LoRa

Long Range, Low Power — tecnologia IoT wireless a 868 MHz e 433 MHz con Chirp Spread Spectrum (CSS), portata di diversi chilometri e durata della batteria di diversi anni.

Che cos’è LoRa?

LoRa è l’acronimo di «Long Range, Low Power» e si riferisce a una tecnologia di comunicazione wireless sviluppata per trasmettere dati su grandi distanze. Questa tecnologia viene spesso impiegata per l’Internet delle cose (IoT) e per la comunicazione machine-to-machine (M2M). LoRa offre la possibilità di trasmettere dati in modalità wireless su lunghe distanze con un basso consumo energetico, il che la rende particolarmente adatta per dispositivi alimentati a batteria e applicazioni che richiedono una lunga durata della batteria. Le caratteristiche principali di LoRa sono:

Ampia portata: la tecnologia LoRa consente la trasmissione di dati su distanze che vanno da diversi chilometri fino a diverse decine di chilometri, a seconda delle condizioni ambientali e dell’hardware utilizzato.
Basso consumo energetico: i dispositivi LoRa sono efficienti dal punto di vista energetico e possono quindi funzionare con batterie o altre fonti di energia a basso consumo. Ciò li rende ideali per applicazioni in cui è necessario ridurre al minimo il consumo della batteria.
Bassa velocità di trasmissione dati: LoRa offre velocità di trasmissione dati relativamente basse rispetto ad altre tecnologie wireless quali Wi-Fi o 4G/5G. Ciò è tuttavia sufficiente per molte applicazioni IoT in cui è necessario trasmettere solo piccole quantità di dati in modo sporadico.
Lunga durata della batteria: grazie al basso consumo energetico e all’efficienza dei dispositivi LoRa, questi possono spesso funzionare per anni senza necessità di sostituire la batteria.

LoRa si basa su una tecnica di modulazione che consente di ricevere i segnali anche in condizioni di ricezione radio sfavorevoli. Questa tecnologia viene spesso utilizzata in combinazione con LoRaWAN (LoRa Wide Area Network), un protocollo di rete wireless sviluppato appositamente per la comunicazione con i dispositivi LoRa. LoRaWAN consente la comunicazione tra i dispositivi LoRa e un server di rete LoRaWAN centrale, che elabora e inoltra i dati raccolti dai dispositivi. LoRa e LoRaWAN trovano impiego in un’ampia gamma di applicazioni, tra cui le città intelligenti, il monitoraggio ambientale, il tracciamento delle risorse, l’agricoltura, gli edifici intelligenti e molto altro ancora. Offrono una soluzione economicamente vantaggiosa per fornire connettività wireless alle applicazioni IoT distribuite su vaste aree geografiche.

Larghezza di banda vs. portata

LoRaWAN è adatto alla trasmissione di piccoli volumi di dati utili (come i dati dei sensori) su lunghe distanze. La modulazione LoRa offre una portata di comunicazione significativamente maggiore a fronte di una larghezza di banda inferiore rispetto ad altre tecnologie concorrenti per la trasmissione wireless dei dati. La figura seguente illustra alcune tecnologie di accesso utilizzabili per la trasmissione wireless dei dati e le rispettive portate di trasmissione previste in relazione alla larghezza di banda.

Bandwidth vs range across wireless technologies

Gamma di frequenze

Di seguito sono riportate le bande di frequenza più comuni per LoRa (a seconda della regione e delle normative vigenti):

868 MHz: in Europa è la banda di frequenza più comunemente utilizzata per la tecnologia LoRa grazie alla sua eccellente portata e alle sue eccellenti proprietà di penetrazione. In Nord America viene utilizzata la banda a 915 MHz. La gamma di frequenze esatta può variare a seconda del Paese, poiché sono le autorità di regolamentazione a stabilire l’utilizzo di determinate frequenze. La potenza di trasmissione è limitata a 15 dBm (25 mW ERP) e la trasmissione è consentita solo per l’1% del tempo (Duty Cycle).
Banda a 433 MHz: anche la banda a 433 MHz viene utilizzata in Svizzera per le comunicazioni LoRa, sebbene sia meno diffusa rispetto alla banda a 868 MHz. In quanto banda amatoriale da 70 cm, può essere utilizzata dai radioamatori in possesso di licenza con la potenza di trasmissione consentita, nettamente superiore, e senza la limitazione dell’1% del ciclo di lavoro prevista per la banda ISM.
Banda a 2,4 GHz: in alcune regioni, LoRa viene impiegato anche nella banda a 2,4 GHz. Questa banda è utilizzata in tutto il mondo per il Wi-Fi e altre tecnologie wireless; pertanto, l’utilizzo di LoRa nella banda a 2,4 GHz può essere soggetto a interferenze più intense.

