Title: Interference analysis of LoRaWAN systems
Other Titles: Interferenzanalyse von LoRaWAN Systemen
Language: English
Authors: Eigner, Harald 
Qualification level: Diploma
Advisor: Arthaber, Holger  
Assisting Advisor: Soklic, Jure 
Issue Date: 2021
Number of Pages: 76
Qualification level: Diploma
Abstract: 
The Internet of Things (IoT) gained an exponentially growing amount of devices in the last two decades. The concept of IoT has been adopted to an increasing number of applications in several sectors. There are unlimited possibilities for connecting smart "things", such as medical sensors, security systems, or even contact lenses or refrigerators. The key property of IoT devices is communication over a long distance with low power and low costs. For this purpose, many new technologies have evolved recently. LoRa and LoRaWAN are a physical and network layer standard, which gained increased interest in the last years in this regard. It is operated in license-free ISM frequency bands, simultaneously to many other technologies, which leads to much traffic in this frequency spectrum.The focus of this thesis is to evaluate the resistance of LoRa against several sources interfering during the transmission. For the measurements of the evaluation of the resistance, a communication system was set up. In addition, we simulated the transmitter and receiver chain in Matlab to create specific signals for our measurement purposes and evaluated the results. To do this, we had to examine and implement the encoding and modulation process used by LoRa. In this thesis, we tested the system with two different interference sources. First, a continuous wave signal representing the carrier frequency of a general signal was used to examine the impact on the transmission. Our results show that a successful reception is possible with an interference power 10 to 20 dB higher than the LoRa signal, dependent on the spreading factor. The second is a collision of two LoRa signals. We tested the impact of power, spreading factor, and time when the second signal starts to interfere during the reception. It can be shown that the time at which the delayed signal starts to interfere has an impact on the reception of the examined signal. This finding further supports the notion that the spreading factor does not significantly affect the sensitivity at a collision with another LoRa signal.

Das Internet of Things (IoT) hat in den letzten zwei Jahrzehnten eine exponentiell wachsende Anzahl an Geräten dazugewonnen. Seitdem wurde das Konzept von IoT in Anwendungen vieler verschiedener Sektoren übernommen. Es gibt unbegrenzte Möglichkeiten für die Verbindung "intelligenter Dinge" wie z.B. medizinische Sensoren, Sicherheitssysteme oder sogar Kontaktlinsen oder Kühlschränke. Die Schlüsseleigenschaft von IoT-Geräten besteht darin die Kommunikation über große Entfernungen mit geringem Stromverbrauch und niedrigen Kosten zu ermöglichen. Aus diesem Grund wurden in den letzten Jahren viele neue Technologien entwickelt. LoRa bzw. LoRaWAN ist ein Standard auf der physikalischen und der Netzwerkebene, der in den letzten Jahren in diesem Zusammenhang verstärkt an Interesse gewonnen hat. Dieser Standard wird in lizenzfreien ISM-Frequenzbändern neben vielen anderen Technologien betrieben, was zu viel Verkehr in diesem Frequenzspektrum führt. Der Fokus dieser Arbeit ist die Widerstandsfähigkeit von LoRa gegen verschiedene Störquellen während der Übertragung zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurde ein Kommunikationssystem aufgebaut und zusätzlich die Sender- und Empfängerkette in Matlab simuliert, um spezifische Signale für die projektbezogenen Messzwecke zu erzeugen und die Ergebnisse auszuwerten. Dazu mussten wir das von LoRa verwendete Kodierungs- und Modulationsverfahren untersucht und implementierten werden. Im Zuge dieser Arbeit wurde das System mit zwei unterschiedlichen Störquellen getestet. Zunächst wurden die Auswirkungen einer Interferenz mit einer Trägerfrequenz eines allgemeinen Signals in Form eines continuous wave (CW) Signals untersucht. Diese Ergebnisse zeigten, dass je nach Spreizfaktor ein erfolgreicher Empfang mit einer 10 bis 20 dB höheren Störleistung als das LoRa-Signal möglich ist. Weiters wurde die Empfangsqualität bei einer Kollision von zwei LoRa-Signalen getestet. Dabei wurde der Einfluss der Leistung, des Spreizfaktors und der Zeit, ab der das zweite Signal während des Empfangs zu stören beginnt, überprüft. Unsere Untersuchungen ergaben, dass der Zeitpunkt, an dem das verzögerte Signal zu stören begann, einen Einfluss auf den Empfang des untersuchten Signals hatte. Diese Erkenntnis unterstützt die Annahme, dass der Spreizfaktor die Empfindlichkeit bei einer Kollision mit einem anderen LoRa-Signal nicht signifikant beeinflusst.
Keywords: LoRaWAN; Inteference; Measurement; Microwave; ISM-Band
URI: https://doi.org/10.34726/hss.2021.65129
http://hdl.handle.net/20.500.12708/16683
DOI: 10.34726/hss.2021.65129
Library ID: AC16121882
Organisation: E354 - Electrodynamics, Microwave and Circuit Engineering 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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