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Qu'est-ce qu'un balayage de bruit ?

Lors d’un balayage de bruit, la passerelle mesure le nombre de fois que l’énergie apparaît à un certain niveau, par plage de fréquences. Cette plage de fréquences dépend de la matériel de la passerelle et du HAL.

Pour les passerelles utilisant Semtech HAL (Hardware Abstraction Layer):

  • Pour les passerelles conçues et basées sur la conception de référence v1.0 de Semtech ; c'est-à-dire, sans FPGA dédié ou chipsets SX1272 pour les balayages de bruit (donc le balayage de bruit ne peut être effectué en parallèle avec la transmission/réception LoRaWAN® en downlink/uplink):

    • Binaire "rssi_histo_tools"

    • Version HAL ≤ v3.2

    • Pas de firmware FPGA

    • Largeur de bande de mesure pour chaque fréquence centrale : 125kHz

  • Pour les passerelles conçues et basées sur les conceptions de référence v1.5 et v2 de Semtech ; c'est-à-dire, avec un FPGA dédié et chipsets SX1272 pour exécuter les balayages de bruit sans interrompre le service radio :

    • Binaire "util_spectral_scan"

    • Version HAL > v3.2

    • Version du firmware FPGA v27. La dernière version, v33 permettra de changer la plage de fréquences de 25 à 500 kHz.

    • Largeur de bande de mesure pour chaque fréquence centrale : 125kHz par défaut.

    • Plus d'informations sur util_spectral_scan peuvent être trouvées sur le projet GitHub.

L'énergie mesurée correspond au RSSI (Received Signal Strength Indicator) : Signal (d'un capteur, s'il communique à ce moment) + Interférences + Bruit thermique (de la passerelle). L'unité est le dBm : dB mWatt.

dBm est une abréviation pour le rapport de puissance en décibels (dB) de la puissance mesurée, référencée à un milliwatt (mW).

Pour exprimer une puissance arbitraire P en mW en tant que x en dBm, ou vice versa, les expressions équivalentes suivantes peuvent être utilisées :

Voici quelques valeurs :

dBmmW
01
-30.5
-100.1

Le balayage de bruit est toujours lancé avec des paramètres d'entrée :

  • Fréquence de début

  • Fréquence de fin

  • Pas

Par défaut, les valeurs définies sont basées sur la bande ISM configurée sur la passerelle. Cependant, les valeurs peuvent être définies manuellement lors du lancement d'un balayage de bruit.

Pour une meilleure analyse de la propreté du spectre (y compris les éventuels bloqueurs RF), il est recommandé d'étendre la plage de balayage de bruit au-delà des fréquences d'intérêt. Par exemple, pour la bande EU868 ISM, les fréquences LoRaWAN™ varient typiquement de 865,5 MHz à 869,525 MHz, mais les fréquences de balayage de bruit préconisées vont de 863 à 870MHz.

Vérifiez que le pas choisi n'est ni trop large ni trop étroit, et inclut toutes les fréquences utilisées par la bande ISM. Le pas préconisé est de 0,1 MHz ; les petits pas impactent directement la durée de chaque balayage de bruit.

Exemple de fichier CSV de résultat de balayage de bruit pour une passerelle utilisant un HAL de Semtech.