Velocità di trasmissione

Le velocità di trasmissione per LoRa nella banda sub-GHz variano, a seconda della configurazione, da un massimo di 125 bps (bit al secondo) a pochi bit al secondo, qualora si miri a ottenere una portata estesa.

Tipo di modulazione «Chirp Spread Spectrum» (CSS)

LoRa (Long Range) utilizza uno speciale tipo di modulazione denominato «Chirp Spread Spectrum» (CSS). Il Chirp Spread Spectrum è un tipo di modulazione di frequenza in cui la frequenza del segnale portante viene modificata in modo lineare nel tempo, fenomeno denominato “chirp”. Questo chirp richiede una larghezza di banda molto ampia (tipicamente 125 kHz).

LoRa utilizza tre diverse larghezze di banda: 125 kHz, 250 kHz e 500 kHz (in questo esempio viene utilizzata quella da 125 kHz). I simboli LoRa vengono modulati tramite un up-chip con larghezza di banda di 125 kHz e, a seconda dei requisiti di velocità di trasmissione e delle condizioni del canale, vengono utilizzati diversi fattori di diffusione ortogonali. LoRa utilizza i fattori di diffusione da SF7 a SF12. Un fattore di diffusione più elevato garantisce una maggiore portata, ma una velocità di trasmissione dati inferiore.

Di seguito è riportato uno spettrogramma di una trasmissione LoRa (Chirp Spread Spectrum):

Applicazioni pratiche di LoRa nel radioamatorismo

LoRa-APRS

In alcune zone della Svizzera è stato realizzato un sistema LoRa-APRS. Esso utilizza moduli LoRa nella banda a 433 MHz e funziona con una potenza notevolmente inferiore rispetto al tradizionale APRS sui 2 m. Il firmware più diffuso è stato sviluppato da Ricardo Guzmán (CD2RXU): LoRa_APRS_Tracker e LoRa_APRS_iGate.

Meshtastic

Meshtastic è il progetto mesh LoRa open source più diffuso. Moduli LoRa economici (ad es. Heltec, LilyGO T-Beam o RAK) formano una rete auto-organizzata e scambiano messaggi di testo, dati di posizione e dati dei sensori; la gestione avviene comodamente tramite un’app per smartphone via Bluetooth. Ogni nodo inoltra i messaggi (flooding), consentendo alla rete di autoripararsi; ciò risulta particolarmente adatto alle stazioni mobili (escursioni, gite in bicicletta, eventi). In Europa, Meshtastic opera sulla banda ISM a 868 MHz (max. 25 mW ERP): si tratta di un funzionamento senza licenza e non di radioamatorismo, anche se molti radioamatori partecipano all’iniziativa. Maggiori informazioni su: meshtastic.org.

MeshCore

MeshCore è un’alternativa più recente (dal 2025) basata sullo stesso hardware, ma con un routing più efficiente: anziché diffondere tutti i messaggi, MeshCore apprende i percorsi verso la destinazione e invia i messaggi successivi in modo mirato attraverso i nodi intermedi appropriati. Prevede tre ruoli per i dispositivi: Companion (il terminale personale), Repeater (puro ripetitore) e Room Server (che memorizza le chat di gruppo e le trasmette ai partecipanti offline). In questo modo, MeshCore si adatta meglio alle reti con ripetitori fissi. Anche MeshCore opera prevalentemente sulla banda ISM a 868 MHz. Per ulteriori informazioni: meshcore.co.uk.

MeshCom

MeshCom è la rete mesh LoRa appositamente progettata per il radioamatorismo. Opera nella banda dei 70 cm (433,175 MHz per il testo, 433,775 MHz per le posizioni), trasmette non crittografato e identifica ogni nodo con il proprio indicativo di chiamata — in questo modo l’attività rimane conforme alle norme del radioamatorismo, con le potenze più elevate e le antenne migliori consentite in tale ambito. I gateway MeshCom collegano le isole mesh locali tramite Internet o HAMNET in un’unica grande rete comune. Il progetto è stato ideato dall’ÖVSV (ICSSW) e funziona con un firmware proprietario su schede ESP32 (Heltec, LilyGO T-Beam, RAK). Maggiori informazioni: wiki.oevsv.at/MeshCom.

