Comment faire de l’APRS avec une carte LoRa ESP32.
Comment faire de l’APRS
avec une carte LoRa ESP32
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Préambule !
1) C’est quoi l’APRS ?
2) C’est quoi Meshtastic ?
3) ESP32, un microcontrôleur populaire.
4) Le choix de la carte.
5) Les différents fabricants de carte LoRa ESP32.
6) Le firmware, c’est quoi ?
7) Moyenne des prix.
8) Le choix du firmware.
9) Le choix de la fréquence.
10) LoRa veut dire Long Range. Quelle distance peut-on espérer réaliser ?
11) Comment c’est installé chez moi.
12) Comment flasher la carte LoRa ESP32 avec le firmware de Ricardo.
13) Comment configurer le WIFI de la carte LoRa ESP32, en l'associant à celle de votre BOX.
14) Comment paramétrer le firmware de Ricardo.
15) Le bus I2C, caractéristiques et avantages.
16) Le bilan de liaison c’est quoi ?
17) Différence entre dB, dBi, dBd et dBm.
18) Comprendre le RSSI et le SNR.
19) L'antenne, son gain, son lobe et sa polarisation.
20) Choisir son coaxial et la connectique.
21) Notion d’environnement en milieu urbain ou rural.
22) La topologie du terrain.
23) Les liens utiles.
Il y a quelques jours, voyant mon talkie UV-K5 sur l’étagère, je me suis dit que je pourrais faire de l’APRS avec. Ou plutôt en refaire, car j’en avait fait activement il n’y a pas loin de 20 ans avec un Kenwood TM-D710 couplé à un GPS Garmin. Puis, voyant que des OM en faisaient avec des cartes LoRa ESP32, j’ai approfondi la chose. Dans la foulée, j’ai écrit cet article de vulgarisation.
L'APRS, acronyme de Automatic Packet Reporting System, est un système de radiocommunication numérique principalement utilisé par les radioamateurs. Il permet de partager en temps réel des informations d'intérêt local entre différentes stations radio.
L'APRS a été développé dans les années 80 par l'Américain Bob Bruninga, WB4APR. Cependant, c'est lors de la TAPR/ARRL Digital Communication Conference de 1992 que le système APRS a été officiellement présenté et a commencé à gagner en popularité.
Bien que les premières bases aient été jetées dans les années 80, c'est en 1992 que l'APRS a véritablement vu le jour et a commencé à être utilisé par les radioamateurs du monde entier.
2) C’est quoi Meshtastic ?
Bien souvent le nom de Meshtastic est associé aux cartes à base d’ESP32, je ne pouvais pas écrire cet article sans en parler.
Nous allons voir de quoi il s’agit :
Meshtastic : Un réseau maillé pour une communication décentralisée.
Meshtastic est un projet open-source qui révolutionne la façon dont nous communiquons, en particulier dans des environnements où les réseaux traditionnels sont limités ou inexistants. Ce système crée des réseaux maillés robustes et autonomes, permettant à des appareils de communiquer entre eux sans passer par des infrastructures centralisées comme les relais de téléphonie mobile.
Comment ça marche ?
- Technologie LoRa : Meshtastic utilise la technologie LoRa (Long Range), qui permet des communications à longue portée avec une faible consommation d'énergie.
- Réseau maillé : Chaque appareil du réseau agit comme un relais, transmettant les messages d'un appareil à l'autre jusqu'à ce qu'ils atteignent leur destination. Cela rend le réseau très résistant aux pannes, car même si certains nœuds sont hors service, les messages peuvent trouver d'autres chemins.
- Applications variées : Meshtastic peut être utilisé pour de nombreuses applications, telles que :
- Communication d'urgence : Dans les zones sinistrées ou lors d'activités en plein air, Meshtastic permet de maintenir le contact même en l'absence de réseau mobile.
- Suivi de localisation : Il est possible de suivre la position des appareils sur une carte, ce qui est utile pour les randonnées, les expéditions ou les opérations de recherche et de sauvetage.
- Transmission de données : Meshtastic peut être utilisé pour transmettre des données de capteurs ou d'autres appareils connectés.
Les avantages de Meshtastic :
- Autonomie : Le réseau Meshtastic fonctionne de manière autonome, sans dépendre d'un fournisseur de services.
- Robustesse : La nature maillée du réseau le rend très résistant aux pannes.
- Longue portée : La technologie LoRa permet des communications sur de longues distances.
- Faible consommation d'énergie : Les appareils Meshtastic ont une longue durée de vie sur batterie.
- Open-source : Le projet Meshtastic est entièrement open-source, ce qui permet à la communauté de contribuer à son développement et de créer de nouvelles applications.
Pour qui ?
Meshtastic s'adresse à un public très large :
- Amateurs de radio mais aussi radioamateur : Ceux qui souhaitent expérimenter avec de nouvelles technologies de communication.
- Randonneurs et aventuriers : Pour rester connectés lors de leurs expéditions.
- Préparateurs : Pour maintenir les communications en cas de catastrophe naturelle ou de panne de réseau.
- Professionnels : Pour les opérations de recherche et de sauvetage, la surveillance environnementale, etc.
En résumé, Meshtastic est une solution de communication flexible, robuste et économique qui offre de nombreuses possibilités. Que vous soyez un technicien expérimenté ou un simple utilisateur, vous trouverez dans Meshtastic un outil puissant pour communiquer en toute autonomie.
