Eerste LoRa moon-bounce

Op 5 oktober 2021 hebben we voor het eerst ooit een LoRa-bericht tegen de maan gekaatst, met de Dwingeloo telescoop. Dit is gedaan door een team bestaand uit de auteurs van dit artikel. Het signaal legde een afstand van 730360 km af, wat voorzover wij weten de grootste afstand ooit is die een met LoRa gemoduleerd bericht heeft gereisd.

Gedurende een klein moment was het hele bericht in de ruimte, tussen de maan en de aarde. We hebben het signaal verzonden met een Semtech LR1110 RF transceiver chip (in de amateurband 430-440 MHz), versterkt tot 350 Watt met de 25 meter grote schotel van de telescoop. Dezelfde chip ontving 2.44 seconde later het bericht terug. Een van de berichten bevatte een volledig LoRaWAN-frame.

Spectrumplot van het ontvangen bericht, met de gemoduleerde call sign ‘PI9CAM’

Nicolas Sornin, mede-uitvinder van LoRa, schreef ons: “This is a fantastic experiment, I had never dreamed that one day a LoRa message would travel all the way to the moon and back! I am impressed by the quality of the data captured, this dataset is going to become a classic for radiocommunications and signal processing students. A big thumbs up to the team and CAMRAS foundation for making this possible”.

De Dwingeloo radiotelescoop, nu in gebruik door Stichting CAMRAS, werd vroeger al gebruikt voor radio-experimenten, en wordt nu vaak gebruikt voor moon-bounces. Maar dit was de eerste keer dat een bericht met een kleine RF-chip tegen de maan gekaatst werd. De telescoop werd in 1956 geopend, en speelde een belangrijke rol in de vroege verkenning van de structuur van de Melkweg, aan de hand van de 21-cm-straling van waterstof.

Met de LR1110-chip hebben we ook de reistijd van het bericht gemeten, alsook de Doppler-frequentieverschuiving door de relatieve beweging tussen aarde en maan. Uit de reistijd hebben we de afstand tot de maan bepaald. Zowel de afstand als de frequentieverschuiving kwamen goed overeen met de theoretische waarden van NASA’s JPL Horizons ephemeris systeem.

We het verstuurde en ontvangen signaal parallel aan de LoRa-chips ook opgenomen met SDR (Software Defined Radio), voor verdere analyse. Deze metingen zullen we samen met analyse-notebooks publiceren als open data. Als een preview tonen we hier een ‘delay-Doppler’ plot van het gereflecteerde signaal, die in feite een radar-plaatje van de maan toont.

Een uitgebreid overzicht van het experiment en de resultaten zullen worden gepresenteerd op The Things Conference op 27 – 28 January, 2022.