Intercettazione dei segnali satellitari LoRa

LoRa viene utilizzato anche dai microsatelliti (PocketQubes, CubeSats) per la trasmissione di dati telemetrici. TinyGS è una rete aperta e globale di stazioni terrestri che ricevono il segnale da questi satelliti: Con una scheda ESP32-LoRa economica (ad es. Heltec o TTGO) è possibile costruire, con pochi franchi, una propria stazione ricevente che segnala automaticamente i pacchetti ricevuti alla rete comune TinyGS e li rende visibili su una mappa mondiale. Maggiori informazioni: tinygs.com.

LoRaWAN

LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) è un protocollo di comunicazione wireless sviluppato appositamente per l’Internet delle cose (IoT) e basato sulla tecnologia LoRa (Long Range). LoRaWAN amplia la tecnologia LoRa fornendo un protocollo di rete che consente la comunicazione tra dispositivi terminali compatibili con LoRa e un server di rete centrale. Ecco i componenti principali di LoRaWAN:

Dispositivi terminali (nodi LoRa): si tratta dei dispositivi IoT che raccolgono o controllano dati e comunicano con la rete LoRaWAN. Questi dispositivi sono solitamente dotati di moduli radio LoRa e possono includere vari sensori, attuatori o altri componenti IoT.
Gateway: i gateway LoRaWAN sono dispositivi che ricevono i dati dai terminali e li inoltrano al server di rete centrale. Questi gateway sono posizionati strategicamente in un’area per garantire una buona copertura.
Server di rete: il server di rete centrale costituisce il cuore di una rete LoRaWAN. Riceve i dati dai gateway, li elabora, li inoltra alle applicazioni appropriate e garantisce che la comunicazione sia sicura e affidabile. Un noto server di rete pubblico è The Things Network (TTN).
Applicazioni: applicazioni e servizi che accedono ai dati raccolti dai dispositivi terminali e li utilizzano per soddisfare esigenze specifiche. Può trattarsi di applicazioni per il monitoraggio delle condizioni ambientali, il tracciamento delle risorse, le città intelligenti e molto altro ancora.

LoRa Alliance

La LoRa Alliance è un’organizzazione indipendente senza scopo di lucro che svolge un ruolo fondamentale nella promozione, nello sviluppo e nella standardizzazione della tecnologia LoRaWAN. I suoi obiettivi e compiti principali comprendono:

Standardizzazione: la LoRa Alliance opera per sviluppare e promuovere standard aperti per LoRaWAN. Ciò contribuisce a garantire l’interoperabilità tra diversi dispositivi e reti LoRaWAN e a favorire l’ampia diffusione della tecnologia.
Certificazione: la LoRa Alliance gestisce un programma di certificazione che garantisce la conformità dei dispositivi e delle reti LoRaWAN agli standard stabiliti. Ciò promuove la qualità e l’affidabilità delle implementazioni LoRaWAN.
Promozione della tecnologia: la LoRa Alliance si impegna a sensibilizzare l’opinione pubblica su LoRaWAN e sui suoi casi d’uso. Ciò avviene attraverso iniziative di marketing, eventi e attività di formazione.
Tutela degli interessi: La LoRa Alliance tutela gli interessi dei propri membri e della comunità LoRaWAN a livello politico e normativo. Ciò comprende la collaborazione con le autorità di regolamentazione e il sostegno a politiche che promuovano l’utilizzo di LoRaWAN.
Sviluppo dell’ecosistema: la LoRa Alliance promuove la creazione di un ecosistema LoRaWAN completo, riunendo aziende, istituti di ricerca, sviluppatori e utenti. Ciò contribuisce all’innovazione e all’ulteriore sviluppo di LoRaWAN.
Sviluppo delle specifiche: la LoRa Alliance lavora allo sviluppo delle specifiche LoRaWAN per garantire che la tecnologia sia in grado di soddisfare le mutevoli esigenze e sfide dell’IoT.

La LoRa Alliance vanta un’ampia base di membri, che comprende aziende, istituti di ricerca e altre organizzazioni interessate alla promozione e all’ulteriore sviluppo di LoRaWAN. Il suo impegno ha contribuito a rendere LoRaWAN una tecnologia ampiamente diffusa e accettata per l’Internet delle cose (IoT) e a promuovere la disponibilità globale di reti e dispositivi LoRaWAN.

The Things Network

Si tratta di una rete LoRaWAN fondata da appassionati, costituita da numerosi gateway privati e da una rete aperta. Può essere utilizzata gratuitamente da tutti i sensori.

Helium

Si tratta di una rete LoRaWAN chiusa, utilizzata principalmente per il mining di una criptovaluta. La partecipazione avviene a proprio rischio.

Esistono inoltre alcune reti LoRaWAN commerciali. In Svizzera, una di queste è gestita da Swisscom.