Pour de plus amples informations, n'hésitez pas à visiter le site officiel de Meshtastic : https://meshtastic.org/
Un autre site en Français : https://delurk.com/3-meshtastic/11-presentation-de-meshtastic
Pour ceux qui voudraient savoir ce qu’est le réseau à la Française Meshtastic Gaulix, visitez le site Framboise314 tenu par notre ami François Mocq F1GYT : https://www.framboise314.fr/connaissez-vous-le-reseau-meshtastic-et-sa-version-gaulix/
3) ESP32, un microcontrôleur populaire.
L'ESP32 présent sur ces cartes, est une puce électronique très populaire fabriquée par Espressif Systems, souvent utilisée dans les projets d'électronique et d'Internet des Objets (IoT). C'est un microcontrôleur qui intègre à la fois du Wi-Fi et du Bluetooth, ce qui le rend particulièrement adapté pour connecter des objets. l'ESP32 est un petit ordinateur qui peut se connecter à Internet et contrôler d'autres appareils.
Ci-dessous le brochage de l'ESP32. Cliquez dans l'image pour prendre connaisance du datasheet.
Au moment de faire le choix de la carte LoRa, soyez vigilants et déterminez bien ce que vous voulez en faire. En effet, il en existe des dizaines de modèles, avec des prix différents, mais aussi avec des composants différents. Certaines cartes possèdent un écran, d’autres non, certaines possèdent un GPS, d’autres non. Elles existent en trois fréquences, 868, 915 et 433MHz, c'est cette dernière fréquence qui est autorisée pour nous radioamateurs. (Voir paragraphe 9, choix de la fréquence). Une fois votre projet déterminé, choisissez le fabricant et la bonne carte.
5) Les différents fabricants de carte ESP32.
Espressif Systems est Le créateur original de l'ESP32. Bien qu'ils ne fabriquent pas directement des cartes complètes, ils fournissent les puces ESP32 à de nombreux autres fabricants.
Faisons un tour rapide des fabricants : TTGO, Heltec Automation, Seeed Studio, Adafruit, Makerfabs, uPesy, pour ne citer que les plus connus.
ATTENTION : si vous prenez le firmware de Ricardo, assurez vous qu’il est compatible avec la carte LoRa32 que vous allez choisir. Vérifiez ce détail important dans le Wiki à cet endroit : https://github.com/richonguzman/LoRa_APRS_iGate/wiki/108.-Supported-Boards-and-Buying-Links
La carte que j'utilise :
La carte de chez Heltec Automation :
La carte de chez uPesy :
Parlons maintenant du firmware : Le firmware, ou micrologiciel, que vous allez télécharger dans la carte ESP32 n’est autre qu’un logiciel qui va la faire fonctionner. Ce logiciel est ce que l’on appelle Open Source. Un logiciel open source est un logiciel dont le code source est librement accessible, modifiable et redistribuable. Cela signifie que n'importe qui peut le consulter, le modifier, et le redistribuer. On peut dire que c’est un logiciel collaboratif.
Concernant le prix, et suivant les composants implantés sur la carte, comptez entre 15€ et 50€.
Concernant le firmware, mon choix s’est porté sur celui d’un OM Chilien, Ricardo CA2RXU car il est très actif, de nouvelles versions paraissent régulièrement, et un tutoriel très détaillé se trouve sur son GitHub. Pseudo Github : Richonguzman.
Voici les caractéristiques principales de ce firmware :
Le firmware LoRa-APRS-iGate de Ricardo Guzman est un logiciel spécialement conçu pour transformer une carte ESP32 équipée d'un module LoRa en une passerelle APRS (Automatic Packet Reporting System). Cette passerelle permet de relayer des informations entre des stations radio amateurs et un réseau numérique.
Fonctionnalités APRS complètes : Le firmware supporte l'ensemble des fonctionnalités APRS, telles que la réception et la transmission de messages, le suivi de position, la météorologie, etc.
Configuration flexible : Une interface utilisateur web intuitive permet de configurer facilement les paramètres de la passerelle, comme la fréquence LoRa, le taux de transmission, les identifiants APRS, etc.
Compatibilité avec différents matériels : Le firmware est conçu pour fonctionner avec une grande variété de cartes ESP32 et de modules LoRa, offrant ainsi une grande flexibilité.
Mises à jour régulières : L'auteur du firmware, Ricardo Guzman, fournit régulièrement des mises à jour pour corriger les bugs, ajouter de nouvelles fonctionnalités et améliorer les performances.
Communauté active : Une communauté d'utilisateurs est active autour de ce firmware, offrant de l'aide et du support.
On trouve trois fréquences sur ces cartes, le 433, le 868 et le 915MHz. Soyez vigilants quand vous allez commandez votre carte, car le 868 et le 915MHz n'est pas autorisé pour les radioamateurs.
Les fréquences réservées à l’APRS, je veux dire les conventionnelles, sont 144.800MHz pour la bande VHF, et 432.500MHz pour la bande UHF. Pour l’expérimentation LoRa, et c’est en conformité avec le plan de bande IARU, la fréquence utilisée est le 433.775MHz. C’est cette dernière que j’ai choisie. ATTENTION ces fréquences sont réservées aux radioamateurs. Pour les utiliser, vous devez passer un examen afin d’obtenir un indicatif officiel. En France, les radioamateurs sont gérés par l’ANFR.
10) LoRa veut dire Long Range. Quelle distance peut-on espérer réaliser ?
