LoRa (2): Adaptive Data Rate

LoRa는 게이트웨이와 단말기 간의 전송 신호 품질에 따라 데이터 전송 속도를 달리 한다. 이를 ADR(Adaptive Data Rate)이라고 하는데, 아래 그림은 ADR의 개요를 묘사하고 있다. 기본적인 원칙은 신호가 깨끗하여 잘 들을 수 있는 상황이면 데이터를 빠르게 전송하고 잡음이 많아 수신이 어려우면 천천히 전송하는 것이다. 이는 우리가 대화를 할 때 주변이 시끄러울수록 한 글자 한 글자 천천히 발음하는 것과 마찬가지라고 생각하면 된다. 일반적으로 신호는 가까운 거리의 통신일수록 깨끗하기 때문에 그림에서는 게이트웨이와 단말기 간의 거리가 가까울수록 데이터 전송 속도가 높은 것으로 되어 있지만 위에서 언급했듯이 "전송 속도 결정 기준은 신호의 품질"이다.

http://jensd.be/755/network/lorawan-simply-explained

 

그럼 전송 속도를 조절하는 원리를 살펴보자. 이전 글에서 설명했듯이 LoRa는 CSS(Chirp Spread Spectrum) 방식으로 통신한다. CSS는 두 주파수를 두고 신호를 하나의 주파수에서 다른 주파수로 증가시키거나 감소시키는 것으로 데이터를 표현하는 방식인데, 주파수의 변화 속도를 이용하여 전체 데이터 전송율을 조절할 수 있다. 간단히 말해 주파수 변화 속도를 빠르게 하면 단위 시간당 표현할 수 있는 비트 수가 늘어나 전체 전송율이 증가하고, 변화 속도를 느리게 하면 한 비트를 표현하는 데 필요한 시간이 늘어나기 때문에 전체 전송율도 감소하게 된다. 한편, 주파수 변화 속도가 느리면 데이터 수신 성공율은 향상된다.

 

위 그림에서 주파수 변화 속도를 나타내는 기호가 SF(Spreading Factor)인데, 값이 커질수록 더 멀리 확산되도록 되어 있다. 단, 더 멀리 확산된다는 뜻은 수신 성공율이 높아져야 한다는 의미이고, 이는 전송 속도는 느려진다는 의미이다. 아래 그림은 왼쪽부터 차례로 SF7부터 SF12까지 주파수가 증가하는 속도를 비교하고 있다. SF12가 하위 주파수에서 상위 주파수로 옮겨가는 데 가장 오랜 시간이 걸림을 볼 수 있다. 결국 LoRa 게이트웨이와 단말기는 목표 수신율을 만족시키는 범위 내에서 가장 낮은 SF 값을 선택해야 최선의 데이터 전송율을 얻을 수 있다.

https://www.sghoslya.com/p/lora-is-chirp-spread-spectrum.html

 

서로 다른 SF 값을 사용하는 것은 통신 채널을 분리하는 부수적인 효과도 있다. 증가 속도가 다른 CSS 신호들은 수신기에서 구분이 가능하기 때문에 사용하는 주파수 범위가 같더라도 단말기들이 각자 다른 SF 값을 사용한다면 충돌없이 전송할 수 있어 전체 전송율 향상에 도움이 된다.