Meshtastic - Częstotliwości Sieci Mesh

Witajcie ponownie w naszej serii poradników o Meshtastic! Dzisiaj bierzemy na warsztat temat, który często pojawia się w pytaniach użytkowników: Jakie częstotliwości wykorzystuje Meshtastic? Jeśli zaczynasz swoją przygodę z Meshtastic lub chcesz rozwinąć swoją sieć, ten wpis pomoże Ci zrozumieć fundamenty działania tej technologii.

Jakie częstotliwości wykorzystuje Meshtastic?

Meshtastic działa w oparciu o moduły LoRa (Long Range), które komunikują się ze sobą w określonych pasmach radiowych. Dostępne częstotliwości różnią się w zależności od regionu i lokalnych regulacji prawnych:

Ważne: Meshtastic pozwala ręcznie ustawić częstotliwość w aplikacji lub pliku konfiguracyjnym, ale pamiętaj, aby trzymać się legalnych pasm w Twoim kraju. Dodatkowo możesz dostosować takie parametry, jak:

• Bandwidth - szerokość pasma
• Spreading Factor (SF) - im wyższy, tym większy zasięg, ale mniejsza prędkość
• Transmit Power (Tx Power) - moc nadawania, wpływa na zasięg i zużycie energii

Legalne pasma LoRa w Polsce

W Polsce, zgodnie z przepisami UKE (Urząd Komunikacji Elektronicznej), do zastosowań nielicencjonowanych (takich jak Meshtastic) legalne jest pasmo ISM 868 MHz. To właśnie to pasmo jest domyślnie wspierane przez większość modułów LoRa dostępnych w Europie.

Szczegóły:

• Zakres częstotliwości ISM:
  863-870 MHz (dokładnie: 863.0 - 870.0 MHz)

• Najczęściej używany kanał Meshtastic w Polsce:
  869.525 MHz (często wykorzystywany ze względu na niski poziom zakłóceń i dobrą dostępność)

• Maksymalna moc nadawcza (ERP):

  • Do 25 mW (14 dBm) - w większości podzakresów

  • Do 500 mW (27 dBm) - w specjalnych kanałach, ale tylko przy spełnieniu dodatkowych warunków (np. ograniczeniu czasu nadawania - duty cycle)

• Duty cycle (obowiązkowy limit czasu nadawania):

  • Zależny od podzakresu - zazwyczaj 1%, co oznacza max 36 sekund nadawania na każde 1 godzinę (w trybie ciągłym)

Uwaga: Moduły Meshtastic działają tylko w jednym określonym pasmie. Choć aplikacja pozwala na ręczne ustawienie częstotliwości, pamiętaj, że chip, który obsługuje komunikację w sieci Meshtastic, jest zaprojektowany do pracy w jednym, konkretnym paśmie, np. 868 MHz w Europie, 915 MHz w USA, czy 433 MHz w Azji. Nie wszystkie moduły mogą pracować w różnych pasmach – to zależy od modelu urządzenia. Dlatego przed dokonaniem jakiejkolwiek zmiany częstotliwości, upewnij się, że Twój moduł obsługuje odpowiednią dla Twojego regionu częstotliwość, by uniknąć problemów z kompatybilnością oraz zapewnić legalność działania w danym kraju.

Podzakresy pasma 868 MHz w Polsce (ISM)

Co to jest duty cycle? 🔍

Duty cycle to maksymalny procent czasu, przez który urządzenie może nadawać w ciągu godziny.
Np. przy 1% duty cycle możesz nadawać tylko 36 sekund na godzinę - potem musisz „milczeć”.

W praktyce LoRa (i Meshtastic) rzadko przekracza te limity, ponieważ wysyła krótkie, nieregularne pakiety. Mimo to - warto mieć to z tyłu głowy, zwłaszcza przy długich wiadomościach lub testach.

