Capítulo 4 — Estrutura de Pacotes LoRa e Parâmetros Físicos

4. Estrutura de pacotes LoRa

A camada física do LoRa define como os dados são transmitidos pelo ar, ou seja:

• Formato do pacote

• Ordem dos campos

• Parâmetros físicos de transmissão

Esses elementos são essenciais para compreender:

• Consumo de energia

• Alcance da comunicação

• Capacidade da rede

• Limitações regulatórias

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4.1 Estrutura geral do pacote LoRa

Um pacote LoRa é composto pelos seguintes campos:

1. Preamble (Preâmbulo)

2. Header (Cabeçalho) — opcional

3. Payload (Carga útil)

4. CRC — opcional

A estrutura básica pode ser representada como:

| Preamble | Header | Payload | CRC |

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4.2 Preâmbulo (Preamble)

O preâmbulo é uma sequência de chirps utilizada para:

• Sincronizar o receptor

• Ajustar a frequência

• Detectar o início do pacote

Características

• Composto por up-chirps

• Finalizado com dois down-chirps

• Comprimento configurável

Valor típico

• 8 símbolos (padrão LoRaWAN)

🔎 Nota prática
Um preâmbulo maior:

• Aumenta a robustez da detecção

• Aumenta o Time on Air

• Raramente é necessário em redes LoRaWAN convencionais

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4.3 Header (Cabeçalho)

O header pode operar em dois modos:

4.3.1 Modo explícito (Explicit Header)

No modo explícito, o header contém:

• Tamanho do payload

• Coding Rate

• Presença de CRC

✔️ Modo padrão no LoRaWAN

Vantagens:

• Maior flexibilidade

• Melhor interoperabilidade

• Facilidade de decodificação

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4.3.2 Modo implícito (Implicit Header)

No modo implícito:

• O header não é transmitido

• Receptor deve conhecer previamente:

  • Tamanho do payload

  • CR

  • CRC

❌ Não utilizado no LoRaWAN

Uso típico:

• Links ponto-a-ponto

• Protocolos proprietários

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4.4 Payload (Carga útil)

O payload contém os dados efetivos transmitidos.

Limites práticos no LoRaWAN

O tamanho máximo do payload depende de:

• Spreading Factor

• Banda (BW)

• Região (AU915)

Exemplo típico (AU915, uplink 125 kHz):

SF	Payload máximo (bytes)
SF7	242
SF8	242
SF9	115
SF10	51
SF11	51
SF12	51

🔎 Nota AU915
Esses limites não são apenas técnicos, mas também definidos pela LoRaWAN Regional Parameters.

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4.5 CRC (Cyclic Redundancy Check)

O CRC é usado para:

• Detecção de erros

• Garantir integridade dos dados

No LoRaWAN:

• CRC físico do LoRa sempre habilitado

• CRC adicional existe na camada LoRaWAN (MIC)

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4.6 Parâmetros físicos do pacote

Os principais parâmetros físicos configuráveis são:

• Spreading Factor (SF)

• Largura de banda (BW)

• Coding Rate (CR)

• Potência de transmissão

• Comprimento do preâmbulo

• CRC habilitado/desabilitado

Esses parâmetros impactam diretamente:

• Tempo no ar

• Alcance

• Consumo de bateria

• Capacidade da rede

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4.7 Cálculo do Time on Air (ToA)

O ToA pode ser calculado por:

Duração do símbolo

$$T_s = \frac{2^{SF}}{BW}$$

Número de símbolos do payload

$$N_{payload} = 8 + \max\left( \left\lceil \frac{ 8 \cdot PL - 4 \cdot SF + 28 + 16 \cdot CRC - 20 \cdot H }{ 4 \cdot (SF - 2 \cdot DE) } \right\rceil \cdot (CR + 4), 0 \right)$$

Onde:

• PL = tamanho do payload (bytes)

• CRC = 1 se habilitado

• H = 0 (explícito) ou 1 (implícito)

• DE = low data rate optimization

Time on Air total

$$ToA = (N_{preamble} + 4.25 + N_{payload}) \cdot T_s$$

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4.8 Low Data Rate Optimization (DE)

A otimização de baixa taxa de dados:

• Ativada automaticamente para SF ≥ 11

• Evita problemas de sincronismo

• Aumenta ligeiramente o ToA

✔️ Obrigatória em SF11 e SF12

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4.9 Impacto regulatório (AU915 / Brasil)

No Brasil:

• Não há duty cycle fixo (como 1% no EU868)

• Existe limite de dwell time

• O uso excessivo de SF alto:

  • Aumenta colisões

  • Reduz escalabilidade

  • Prejudica toda a rede

🔎 Boas práticas AU915

• Priorizar SF7–SF9

• Usar ADR

• SF11/12 apenas quando estritamente necessário

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Encerramento do Capítulo 4

Neste capítulo você aprendeu:

• Estrutura completa de um pacote LoRa

• Função do preâmbulo, header, payload e CRC

• Modos explícito e implícito

• Parâmetros físicos do pacote

• Cálculo de Time on Air

• Impactos práticos no AU915