LoRa est une technologie de communication sans fil longue portée à faible consommation d'énergie. Lorsqu'on parle d'une carte ESP32 avec LoRa, cela signifie qu'elle intègre un module LoRa en plus du microcontrôleur ESP32. Ce module permet à la carte d'envoyer et de recevoir des données sur de longues distances, même dans des environnements difficiles comme les bâtiments ou les sous-sols, où les signaux Wi-Fi ou Bluetooth peuvent être faibles ou inexistants. LoRa est l'abréviation de Long Range. En français, cela signifie tout simplement "longue portée".
A ce sujet, j’ai été surpris de constater que d’être entendu à plus de 1000 kilomètres arrivait parfois, lors de phénomènes de propagation exceptionnelles. Je ne connais pas avec certitude le record mondial, mais il se situerait aux alentours de 1300 kilomètres. C’est cette expérimentation que je veux réaliser.
Concernant la puissance de ces cartes, on lit de tout sur le net. Pour le modèle que j’ai choisi c’est +20dBm, soit 100 milli watts. Suivant les modèles, ça irait de quelques milli watts à 1 watts pour quelques rares modèles. L’intérêt du système quand il est 100% autonome, c’est-à-dire embarqué avec pour seule source d’alimentation un accumulateur 18650, c’est normal que la puissance soit limitée de manière à tenir quelques heures électriquement parlant. 30 heures d’autonomie avec un seul 18650. Je n’ai pas contrôlé personnellement ceci, mais lu sur le net. Une solution pour accroitre son autonomie, prenez avec vous une powerbank.
Je n'aurais pas mis longtemps à me rendre compte de la distance possible. J'ai quelques informations concernant cette dernière, j'ai reçu ma carte le 14 novembre 2024. Je l'ai flashé le 15 novembre 2024 avec le firmware Ricardo, et reliée sur la colinéaire vers 17h gmt. Le même jour à 22h48 gmt, j'étais entendu en direct par OK2ZAW-17 en JO80FG, soit une distance de 996 kilomètres. Comme je le mentionne plus haut, ce jour ci, la propagation était très bonne. C'est très encourageant pour la suite. Regardez ci-dessous la capture d'écran de APRS.FI :
Cliquez dedans pour agrandir.
11) Comment c’est installé chez moi.
Mon choix s’est porté sur la carte LILYGO T-Beam Meshtastic LoRa32, équipé d'un microcontrôleur ESP32, elle dispose de la WiFi, du Bluetooth, d'un écran OLED d'environ 1 pouce, d'un module de charge AXP192 qui gère la charge de l'accumulateur 18650 qui se trouve au dos de la carte, d'un gps NEO-6M, d'un module radio SX1278 fréquence 433MHz, de 8MB de mémoire (PSRAM), et de 4MB de mémoire flash. Cette carte, et vous l’avez compris, je l’ai flashé avec le firmware LoRa-APRS-iGate de Ricardo Guzman. J’avais déjà une colinéaire installée sur le pignon de la maison, je m’en suis servi. C’est une tri-bande Comet GP98, 144/432/1296, et le gain de la bande UHF est donné pour 9dBi par le fabricant. J’ai environ 10 mètres de coaxial Hyperflex 10. Mon domicile est situé à 113m ASL, et la colinéaire se trouve à 8m environ du sol. Ce ne sont pas des conditions idéales, on pourrait par exemple, ceci afin de limiter les pertes dans le coaxial, loger la carte ESP32 dans un boitier étanche, que l’on accrocherait au plus près de l’antenne. La PAR, Puissance Apparente Rayonnée, serait meilleure. Je parle de ça, car si un non radioamateur parcoure ces lignes, il n’aura peut-être pas ces notions très importantes. Comme j’utilise la carte en fixe, elle est alimentée par son port micro usb B, à un chargeur mural.
12) Comment flasher la carte avec le firmware de Ricardo.
Comme indiqué dans le HELP de Ricardo, le flash se fait en ligne grâce à un « Web Flasher », tout est bien expliqué dans le tutoriel, et je ne vais pas tout réexpliquer. Il faut pour ce premier flashage, relier la carte LoRa ESP32 à votre PC via un câble USB-A mâle vers micro-USB-B mâle, puis démarrer le « web flasher » dans le navigateur Chrome.
Le flashage se réalise en 4 étapes :
- 1) Choisissez le type de votre carte.
- 2) Choisissez la version de firmware de Ricardo. (Si vous ne savez pas, prenez la dernière en date.)
- 3) Ne touchez pas à cette option pour le premier flashage.
- 4) Cliquez dans la case verte « FLASH FIRMWARE ». Le flashage démarre, ça dure très peu de temps, deux minutes environ.
Cliquez dans la capture d’écran ci-dessous pour accéder au flasheur en ligne.
Un détail que je vais éclaircir : quand le firmware est dans votre carte LoRa ESP32 et que vous allez redémarrer électriquement, l’adresse IP par défaut est : 192.168.4.1. D’ailleurs vous pouvez la vérifier sur l’écran Oled. Uniquement à la première utilisation, c’est cette adresse IP que vous allez saisir dans la zone URL de votre navigateur de manière à accéder aux paramètres de configuration. Avant toute chose, et si votre WIFI n’est pas activé sur votre PC, activez le. Dans Windows 11, allez dans « Paramètres » puis dans « Réseau et Internet » puis assurez-vous que dans la partie de droite que le WIFI soit activé. Vous devez voir le WIFI de la carte LoRa ESP32 qui se nomme NOCALL-10-AP. Si vous ne le voyez pas, faites une recherche wifi en cliquant dans « Ajouter un réseau ». Puis servez-vous du mot de passe WIFI donné par Ricardo qui est « 1234567890 », c’est le mot de passe WIFI qui va vous permettre d’accéder à la carte. Je parle de Windows 11, mais vous pouvez vous servir d’un téléphone ou d’une tablette sous Android.