863000000,0.0,0,-0.5,0,-1.0,0,-1.5,0,-2.0,0,-2.5,0,-3.0,0,-3.5,0,-4.0,0,-4.5,0,-5.0,0,-5.5,0,-6.0,0,-6.5,0,-7.0,0,-7.5,0,-8.0,0,-8.5,0,-9.0,0,
-9.5,0,-10.0,0,-10.5,0,-11.0,0,-11.5,0,-12.0,0,-12.5,0,-13.0,0,-13.5,0,-14.0,0,-14.5,0,-15.0,0,-15.5,0,-16.0,0,-16.5,0,-17.0,0,-17.5,0,-18.0,0,
-18.5,0,-19.0,0,-19.5,0,-20.0,0,-20.5,0,-21.0,0,-21.5,0,-22.0,0,-22.5,0,-23.0,0,-23.5,0,-24.0,0,-24.5,0,-25.0,0,-25.5,0,-26.0,0,-26.5,0,-27.0,0,
-27.5,0,-28.0,0,-28.5,0,-29.0,0,-29.5,0,-30.0,0,-30.5,0,-31.0,0,-31.5,0,-32.0,0,-32.5,0,-33.0,0,-33.5,0,-34.0,0,-34.5,0,-35.0,0,-35.5,0,-36.0,0,
-36.5,0,-37.0,0,-37.5,0,-38.0,0,-38.5,0,-39.0,0,-39.5,0,-40.0,0,-40.5,0,-41.0,0,-41.5,0,-42.0,0,-42.5,0,-43.0,0,-43.5,0,-44.0,0,-44.5,0,-45.0,0,
-45.5,0,-46.0,0,-46.5,0,-47.0,0,-47.5,0,-48.0,0,-48.5,0,-49.0,0,-49.5,0,-50.0,0,-50.5,0,-51.0,0,-51.5,0,-52.0,0,-52.5,0,-53.0,0,-53.5,0,-54.0,0,
-54.5,0,-55.0,0,-55.5,0,-56.0,0,-56.5,0,-57.0,0,-57.5,0,-58.0,0,-58.5,0,-59.0,0,-59.5,0,-60.0,0,-60.5,0,-61.0,0,-61.5,0,-62.0,0,-62.5,0,-63.0,0,
-63.5,0,-64.0,0,-64.5,0,-65.0,0,-65.5,0,-66.0,0,-66.5,0,-67.0,0,-67.5,0,-68.0,0,-68.5,0,-69.0,0,-69.5,0,-70.0,0,-70.5,0,-71.0,0,-71.5,0,-72.0,0,
-72.5,0,-73.0,0,-73.5,0,-74.0,0,-74.5,0,-75.0,0,-75.5,0,-76.0,0,-76.5,0,-77.0,0,-77.5,0,-78.0,0,-78.5,0,-79.0,0,-79.5,0,-80.0,0,-80.5,0,-81.0,0,
-81.5,0,-82.0,0,-82.5,0,-83.0,0,-83.5,0,-84.0,0,-84.5,0,-85.0,0,-85.5,0,-86.0,0,-86.5,0,-87.0,0,-87.5,0,-88.0,0,-88.5,0,-89.0,0,-89.5,0,-90.0,0,
-90.5,0,-91.0,0,-91.5,0,-92.0,0,-92.5,0,-93.0,0,-93.5,0,-94.0,0,-94.5,0,-95.0,0,-95.5,0,-96.0,0,-96.5,0,-97.0,0,-97.5,0,-98.0,0,-98.5,0,-99.0,0,
-99.5,0,-100.0,0,-100.5,0,-101.0,0,-101.5,0,-102.0,0,-102.5,0,-103.0,0,-103.5,0,-104.0,0,-104.5,17,-105.0,23,-105.5,417,-106.0,736,-106.5,1353,
-107.0,4729,-107.5,3219,-108.0,2770,-108.5,2833,-109.0,399,-109.5,115,-110.0,30,-110.5,0,-111.0,0,-111.5,0,-112.0,0,-112.5,0,-113.0,0,-113.5,0,
-114.0,0,-114.5,0,-115.0,0,-115.5,0,-116.0,0,-116.5,0,-117.0,0,-117.5,0,-118.0,0,-118.5,0,-119.0,0,-119.5,0,-120.0,0,-120.5,0,-121.0,0,-121.5,0,
-122.0,0,-122.5,0,-123.0,0,-123.5,0,-124.0,0,-124.5,0,-125.0,0,-125.5,0,-126.0,0,-126.5,0,-127.0,0,
-127.5,0 863050000,0.0,0,-0.5,0,…

La première valeur de la ligne est la fréquence, la deuxième valeur est le niveau RSSI, et la troisième valeur est le nombre de fois que la passerelle a mesuré ce niveau RSSI pour cette fréquence (c’est-à-dire le compte RSSI).

