain. LoRa, teknologi LP-WAN yang paling banyak digunakan, beroperasi dalam spektrum tanpa izin, dan menggunakan spektrum sebaran kicauan untuk mengatasi gangguan. Jangka panjangnya disediakan oleh SF adaptif, yang juga memengaruhi parameter komunikasi seperti SNR, RSSI, dan ToA. Analisis yang dilakukan pada 6.500 pesan yang dikirim melalui jaringan uji LoRa menunjukkan korelasi antara SNR dan RSSI serta ketergantungannya pada SF. Dibandingkan dengan yang lain, SF7 memiliki kenaikan rata-rata RSSI dan SNR rata-rata terbesar. Analisis juga mengkonfirmasi ToA teoritis dengan pengukuran jaringan uji yang digunakan.

Reference

  1. Filip Turčinović, Josip Vuković, Slaven Božo, Gordan Šišul, “Analysis of LoRa Parameters in Real-World Communication,” 62nd International Symposium ELMAR-2020, 14-15 September 2020, Zadar, Croatia, University of Zagreb, Faculty of Electrical Engineering and Computing, Unska 3, HR-10000 Zagreb, Croatia
  2. https://lora-alliance.org/