Une fois le firmware présent dans la carte ESP32, il va falloir configurer ses options.
Carte Flashée avec le firmware de Ricardo, mais pas paramétrée.
13) Comment configurer la WIFI de la carte LoRa ESP32, en l'associant à celle de votre BOX.
Débranchez de votre PC le cordon dont vous vous êtes servis pour réaliser le premier flash, car il ne vous sert plus. Si vous n'utilisez pas l'accumulateur 18650 présent au dos de la carte, le cordon vous servira désormais pour l'alimenter, par exemple en le reliant à un chargeur USB de téléphone. Dorénavant, pour toutes modifications dans les paramètres de la carte LoRa ESP32, ça se fera à 100% par le WIFI.
Vous allez devoir entrer dans les paramètres du firmware de Ricardo, l'adresse IP wifi de votre BOX. Pour ce faire, connectez vous à l'interface WEB de votre BOX via son adresse IP (Si vous ne savez pas comment faire, regardez le manuel de votre BOX). Puis faites comme dans les captures d'écrans ci-dessous. ça peut différer suivant les modèles de BOX, mais ça devrait quand même vous aider à y parvenir.
Cliquez dans cet icône :
Puis cliquez ici afin d'obtenir le SSID de votre BOX ainsi que le mot de passe WIFI :
Faites un copié du Nom de réseau (SSID) présent dans votre BOX, puis collé le dans la zone SSID du WebUI iGate de Ricardo.
Faites maintenant un copié de la clé de sécurité présente dans votre BOX, puis collé la dans la zone Passphrase du WebUI iGate de Ricardo.
Voici ce que ça donne, n'oubliez pas de cliquer dans SAVE en haut pour sauvegarder. Votre carte redémarre, vous devez lire maintenant sur l'Oled de la carte, l'adresse IP de votre BOX.
Pour contrôler si votre carte LoRa ESP32 est bien reconnue dans votre BOX, allez dans "Mes équipements connectés" puis, recherchez les équipements WIFI qui s'y trouvent connectés, vous devez voir votre carte LoRa ESP32. Tant que votre CALL/SSID n'a pas été modifié dans ses paramètres, elle se nomme NOCALL-10-AP. Une fois que vous aurez rentré votre CALL et votre SSID dans ses paramètres, elle se nomme iGATE-VotreCall-VotreSSID. Dans l'exemple ci-dessous on voit bien mon CALL et mon SSID, iGATE-F1NQP-12.
14) Comment paramétrer le firmware de Ricardo.
Maintenant que vous avez entré le mot de passe WIFI, et que vous êtes connecté à la carte ESP32, voici comment modifier les paramètres APRS en démarrant le WebUI iGate.
Je vous donne l’astuce que j’ai utilisé pour configurer ma carte. Comme Ricardo conseille d’utiliser le navigateur Chrome, d’autres navigateurs semblent ne pas fonctionner correctement, donc ne tentons pas le diable. Installez le navigateur Chrome et démarrez-le. Réduisez le pour qu’il ne prenne que la moitié de votre écran. Démarrez un autre navigateur, Firefox ou Edge, et faites pareil, réduisez le pour qu’il prenne l’autre partie de l’écran. Maintenant que les deux navigateurs sont ouverts côte-côte, d’un côté ouvrez le tutoriel de Ricardo et traduisez-le en Français (Tous les navigateurs possedent un traducteur, s'il n'est pas activé cherchez dans ses options), puis de l’autre démarrez le WebUI iGate en saisissant l'adresse IP WIFI que vous avez entré ci-dessus, et modifiez les options de votre carte ESP32 à votre convenance en comparant les deux parties d'écrans, le tuto de Ricardo, et vos paramètres. Vous allez devoir entrer votre CALL, le SSID, la position géographique, puis sélectionner (ou pas) les options que vous désirez.
Concernant les paramètres propres à l'APRS, et afin de ne pas démarrer votre carte en semant le trouble sur le réseau, je vous recommande de lire cet article sur le site France APRS :
https://www.franceaprs.net/doku.php?id=aide:recommandations
Pour paramètrer la carte LoRa ESP32 grâce au WebUI iGate, cliquez dans ce lien -> 
Cliquez dans l’image ci-dessous pour l'agrandir :
Nota : dans la capture d’écran ci-dessus c’est l’adresse IP de ma box. Ça sera identique chez vous, une fois que vous aurez configuré les paramètres WIFI. Ensuite pour modifier de nouveau les paramètres de la carte, c’est l’adresse IP de votre box qu’il faudra saisir dans le navigateur. Vous y accéderez librement, le mot de passe cité ci-dessus ne sert que pour le tout premier flashage. Par contre, vous pouvez activer un Username et un Password dans la partie ADMIN, c’est une possibilité.
Une fois la carte paramètrée, LISTENING s'affiche sur l'écran indiquant que la carte attend de recevoir les premières trames APRS.
Quand vous aurez reçu les premières trames APRS, voici ce vous obtenez :
15) Le bus I²C, avantages et caractéristiques.
Le bus I²C : Fonctionnement de base.
