LoRa: cos'è e come funziona la comunicazione radio a lungo raggio

Che cos’è LoRa?

LoRa (da Long Range) è una tecnica di modulazione radio proprietaria, sviluppata da Semtech, pensata per un obiettivo preciso: trasmettere piccole quantità di dati su distanze molto lunghe, consumando pochissima energia. È il compromesso opposto rispetto al Wi-Fi o al Bluetooth, che offrono banda larga ma raggio corto e consumi più alti.

Un chip LoRa, alimentato da una semplice batteria, può trasmettere per mesi o anni e coprire distanze che vanno da poche centinaia di metri in ambiente urbano fino a decine (in alcuni casi oltre 100) di chilometri in condizioni di visibilità ottica, come tra due cime di montagna.

Come funziona la modulazione

LoRa si basa su una tecnica chiamata Chirp Spread Spectrum (CSS): invece di codificare i bit su una singola frequenza fissa, il segnale viene distribuito su una banda di frequenze che “scivola” nel tempo (un chirp, appunto). Questo rende il segnale molto più resistente al rumore e alle interferenze rispetto a una modulazione a banda stretta, al costo di un bitrate basso.

Un parametro chiave è lo Spreading Factor (SF, da 7 a 12): più è alto, maggiore è la portata e la resistenza al rumore, ma minore è la velocità di trasmissione e più a lungo il dispositivo resta “in aria” (con conseguente maggior consumo e, in Europa, maggiori vincoli normativi sul duty cycle).

LoRa non è LoRaWAN

È l’equivoco più comune, quindi vale la pena chiarirlo subito: LoRa è solo il livello fisico radio, il modo in cui i bit vengono trasformati in onde radio. LoRaWAN è un protocollo di rete costruito sopra LoRa, che definisce come i dispositivi si autenticano (OTAA/ABP), come comunicano con i gateway e con un server di rete centrale, e le classi di dispositivo (A, B, C) con i relativi compromessi tra consumo e latenza.

Non tutte le reti che usano la modulazione LoRa usano però il protocollo LoRaWAN. Progetti come Meshtastic (di cui parleremo in un prossimo articolo) usano la radio LoRa come livello fisico, ma implementano un proprio protocollo di rete mesh decentralizzata, senza gateway né server centrale: ogni dispositivo può ritrasmettere i messaggi degli altri, estendendo la copertura complessiva della rete.

ℹ️ In sintesi

LoRa = la radio. LoRaWAN = un possibile protocollo sopra quella radio, pensato per reti a stella con gateway. Le reti mesh (Meshtastic e simili) sono un’alternativa diversa, costruita sulla stessa radio LoRa.

Le frequenze: 868 MHz in Europa

LoRa opera in bande ISM (Industrial, Scientific and Medical), libere da licenza ma soggette a limiti di potenza e duty cycle stabiliti dalle normative locali. In Europa la banda di riferimento è 868 MHz, mentre negli Stati Uniti si usa tipicamente 915 MHz. Non serve una licenza per trasmettere, ma vanno rispettati i limiti di potenza (tipicamente pochi decine di mW) e i vincoli di duty cycle previsti dalla normativa ETSI.

Casi d’uso reali

IoT e telemetria: sensori agricoli (umidità del terreno, temperatura), monitoraggio ambientale, contatori smart, dove serve trasmettere pochi byte al giorno da posizioni remote senza accesso alla rete elettrica o cellulare.
Reti mesh di comunicazione: progetti come Meshtastic permettono di scambiare messaggi di testo e dati di posizione tra dispositivi, senza infrastruttura internet, utili in montagna, in mare o in scenari di emergenza dove la copertura cellulare manca.
Smart city: illuminazione pubblica, gestione rifiuti, parcheggi intelligenti, dove migliaia di sensori a bassissimo consumo devono comunicare saltuariamente piccoli pacchetti di dati.

Quanto arriva lontano davvero?

La portata dipende moltissimo dal contesto: in un ambiente urbano denso, con ostacoli ed edifici, ci si aggira spesso su poche centinaia di metri o qualche chilometro. In condizioni di linea di vista diretta (due antenne in quota, senza ostacoli nel mezzo), si possono superare facilmente i 10-20 km, con record documentati ben oltre i 100 km. Il tipo di antenna, la sua altezza e lo Spreading Factor usato fanno la differenza più di ogni altro fattore.

Nei prossimi articoli vedremo più da vicino Meshtastic, il firmware open source più diffuso per costruire reti mesh su LoRa, il suo confronto con l’alternativa più recente Meshcore, e come entrare concretamente in una rete mesh italiana attiva come quella del progetto Lora Italia.