Od czego zależy zasięg pojedynczego węzła?

https://meshtastic.org/docs/overview/range-tests/

W teorii LoRa umożliwia komunikację nawet na odległość kilkudziesięciu  kilometrów. W praktyce zasięg Twojego węzła może wahać się od kilkuset metrów do kilkunastu kilometrów, a decyduje o tym kilka czynników:

1. Moc nadawania (Tx Power) 📡

Im większa moc (wyrażana w dBm), tym dalej węzeł może wysłać sygnał.

dBm to jednostka mocy wyrażona w skali logarytmicznej, która odnosi się do mocy wyrażonej w miliwatach (mW).

Pełna nazwa to:

decybele względem 1 miliwata (dB m → "m" jak "milliwatt")

Wzór przeliczenia mocy w miliwatach na dBm:

dBm = 10 · log₁₀(moc w mW)

Na przykład:

Dlaczego logarytmiczna skala? 

1. Ułatwia porównywanie dużych różnic w mocy
   Przykład: różnica między 1 mW a 100 mW to 100x - w dBm to tylko 20 jednostek (0 → 20 dBm)

2. Lepiej odzwierciedla fizyczne właściwości sygnałów radiowych
   Sygnał w przestrzeni spada logarytmicznie z odległością - dBm pozwala to łatwo zobaczyć.

3. Łatwe dodawanie/odejmowanie tłumienia i zysków
   Antena ma np. zysk +3 dBi, kabel ma stratę -1 dB → dodajesz/odejmujesz zamiast mnożyć/dzielić.

Im wyższa wartość dBm, tym silniejszy sygnał (w uproszczeniu):

• +14 dBm - typowa moc nadawcza w Meshtastic (25 mW)

• +20 dBm - moc maksymalna dla niektórych modułów LoRa (100 mW)

• -100 dBm - typowa moc sygnału odbieranego przez odbiornik LoRa (bardzo czuły!)

‼️ Uwaga: skala może też iść na minus - np. LoRa odbiera sygnały na poziomie -120 dBm - czyli miliony razy słabsze od 1 mW!

2. Ukształtowanie terenu i wybór miejsca na połączenie 🛰️

Jednym z kluczowych czynników wpływających na zasięg sieci Meshtastic jest ukształtowanie terenu. LoRa działa na zasadzie komunikacji bezpośredniej, co oznacza, że wymaga widoczności liniowej ("line of sight") między nadajnikiem a odbiornikiem. Sygnał radiowy rozprzestrzenia się najlepiej, gdy nie ma przeszkód między urządzeniami, takich jak góry, budynki czy drzewa.

Jak działa "line-of-sight"?

Narzędzie RF Path Loss Calculator dostępne na stronie SCADACore może pomóc Ci oszacować, gdzie znajdują się przeszkody w terenie i gdzie najlepiej nawiązać połączenia. Narzędzie to oblicza straty sygnału i wskazuje, czy konkretna linia widoczności między dwoma punktami jest możliwa, biorąc pod uwagę ukształtowanie terenu (np. góry, doliny). Dzięki niemu łatwiej zaplanujesz, w jaki sposób umiejscowić swoje urządzenia, aby zapewnić optymalny zasięg i stabilność połączenia.

www.scadacore.com/tools/rf-path/rf-line-of-sight/

Jakie czynniki wpływają na skuteczność "line-of-sight"?

1. Wysokość nadajnika i odbiornika 🏔️
   Umiejscowienie urządzenia na wyższym punkcie (np. na wzgórzu, dachu, maszcie) znacząco zwiększa zasięg, ponieważ pozwala na ominięcie przeszkód terenowych. Wysoko umieszczone anteny mają większą szansę na dotarcie do odległych punktów, a sygnał będzie mniej podatny na tłumienie przez przeszkody.