Le bus I²C, pour Inter-Integrated Circuit, est un bus série synchrone bidirectionnel, utilisé pour connecter plusieurs composants électroniques sur une même carte ou un même système. Il est caractérisé par sa simplicité, ne nécessitant que trois fils :
- SDA (Serial Data Line) : Ligne de données bidirectionnelle.
- SCL (Serial Clock Line) : Ligne d'horloge bidirectionnelle.
- GND : Masse commune.
Pour plus de détails sur le bus I²C, vous pouvez lire ceci :
https://fr.wikipedia.org/wiki/I2C
Avantages du bus I²C :
- Simplicité car peu de fils, protocole simple à mettre en œuvre.
- Flexibilité : Possibilité de connecter différents types de composants facilement.
- Faible coût : Utilise des composants peu coûteux.
- Consommation réduite : Faible consommation d'énergie.
Schéma de branchement : Le schéma de base est simple, les lignes SDA et SCL sont connectées au bus de la carte LoRa esp32, ainsi qu'une masse commune et un + 3.3V.
- Topologie en bus : La configuration la plus courante, où tous les composants sont connectés en série sur les mêmes lignes.
- Topologie en étoile : Moins courante, mais peut être utilisée pour réduire les interférences sur de longues distances.
Caractéristiques électriques :
- Niveaux logiques : Généralement compatibles avec les niveaux TTL (5V) ou CMOS (3.3V)
- Vitesse de transmission : Variable, dépend des composants utilisés et peut aller de quelques kHz à plusieurs centaines de kHz.
- Distance maximale : Dépend de la vitesse de transmission, des capacités parasites et des résistances de pull-up. Généralement limitée à quelques mètres (2 à 3 mètres maxi).
Le schéma qui sert d’illustration ci-dessus est celui du BME280. Ce choix n’est pas innocent car le module BME280 I²C est un composant électronique très utilisé dans les projets à base d’Arduino, de RaspBerry, d’ESP32, et aussi dans les systèmes embarqués. C'est un module capteur qui permet de mesurer trois paramètres environnementaux : Il mesure la température ambiante avec une précision assez élevée, le taux d'humidité présente dans l'air et la pression atmosphérique.
16) Le bilan de liaison c’est quoi ?
Pour qu’une liaison radio soit parfaite, il y a beaucoup de paramètres qui rentrent en ligne de compte. Les radioamateurs savent de quoi je parle, mais les novices beaucoup moins. LoRa n’intéresse pas que les radioamateurs, il intéresse les chercheurs, les makers, les bidouilleurs, les étudiants, et c’est plutôt à ces trois dernières catégories que ces informations s’adressent.
- Bilan de liaison chez les pros.
Lorsqu’un fournisseur monte un pylône GSM près de chez vous, ils sont majoritairement installés en hauteur et ce n’est pas anodin. Ils utilisent des logiciels de simulation spécifiques pour réaliser les bilans de liaison. Ces logiciels permettent de visualiser la couverture radio en 2D ou en 3D, et d'identifier les zones où le signal est faible. Ce sont ces mêmes notions dont nous allons devoir nous rapprocher, pour construire une installation LoRa performante. Position géographique, topographie du terrain, hauteur d’antenne, puissance d’émission, fréquence de fonctionnement, type d’antenne omnidirectionnelle ou directionnelle, son diagramme de rayonnement, sensibilité du récepteur et sa marge de bruit et l’environnement.
Détaillons ces points un par un.
17) Différence entre dB, dBi, dBd et dBm.
Le dB (décibel) est une unité logarithmique qui exprime le rapport entre deux valeurs de puissance. Il ne donne pas une valeur absolue de puissance, mais plutôt une comparaison entre deux signaux. Le gain d’une antenne s’exprime en dB ou en dBi. Quand un amplificateur RF augmente la puissance d'un signal de 10 fois, on dit qu'il a un gain de 10 dB. Pour une antenne, son gain est exprimé en dB ou dBd, parfois en dBi. Un gain de +3 dB signifie que la puissance est doublée. Une antenne qui aura un gain de +10dB recevra un correspondant 10 fois plus fort. Cette même antenne, avec notre carte LoRa d’une puissance de 100mWatts, rayonnera une puissance de 1 watts (Si le coaxial n’a pas de perte).
Le dBi (décibel isotrope) est une unité spécifique utilisée pour exprimer le gain d'une antenne par rapport à une antenne isotrope idéale. Une antenne isotrope est une antenne théorique qui rayonne de manière égale dans toutes les directions. La différence entre le dBi et le dBd est de 2,15dB. Une antenne donnée pour un gain de 10dBi par un fabricant, fera 7,85dBd.
Le dBd (décibel par rapport à un dipôle) je l’aborde rapidement car il est moins utilisé. Pourtant il est plus juste que le gain isotrope qui se base sur une antenne théorique. C’est une unité plus pratique pour comparer, car le dipôle est une antenne simple mais souvent utilisée comme référence.
Le dBm (décibel-milliwatt) est une unité absolue qui exprime un niveau de puissance par rapport à un milliwatt (1 mW). C'est-à-dire que 0 dBm correspond à une puissance de 1 mW. Pour la carte LoRa T-beam que j’utilise, le fabricant donne 20dBm, soit 0,1 watts, soit 100mWatts.
18) Comprendre le RSSI et le SNR.
- RSSI, comprenez Received Signal Strength Indicator.
