{"id":2037,"date":"2020-06-18T11:09:39","date_gmt":"2020-06-18T11:09:39","guid":{"rendered":"https:\/\/www.linemetrics.dev\/de\/?post_type=blog&p=2037"},"modified":"2023-11-29T12:38:57","modified_gmt":"2023-11-29T11:38:57","slug":"praxistipps-noch-mehr-lorawan-reichweite","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.linemetrics.dev\/de\/praxistipps-noch-mehr-lorawan-reichweite\/","title":{"rendered":"F\u00fcr maximale LoRaWAN Reichweite: Gateways und Sensoren richtig positionieren"},"content":{"rendered":"\n

Immer h\u00e4ufiger sollen Funkverbindungen f\u00fcr die Daten\u00fcbertragung eingesetzt werden, da sie einen flexiblen Umgang mit den Endger\u00e4ten erm\u00f6glichen und das aufw\u00e4ndige Verlegen von Kabeln ersparen. Doch trotz reichweitenstarker Funktechnologien wie LoRa kann die Verbindung zwischen Sensoren und Gateways instabil sein. <\/strong><\/p>\n\n\n\n

Verlorene Datenpakete oder verk\u00fcrzte Batterielebensdauer von Funksensoren sind oft auf schlechte Funkverbindung zur\u00fcckzuf\u00fchren. Die wiederum liegt oft an der falschen Handhabung von Gateways<\/a> und Antenne bzw. an schlechter Positionierung und fehlendem Wissen \u00fcber die Ausbreitung von Signalen. Damit Sie die h\u00e4ufigsten Fehler vermeiden und das Maximum an Reichweite und Stabilit\u00e4t aus Ihrem LoRaWAN herausholen, erkl\u00e4ren wir hier einige Grundlagen und geben praxiserprobte Tipps.<\/p>\n\n\n\n

Mehr Informationen zur den Vorteilen der Technologie und Einsatzgebieten  im Bereich IoT finden Sie unter LoRa Funk<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

LoRa Reichweite in Theorie und Praxis<\/h2>\n\n\n\n

In den Herstellerangaben von LoRaWAN-Modulen bzw. bei allgemeinen Informationen \u00fcber LoRaWAN wird meist eine Reichweite von 15km angegeben. Dies ist jedoch nur eine grobe Absch\u00e4tzung unter sehr guten Bedingungen. Zum Beispiel bei vorhandener Sichtverbindung, keinerlei Hindernissen in der Funkstrecke und einem flachen Terrain.<\/p>\n\n\n\n

Sie haben sogar schon von 50km oder 70km LoRa Reichweite gelesen? Das ist tats\u00e4chlich m\u00f6glich, allerdings unter Bedingungen, die bei den meisten Anwendungsf\u00e4llen unrealistisch sind: Das Gateway wird in mindestens 100m H\u00f6he montiert, es besteht Sichtverbindung, es herrschen absolut perfekt, atmosph\u00e4rische Bedingungen und der Sensor ist gegen\u00fcber seiner Umgebung ebenfalls erh\u00f6ht platziert.<\/p>\n\n\n\n

In realen Umgebungen, beispielsweise in Industriehallen oder in B\u00fcrogeb\u00e4uden, sind solche Reichweiten nicht m\u00f6glich. Je nach Gegebenheiten sind in Geb\u00e4uden 200m bis 500m und im Au\u00dfenbereich (Betriebsgel\u00e4nde, etc.) bis 5km Reichweite m\u00f6glich.<\/p>\n\n\n\n

Was Antennen und Donuts gemeinsam haben<\/h2>\n\n\n\n

Mithilfe von Antennen werden bekannterma\u00dfen Signale gesendet und empfangen, oder exakter formuliert: elektromagnetische Wellen abgestrahlt und detektiert. Diese F\u00e4higkeit ist bei Antennen nicht in jede Richtung gleichm\u00e4\u00dfig ausgepr\u00e4gt. Je nach Antennentyp wird in bestimmten Richtungen besser oder schlechter gesendet und empfangen. Das wird mit dem Begriff Abstrahlcharakteristik beschrieben.<\/p>\n\n\n\n

Bei der am h\u00e4ufigsten eingesetzten Antennenform, der Stabantenne, breiten sich die ausgesendeten Wellen Donut-f\u00f6rmig aus. Als Sendeantenne strahlt diese den Gro\u00dfteil der Leistung seitlich ab, jedoch nur wenig nach oben und unten.<\/p>\n\n\n\n

Nachdem die Charakteristik einer Antenne sowohl f\u00fcr das Senden als auch das Empfangen gleicherma\u00dfen gilt, kommt auch bei der Detektion von Signalen das Donut-Modell zur Anwendung: seitlich neben der Antenne wird sehr gut, oben oder unten eher schlecht empfangen.<\/p>\n\n\n\n