2. Przeszkody terenowe 🏙️
   W terenie górzystym lub w pobliżu budynków, sygnał LoRa może napotkać na liczne bariery, co ogranicza zasięg. Przeszkody takie jak góry, wąwozy, lasy, budynki czy grube mury mogą sprawić, że komunikacja stanie się niestabilna lub wręcz niemożliwa na większe odległości. Dlatego, jeśli masz możliwość, warto zainwestować w wyższe lokalizacje dla swoich urządzeń, które pozwolą na łatwiejsze ominięcie takich barier.

   >

   Pvc Pipe Meshtastic

3. Wilgotność, deszcz i inne warunki atmosferyczne 🌧️
   Warunki atmosferyczne, takie jak silne opady deszczu czy duża wilgotność, mogą również osłabić sygnał radiowy. Choć LoRa jest relatywnie odporna na zakłócenia związane z pogodą, w trudnych warunkach na pewno będziesz musiał liczyć się z mniejszym zasięgiem.

Jak korzystać z narzędzia "line-of-sight"?

W narzędziu SCADACore wystarczy, że wprowadzisz dwie lokalizacje na mapie (np. współrzędne geograficzne) dla nadajnika i odbiornika, a system wyliczy, czy linia widoczności pomiędzy nimi jest możliwa do nawiązania oraz jak dużą stratę sygnału przewiduje na danej trasie. Możesz również zobaczyć, jak zmienia się zasięg w zależności od wysokości lokalizacji i przeszkód terenowych.

Wskazówki praktyczne:

• Zawsze szukaj wyższych punktów dla swoich urządzeń - im wyżej umieszczony węzeł, tym lepszy zasięg i stabilność połączenia.

• Wybieraj lokalizacje z jak najmniejszymi przeszkodami - otwarte przestrzenie lub obszary z małą ilością drzew czy budynków to idealne miejsca na instalację nadajników.

• Zainwestuj w anteny o wysokim zysku - nawet przy przeszkodach w terenie antena o wyższym zysku (np. kierunkowa lub panelowa) może pomóc w zwiększeniu zasięgu.

3. Parametry LoRa ⚙️

To zakres częstotliwości, w którym nadawany jest sygnał.
Im większa szerokość, tym szybszy przesył danych, ale krótszy zasięg.

Dla Meshtastic najczęściej używa się 125 kHz - zapewnia dobrą stabilność i daleki zasięg.

To sposób „rozciągania” danych w czasie - im wyższy SF, tym lepszy zasięg, ale wolniejsza transmisja.
Zakres SF to od SF7 (najmniejszy zasięg, najszybszy) do SF12 (największy zasięg, najwolniejszy).

Wyższy SF = dłuższy czas transmisji, ale większa odporność na zakłócenia.

To ilość energii, z jaką node wysyła sygnał radiowy - mierzona w dBm.
Większa moc = lepszy zasięg, ale też większe zużycie baterii i ryzyko przekroczenia norm prawnych.

Jeśli używasz zasilania bateryjnego - warto zachować niższą moc, żeby oszczędzać energię.

Jak to działa razem?

• Chcesz duży zasięg? → Wyższy SF (np. SF11), mniejsze BW (np. 125 kHz), wyższy Tx Power

• Chcesz szybką transmisję na krótkim dystansie? → Niższy SF, większe BW

4. Rodzaj i jakość anteny 📡

W zestawach Meshtastic najczęściej znajdziesz prostą, krótką antenkę, która wystarcza do podstawowej komunikacji na niewielkie odległości. Jednak wymiana jej na zewnętrzną antenę o zysku 3-5 dBi może znacząco poprawić zasięg — często nawet dwukrotnie lub trzykrotnie

W sieciach Meshtastic najczęściej stosuje się trzy typy anten:

• Anteny dookólne - rozprowadzają sygnał równomiernie we wszystkich kierunkach. Świetnie sprawdzają się w node’ach mobilnych, gdzie kierunek połączenia często się zmienia.