C’est ce chiffre barbare qui s’affiche sur les Oled de nos cartes LoRa. Du genre -112dBm quand vous recevez une trame. C'est la puissance du signal reçu par votre LoRa, et Il est exprimé en dBm. Il est toujours négatif. Un RSSI faible peut indiquer des problèmes de propagation du signal, des interférences ou une distance trop importante entre l'émetteur et le récepteur. En analysant les valeurs de RSSI, on peut ajuster la position des antennes, pour améliorer la couverture du réseau. Une chute brutale du RSSI peut signaler un problème, comme une panne de la carte, une panne sur l’antenne ou votre coaxial qui est coupé.
Exemples de RSSI :
RSSI = -30dBm : Le signal est fort, la communication est excellente.
RSSI = -60dBm : Le signal est moyen, la communication est correcte mais peut être perturbée par des conditions environnementales défavorables.
RSSI = -90dBm : Le signal est faible, la communication est difficile et peut être intermittente.
RSSI = -120dBm : Le signal est très faible, la communication est quasiment impossible.
- SNR, comprenez Signal-to-Noise Ratio ou Rapport Signal sur Bruit.
SNR est l'acronyme de Signal-to-Noise Ratio ou Rapport Signal sur Bruit. C'est une mesure qui quantifie la qualité d'un signal en comparant l'intensité du signal utile à celle du bruit de fond qui le perturbe. En d'autres termes, il mesure l'écart entre le signal désiré et les interférences indésirables. Plus le SNR est élevé, meilleure est la qualité de la réception. Les valeurs de SNR en LoRa peuvent varier considérablement en fonction des conditions de propagation et des paramètres de configuration (Puissance, type d'antenne, pertes, environnement).
Voici quelques exemples de valeurs typiques :
- SNR élevé (par exemple, -5dB): Indique une excellente qualité de réception, avec peu de pertes et d'interférences. Cela permet des débits de données élevés et une grande fiabilité de liaison.
- SNR moyen (par exemple, entre -5 et -10dB): Indique une bonne qualité de réception, mais avec des pertes ou des interférences modérées. Le débit de données peut être légèrement réduit.
- SNR faible (par exemple, -15dB ou moins): Indique une mauvaise qualité de réception, avec de fortes pertes ou de nombreuses interférences. Le débit de données est fortement réduit et la fiabilité de la liaison peut être compromise.
Note: Les valeurs de SNR sont souvent négatives en dB, car le bruit est généralement plus puissant que le signal utile dans les communications sans fil.
Le SNR est un paramètre fondamental pour évaluer la performance d'un réseau LoRa. En comprenant les facteurs qui influencent le SNR et en appliquant les bonnes pratiques, il est possible d'optimiser la qualité des communications et d'étendre la portée du réseau, par exemple en installant une antenne à gain, un coaxial faible perte et de la connectique adaptée, mais aussi en choisissant l'endroit ou on installe sa carte, le plus haut possible et avec le moins d'obstacles autour de l'antenne.
19) L'antenne, son gain, son lobe et sa polarisation.
- L’antenne :
Le choix de l’antenne est très important, l’antenne livrée avec les cartes n’étant pas performante. Celle que j’ai reçu pour le 433MHz fait 5cm de long connecteur SMA compris. Les fabricants donnent ces très petites antennes pour un gain d’environ 2dBi, soit si vous reprenez le paragraphe ci-dessus, 2dBi moins 2,15 = zéro dBd. Si vous souhaitez rendre votre installation plus performante, le choix ne manque pas et il est conseillé d’installer une antenne verticale genre colinéaire, car les gains sont très élevés.
Une antenne verticale colinéaire est constituée d'une série d'éléments demi-onde placés bout à bout, verticalement. Chaque élément est alimenté en phase, ce qui permet d'augmenter le gain de l'antenne par rapport à un simple élément demi-onde. Vous l’aurez compris, plus l’antenne est longue et plus le gain est important.
Les principaux fabricants sont : Comet, Diamond, Sirio, Nagoya. Par exemple chez Comet : le modèle GP-93 mesure 1m78, et elle fait 7,2dBi de gain sur 433, la GP-6N mesure 3m, et elle fait 9dBi de gain sur 433, et enfin la GP-9N mesure 5m, et elle fait 11,9dBi de gain sur 433.
Mieux vaut éviter les marques exotiques qui annoncent des gains faramineux, avec bien souvent un prix attractif synonyme de piètre qualité.
- La polarisation :
Le choix entre une antenne verticale et horizontale pour un système LoRa peut avoir un impact significatif sur la portée, la qualité du signal et la couverture globale. Il dépend de plusieurs facteurs et Il n'y a pas de règle absolue, le meilleur choix dépendra de votre besoin spécifique et de votre environnement. Dans la plupart des cas, une antenne verticale est un bon point de départ. Cependant, si vous rencontrez des problèmes de couverture, il peut être intéressant d'expérimenter avec une antenne horizontale dite Yagi en la dirigeant vers un autre utilisateur. Dans ce cas vous ne recevrez quasiment plus ce que se passe derrière ou sur les côtés de l’antenne, mais vous allez concentrer tout dans la direction vers laquelle vous avez dirigé l’antenne. Dans tous les cas, il faut que vous respectiez la polarisation de l’utilisateur vers lequel vous allez vous diriger. Si ce dernier possède une colinéaire verticale et que vous désirez installer chez vous une yagi pointée vers lui, il faut installer votre Yagi pour que les éléments soient verticaux. La différence entre les 2 polarisations c’est 30Db. C’est énorme, et si vous faites cette erreur, vous perdrez tous le bénéfice de votre investissement.