Gateways optimal positionieren<\/h2>\n\n\n\n

Die Abstrahlcharakteristik der Antenne muss bei der Gatewaypositionierung ber\u00fccksichtigt werden. In folgenden \u00dcberlegungen wird von einer Stabantenne ausgegangen.<\/p>\n\n\n\n

Indoor-Nutzung auf einer Ebene<\/h3>\n\n\n\n

Sollen Sensoren in einer Ebene (z.B. in einer Halle, ein Stockwerk, etc.) empfangen werden, muss die LoRa-Antenne am Gateway vertikal montiert werden. Der Standort sollte ideal mittig in der abzudeckenden Fl\u00e4che sein.<\/p>\n\n\n\n

Laut Antennencharakteristik scheint es als ob der oberste Sensor vom Gateway nicht empfangen werden kann, da dieser nicht im abgedeckten Bereich der Antenne liegt.  Allerdings wird das Signal des Sensors an den W\u00e4nden gestreut und reflektiert, so dass ein Teil des Signals an der Gateway-Antenne ankommen wird.<\/p>\n\n\n\n

Indoor-Nutzung \u00fcber mehrere Ebenen<\/h3>\n\n\n\n

M\u00f6chte man mehrere Ebenen bzw. Stockwerke mit einem Gateway abdecken, sollte das Gateway mittig im Geb\u00e4ude platziert werden und, wie in der Abbildung ersichtlich, die Gateway-Antenne horizontal (!) ausgerichtet werden. Die Funkwellen breiten sich auf Basis der gegebenen Antennencharakteristik (Donut-\u00e4hnlich) vorwiegend nach oben und unten aus. So werden alle Stockwerke bestm\u00f6glich abgedeckt.<\/p>\n\n\n\n

Gateway au\u00dferhalb des Geb\u00e4udes<\/h3>\n\n\n\n

Eine weitere M\u00f6glichkeit ist es, das Gateway au\u00dferhalb des Geb\u00e4udes zu platzieren und die Antenne vertikal auszurichten. So kann von au\u00dfen in mehrere Stockwerke horizontal \u201chinein gefunkt\u201d werden. Dabei profitiert man von der niedrigeren D\u00e4mpfung der Fenster im Vergleich zu Beton-\/Stahlbeton-Zwischendecken.<\/p>\n\n\n\n

Positionierung im Au\u00dfenbereich<\/h3>\n\n\n\n

Im Au\u00dfenbereich ist darauf zu achten, dass das Gateway in ausreichender H\u00f6he angebracht wird und in n\u00e4chster N\u00e4he von nichts verdeckt wird. Je h\u00f6her das Gateway positioniert wird, desto weiter reicht die LoRa-Verbindung. Ideal w\u00e4re also ein frei stehender Mast, an dem das Gateway montiert ist.<\/p>\n\n\n\n

Die H\u00f6he muss jedoch relativ zur Entfernung der Sensoren gew\u00e4hlt werden, da direkt unter bzw. nicht im Abstrahlkegel des Gateways nicht ideal empfangen werden kann.<\/p>\n\n\n\n

Da das Gateway nicht immer freistehend angebracht werden kann, sollte eine andere erh\u00f6hte Position gew\u00e4hlt werden (z.B. Dach, Balkon, aus Fenster in oberem Stockwerk). Dabei muss nat\u00fcrlich die Abschattung durch Geb\u00e4ude, Mauern oder \u00c4hnliches beachtet werden. In Richtung der Abschattung ist die Empfangsleistung eingeschr\u00e4nkt.<\/p>\n\n\n\n

Wenn m\u00f6glich sollte eine Sichtverbindung zwischen Gateway und Sensor angestrebt werden, um die bestm\u00f6gliche Verbindung zu erreichen. Jedoch k\u00f6nnen Signale auch \u00fcber gestreute Pfade (\u00fcber Umwege) empfangen werden, diese sind jedoch stark abgeschw\u00e4cht.<\/p>\n\n\n\n

Montage von Gateway und Sensoren<\/h2>\n\n\n\n

Die Reichweite von Sensoren\/Gateways kann bei Beachtung von einigen Grundregeln erheblich gesteigert werden. Jedes Objekt direkt in der N\u00e4he eines Senders beeinflusst das Sendeverhalten negativ. Je geringer der Abstand vom Objekt zum Sensor\/Gateway, desto st\u00e4rker wirkt sich dieses auf das Sendeverhalten aus, da die Strahlung dadurch abgeschw\u00e4cht wird.<\/p>\n\n\n\n

Werden Sensoren oder Gateways direkt an W\u00e4nden montiert, sollte man zur Reichweitenoptimierung folgendes beachten:<\/p>\n\n\n\n