micro:bit LoRaNode – Was bringt die Antenne?

micro:Bit LoRaWAN mit Außenantenne
micro:Bit LoRaWAN mit Außenantenne

Seit dem vergangenen Sommer habe ich zwei LoRaNode mit dem kleinen micro:bit Mikrocontroller im Einsatz. In diesem Blog habe bereits ich über einen Antennenwechsel und eine viel bessere Erreichbarkeit der Gateways berichtet. Seit damals interessiert mich die Frage „Wieviel Verstärkung bringt diese Antenne eigentlich?“. Jetzt hätte ich eine Antwort!

RSSI

In einem LoRaWAN, z.B. dem von TTN, werden von sogenannten Node über Sensoren Daten gesammelt, z.B. bei einem Wetternode Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit. Diese Daten werden über eine Funkverbindung zu einem Gateway übertragen. Die Entfernung zwischen Node und Gateway kann nach meinen Beobachtungen im städtischen Bereich bis zu 6 km betragen. Die Entfernung hängt u.a. vom RSSI (=Received Signal Strength Indication), also der Empfangsfeldstärke, ab, die für diese Funkstrecke erreicht wird.

 Beispiel für Empfangsfeldstärke
Beispiel für Empfangsfeldstärke

Obige Karte zeigt von mir im vergangenen Jahr gemessene Werte für RSSI, wobei alles unter -100 dB (rot) sehr gut und alles ab -120 dB (blau) grenzwertig ist. Ich habe diese Messungen auch mit dem gleichen Node ohne Außenantenne gemacht und wesentlich schlechtere Werte erreicht, d.h. die Außenantenne bringt einen sogenannten Antennengewinn, dessen Höhe ich gern wüsste.

Messanordnung

Bei der Datenübertragung werden jetzt neben den Nutzdaten (Temperatur, Luftdruck usw.) auch Metadaten übertragen, z.B. die GatewayID und der Wert für den RSSI der Funkverbindung. Diese Daten kann man sich auf der Console von TTN anzeigen lassen.

Messwerte für Übertragung ohne Außenantenne
Messwerte für Übertragung ohne Außenantenne

Obiger Screenshot zeigt für eine Datenübertragung mit einem Node ohne Außenantenne zu einem auf meinem Schreibtisch stehenden TTIG-Gateway einen RSSI von -65 dB. Dieser ist wegen der geringen Entfernung zwischen Node und Gateway verständlicherweise im sehr guten roten Bereich.

 Messwerte für Übertragung MIT Außenantenne
Messwerte für Übertragung MIT Außenantenne

Für den Node mit Außenantenne ergibt sich ein RSSI von -48 dB. Die Differenz zeigt also einen Antennengewinn von 17 dB.

Fazit

Die Bedeutung dieses Antennengewinns habe ich am vergangenen Wochenende bemerkt, als das TTIG-Gateway auf meinem Schreibtisch aus unerfindlichen Gründen gestört war. Zu der Zeit waren nämlich alle meine anderen Node, die keine Außenantenne haben, auch gestört.

Mit dem in diesem Vergleich genutzten Node mit Außenantenne habe ich aber zwei externe Gateways erreicht. Die RSSI waren dabei -117 bzw. -107 dB. Ohne die 17 dB Antennengewinn wäre ich also mit -134 dB bzw. -124 dB im blauen grenzwertigen Bereich für Empfangsfeldstärke gewesen. So konnte ich ohne Außenantennen auch keine Gateways erreichen.

Diese Situation trübt die Nutzung der LoRaWAN-Technik etwas. Man kann leider nie genug Gateways als Netzzugangspunkte haben, denkt HoSi.

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