- Le lobe de rayonnement :
Les lobes de rayonnement, c'est la représentation graphique de la façon dont une antenne émet les ondes radio. Ces lobes sont des zones dans l'espace où l'intensité du signal est plus forte. Le lobe principal est la direction où l'antenne émet le plus de signal. Les lobes secondaires sont des zones où le signal est moins fort.
Lobe principal : C'est la direction où l'antenne envoie le plus d'énergie.
Lobes secondaires : Ce sont des directions où l'antenne envoie une partie de l'énergie, mais avec une intensité moindre.
Les antennes verticales et les antennes Yagi ont des comportements différents.
- Antenne verticale : Une antenne verticale rayonne généralement de manière omnidirectionnelle dans le plan horizontal.
- Antenne Yagi : Une antenne Yagi est plus directive. Elle concentre le signal dans une direction précise.
Exemple de Yagi polarisée en verticale. 
Certains fabricants d’antennes fournissent les diagrammes de rayonnement de leurs antennes. Dans l’illustration ci-dessous, vous voyez bien la différence de rayonnement entre une antenne comme celle livrée avec la carte Lora, un dipôle quart d’onde et une Yagi. Sur cette dernière, on voit clairement la partie d’antenne en rouge qui concentre le rayonnement optimum dans la direction où l’antenne est tournée.
Cliquez dans l'image pour agrandir :
Visitez le site en cliquant ici : https://arduino103.blogspot.com/2018/11/antenne-graphique-diagramme-de-radiation.html
20) Choisir son coaxial et la connectique.
Choisir un câble coaxial adapté est crucial pour optimiser la performance de votre réseau LoRa. Ce choix dépendra principalement de la fréquence d'opération, 433MHz, 868MHz ou 915MHz, et de la distance. Vous l’aurez compris, plus vous montez en fréquence et plus vous devez soigner le type de coaxial et les connecteurs à cause de la perte.
L’Impédance caractéristique pour les applications radiofréquences est de 50 ohms.
Le coaxial RG-316, diamètre 2,5mm est souvent utilisé dans les applications LoRa, mais il est réservé à des distances très courtes. A 433MHz, la perte au mètre est de 0,53dB. Si vous en installez 10 mètres, la perte sera de 5,3dB, impensable. A 915Mhz, la perte au mètre est de 0,85dB. Si vous en installez 10 mètres, votre perte sera de 8,5dB, hallucinant.
Le coaxial RG-58, diamètre 6mm, c’est à peu près la même punition, un peu moins de pertes que le RG-316 mais pas du tout conseillé dans une installation avec de grandes longueurs et sur des fréquences élevées. Utilisez-le par exemple pour des applications mobiles ou pédestres, il est souple et protégé contre les UV (rayons du soleil). Regardez chez le fabricant Messi & Paoloni les tableaux comparatifs des coaxiaux. Par exemple le coaxial Hyperflex 5 comparé au RG-58, vous divisez les pertes par deux, ce n’est pas rien. Il est plus cher bien sûr, mais n’oubliez pas que l’on cherche à optimiser notre installation.
Pour des longueurs plus importantes, le coaxial RG-213, diamètre 11mm, est souvent utilisé. Même s’il est meilleur en termes de perte au mètre que notre ami RG-58, ça reste moyen. 0,135dB de perte au mètre à 433MHz et 0,235dB de perte au mètre à 915MHz. Préférez le Messi & Paoloni Ultraflex 10 ou Hyperflex 10 bien meilleur au niveau des pertes.
Avec les systèmes LoRa, la connectique est également importante. Les cartes sont souvent équipées d’origine par les fabricants, d’un connecteur femelle SMA. Les antennes citées plus haut sont généralement équipées d’un connecteur femelle de type N. Si vous déportez une antenne verticale ou horizontale sur le toit, vous devrez passer dans votre logement une longueur de coaxial muni de connecteurs N mâles à chaque bout. Pour brancher la fiche N sur la carte LoRa, vous devrez utiliser un raccord inter série adapté.
La connectique PL et/ou SO-239 est à proscrire dans une installation LoRa, car non adaptée aux fréquences élevées.
21) Notion d’environnement en milieu urbain ou rural.
Plus haut nous parlions d’environnement. Que vous habitiez à la campagne ou à la ville, il y a des avantages et des inconvénients.
- En milieu urbain : les avantages.
Couverture étendue, les bâtiments alentour pouvant parfois faire rebondir le signal, et ainsi augmenter la portée effective.
Densité de nœuds : La possibilité de déployer un grand nombre de nœuds sur une petite surface est facilitée.
Infrastructure existante : L'intégration avec d'autres réseaux (électrique, etc.) peut être plus aisée.
- En milieu urbain : les inconvénients :
Interférences : Les signaux LoRa peuvent être perturbés par d'autres sources radiofréquences (WiFi, Bluetooth, etc.).
Atténuation : Les bâtiments peuvent également atténuer le signal, nécessitant plus de passerelles.
Réglementation : Les zones urbaines sont souvent soumises à des réglementations plus strictes en matière d'émissions radio et d’autorisation pour installer des antennes.
- En milieu rural : les avantages.
Moins d'interférences : Le signal LoRa est moins susceptible d'être perturbé.
Portée étendue : La propagation du signal est généralement meilleure en l'absence d'obstacles.
Coût inférieur : La densité de nœuds étant souvent plus faible, le coût d'installation peut être réduit.