Plus le RSSI mesuré par la passerelle est bas, mieux c'est.

Voici quelques valeurs de référence pour les canaux utilisant une largeur de bande de 125 kHz :

  • < -130dBm : résultat impossible. Le RSSI mesuré par la passerelle ne doit pas être inférieur au bruit thermique (environ -120dBm).

  • -130 à -120 dBm : mauvais résultat. Le RSSI mesuré par la passerelle ne doit pas être inférieur au bruit thermique (environ -120dBm). Probablement un problème de mesure sur la passerelle.

  • -120 à -110dBm : excellent résultat. Aucun signal ou interférences autour de la passerelle.

  • -110 à -100dBm : très bon résultat. Très peu d'interférences autour de la passerelle.

  • -100 à -95dBm : bon résultat. Peu d'interférences autour de la passerelle, mais elles ne dérangent pas la passerelle.

  • -95dBm : mauvais résultat. Signal provenant d'un capteur ou fortes interférences autour de la passerelle. Ne pas utiliser le canal correspondant.

  • ≥ 0dBm : résultat impossible. Le RSSI ne peut être ni nul ni positif.

Voici quelques valeurs de référence pour les canaux utilisant une largeur de bande de 500 kHz :

  • < -125dBm : résultat impossible. Le RSSI mesuré par la passerelle ne doit pas être inférieur au bruit thermique (environ -114dBm).

  • -125 à -114 dBm : mauvais résultat. Le RSSI mesuré par la passerelle ne doit pas être inférieur au bruit thermique (environ -114dBm). Probablement un problème de mesure sur la passerelle.

  • -114 à -105 dBm : excellent résultat. Aucun signal ou interférences autour de la passerelle.

  • -105 à -95 dBm : très bon résultat. Très peu d'interférences autour de la passerelle.

  • -95 à -90 dBm : bon résultat. Peu d'interférences autour de la passerelle, mais elles ne dérangent pas la passerelle.

  • -90 dBm : mauvais résultat. Signal provenant d'un capteur ou fortes interférences autour de la passerelle. Ne pas utiliser le canal correspondant.

  • ≥ 0 dBm : résultat impossible. Le RSSI ne peut être ni nul ni positif.

La durée du balayage de bruit peut dépendre de la version du HAL Semtech, et des paramètres d'entrée définis.

Le balayage de bruit est organisé en captures : chaque capture se compose de 4096 échantillons. Par défaut, chaque fréquence a 90 captures, ce qui signifie environ 3s pour un taux d'échantillonnage de 125 kHz :

  • Échantillons * captures = 4096 * 90 = 368640 points consécutifs.

  • Le taux d'échantillonnage est taux = 125 kHz.

  • Ainsi, l’analyse d’un point de fréquence, c’est-à-dire, la durée d'une étape est :

  • Durée = échantillons * captures / taux = 2,95 secondes ~ 3 secondes

Exemple 1 : Combien de temps durerait un balayage sur la plage [915...928] MHz, à condition que la résolution (pas de mesure) soit de 25 kHz ?

Plage = 928 - 915 = 13 MHz

Résolution = 25 kHz

Étapes = portée / résolution = 13 / 0,025 = 520

Durée_totale = étapes * durée = 520 * 3 = 1560 secondes = 26 minutes

Exemple 2 : Combien de temps durerait un balayage sur la plage [902...927.6] MHz, à condition que la résolution soit de 100 kHz ?

Plage = 927.6 - 902 = 25.6 MHz

Résolution = 100 kHz

Étapes = portée / résolution = 25,6 / 0,1 = 256

Durée_totale = étapes * durée = 256 * 3 = 768 secondes = 12.8 minutes

Pour une meilleure analyse, il est préconisé d'effectuer plusieurs scans de bruit par passerelle à différentes heures de la journée, pour identifier l'énergie provenant des capteurs communiquant, et des interférences ponctuelles.

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