  

  mikrobot.pl

  

  sketchfab.com

  Idealne dla: Wiatraków mobilnych, wsi i terenów otwartych, małych przestrzeni w miastach.

  Mniej efektywne w: Górskich terenach z wieloma przeszkodami.

• Anteny kierunkowe (Yagi, panelowe) - skupiają sygnał w jednym kierunku, co pozwala osiągnąć większy zasięg i stabilność połączenia. Idealne do repeaterów lub stałych punktów komunikacji między odległymi lokalizacjami.

  

  Stack

  

  jemengineering.com

  Idealne dla: Długodystansowych połączeń na wsi, w miastach z przeszkodami terenowymi, w górach do pokonania trudnych warunków terenowych.

  Mniej efektywne w: Miejscach z częstymi zmianami kierunków komunikacji.

• Anteny typu ground plane - dobre rozwiązanie do zastosowań stacjonarnych, oferujące przyzwoite pokrycie i zysk energetyczny w terenie płaskim.

  

  m0ukd blog

  Idealne dla: Terenów płaskich, wiejskich, miejskich obszarów o niskiej zabudowie.

  Mniej efektywne w: Górskich terenach z przeszkodami terenowymi.

Pamiętaj: nawet najlepsza antena nie pomoże, jeśli będzie zamontowana nisko lub za przeszkodami.

5. Zakłócenia i czynniki zewnętrzne ⚡

Jonizacja atmosfery i burze słoneczne

Wzrost jonizacji atmosferycznej, szczególnie w wyniku burz geomagnetycznych, może wpływać na zasięg i stabilność sygnałów radiowych, zwłaszcza w wyższych pasmach. Silne burze słoneczne mogą również zakłócać komunikację radiową, zwłaszcza w pasmach VHF i UHF, prowadząc do chwilowych zakłóceń.

Zakłócenia od innych urządzeń

Większość urządzeń Wi-Fi, Bluetooth oraz innych systemów komunikacji bezprzewodowej może powodować interferencje w pasmach wykorzystywanych przez Meshtastic. Wi-Fi działa głównie na częstotliwościach 2.4 GHz i 5 GHz, co może nakładać się na pasma używane przez urządzenia Meshtastic. Podobnie Bluetooth operuje na 2.4 GHz, co może prowadzić do zakłóceń. Urządzenia działające na pasmach 433 MHz, 868 MHz lub 915 MHz również mogą doświadczać interferencji, w zależności od lokalnych źródeł zakłóceń, takich jak mikrofale, radioamatorzy czy sieci bezprzewodowe.

Podsumowanie

Jeżeli chcesz, żeby Twoja sieć Meshtastic była skuteczna i niezawodna, pamiętaj o tych trzech kluczowych elementach:

1. Wybór odpowiedniej częstotliwości - upewnij się, że korzystasz z pasma zgodnego z lokalnymi przepisami (np. 868 MHz w Europie, 915 MHz w USA) i dostosuj je do swoich potrzeb.
2. Optymalizacja parametrów transmisji - ustaw moc nadawania (Tx Power), spreading factor (SF) i szerokość pasma (Bandwidth) tak, aby uzyskać najlepszy balans między zasięgiem, prędkością transmisji i zużyciem energii.
3. Dobór i umiejscowienie anteny - im lepsza antena i wyższa jej lokalizacja (np. dach, maszt), tym większy zasięg i stabilność sieci. Wybierz antenę dopasowaną do Twojego zastosowania: dookólną, kierunkową lub ground plane.

Dodatkowo monitoruj warunki atmosferyczne i możliwe zakłócenia radiowe, które mogą wpływać na jakość połączenia. Eksperymentuj z ustawieniami i konfiguracją, aby jak najlepiej wykorzystać możliwości Meshtastic! 🚀

Sprawdź nasze pozostałe wpisy dotyczące Meshtastic: 

• Meshtastic: Co to jest i jak działa?
• Meshtastic: Typy Węzłów