- En milieu rural : les inconvénients :
Maintenance : Les zones rurales peuvent être moins accessibles, rendant la maintenance plus complexe.
Couverture hétérogène : Le relief peut affecter la propagation du signal, créant des zones d'ombre.
Sécurité : Les réseaux LoRa isolés peuvent être plus vulnérables aux attaques.
Choix de l'antenne : horizontale ou verticale, en fonction d’un milieu Urbain ou rural, cela dépend de plusieurs facteurs.
En milieu urbain : Une antenne omnidirectionnelle (verticale) peut être plus adaptée pour couvrir un maximum de zones, mais une antenne directionnelle (horizontale ou verticale suivant votre cas) peut être utilisée pour cibler des zones spécifiques.
En milieu rural : Une antenne directionnelle peut être utilisée pour maximiser la portée, en particulier si le terrain est vallonné.
Fréquence : La fréquence utilisée, 433MHz, 868MHz ou 915MHz, influence la longueur d'onde et donc les caractéristiques de propagation.
Polarisation : La polarisation de l'onde (horizontale ou verticale) peut affecter la réception du signal.
22) La topologie du terrain.
La topologie du terrain joue un rôle crucial dans la performance d'une installation LoRa. Un terrain plat et dégagé offrira une meilleure portée et une connectivité plus stable qu'un terrain accidenté ou obstrué par des bâtiments, des arbres ou d'autres obstacles.
Les éléments à considérer pour une topologie optimale :
Hauteur des antennes : Plus les antennes sont hautes, meilleure est la couverture. Il est donc avantageux d'installer les passerelles LoRa sur des points hauts (toits, pylônes, etc.).
Obstacles : Les obstacles naturels ou artificiels atténuent le signal LoRa. Les bâtiments, les arbres, les collines peuvent créer des zones d'ombre où la réception est faible ou nulle.
Réflexions : Les surfaces métalliques ou l'eau peuvent provoquer des réflexions du signal, ce qui peut entraîner des interférences et dégrader la qualité de la liaison.
Diffraction : Le signal LoRa peut diffracter autour des obstacles, mais cette capacité est limitée. Les obstacles de grande taille peuvent créer des zones d'ombre importantes.
Quelques conseils pour optimiser la topologie :
Cartographier le terrain : Utiliser un outil de cartographie numérique pour identifier les zones élevées, les obstacles et les zones d'ombre potentielles.
Simuler la propagation : Utiliser un logiciel de simulation électromagnétique pour estimer la couverture et identifier les zones à faible signal. (Pas à la portée du particulier)
Choisir des emplacements stratégiques : Placer les passerelles LoRa aux endroits où elles offrent la meilleure couverture et minimisent l'impact des obstacles.
Utiliser des antennes directionnelles : Pour améliorer la portée dans une direction spécifique.
Les conditions météorologiques peuvent affecter la propagation du signal.
Pour déterminer les points hauts de votre région, Il existe quelques sites gratuits qui peuvent vous y aider, le plus connu étant Google Earth.
Je me sers parfois de celui ci-dessous. Une fois que vous êtes sur le site, zoomez pour afficher votre région, puis analysez les endroits les plus hauts et les moins boisés grâce à l’échelle des altitudes situé sur la droite, afin de trouver l’emplacement pour installer votre futur digi.
Cliquez dans l'image pour agrandir.
Visitez le site en cliquant ici : https://fr-fr.topographic-map.com/map-cz/France-m%C3%A9tropolitaine/
- Voici les liens d’articles techniques dans lesquels vous pouvez récupérer des infos.
Incontournable, le GitHub de Ricardo CA2RXU :
https://github.com/richonguzman/LoRa_APRS_iGate?tab=readme-ov-file
Si vous souhaitez faire une station météo autonome, visitez le site de Patrick TK5EP :
https://www.egloff.eu/index.php?option=com_content&view=article&id=283&catid=33&Itemid=2319&lang=fr
F4EWI Thierry sur le site du radio club F5KMY :
https://www.f5kmy.fr/spip.php?article509
HB9TJM Chris :
https://hb9tjm.net/lora-aprs-tracker/
Pour ceux qui voudraient savoir ce qu’est le réseau à la Française Meshtastic Gaulix, visitez le site Framboise314 tenu par notre ami François Mocq F1GYT : https://www.framboise314.fr/connaissez-vous-le-reseau-meshtastic-et-sa-version-gaulix/
L'APRS expliqué sur Wikipedia :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Automatic_Packet_Reporting_System
RSSI expliqué sur Wikipedia :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Received_Signal_Strength_Indicator
SNR expliqué sur Wikipedia :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Rapport_signal_sur_bruit
I²C expliqué sur Wikipedia :
https://fr.wikipedia.org/wiki/I2C
L'APRS pour les nuls sur le site des radioamateurs d'ille et Vilaine, l'ARA35 :
https://ara35.fr/laprs-pour-les-nuls/
- Voici les liens des sites sur lesquels vous pouvez voir les utilisateurs sur une carte.
Le plus connu APRS.FI :
aprs.fi
Son frère allemand APRSDIRECT.DE :
https://aprsdirect.de/?center=49.0773,2.4445&zoom=11
Pour les utilisateurs de cartes LORA :
- Voici les liens de groupes Facebook dans lesquels vous pouvez récupérer des infos.
- Voici le lien du site qui permet de déterminer les altitudes et les endroits déboisés de votre région.
https://fr-fr.topographic-map.com/map-cz/France-m%C3%A9tropolitaine/
73 à tous et bonne bidouille.
