BQ Station G3 w MeshCore: wzmacniacz do 5 W, przełączany LNA i limity mocy w Polsce

BQ Station G3 firmy BQ Voyage wygląda jak niewielka platforma do eksperymentów radiowych. Ma wymienne moduły, ekran OLED i rozbudowany tor LoRa. O jego przydatności w sieci MeshCore decyduje jednak nie tylko moc nadajnika, lecz także to, jak odbiera słabe sygnały w otoczeniu silnych nadajników.

Przy budowie stacjonarnego węzła sieci mesh, w której urządzenia przekazują sobie nawzajem wiadomości, trzeba pogodzić nadajnik, odbiornik, zasilanie, antenę i warunki w miejscu instalacji. W G3 większość z tych elementów można ustawić samodzielnie.

Trzy moduły zamiast jednej płytki

BQ Station G3 składa się z płyty głównej, modułu sterującego i modułu radiowego. W standardowej konfiguracji moduł BQESP32V1M wykorzystuje ESP32-S3, a za łączność LoRa odpowiada BQ35LORA900V1M.

Taka budowa pozwala wymieniać poszczególne części bez zastępowania całego urządzenia. Producent przewidział także możliwość wykorzystania Raspberry Pi Zero 2 W jako modułu sterującego. To opcja dla osób przygotowujących własne rozwiązania, wymagająca odpowiedniego oprogramowania i konfiguracji.

Standardowy moduł ESP32-S3 ma 16 MB pamięci flash, 8 MB PSRAM i ekran OLED o przekątnej 1,3 cala. Sprzęt obsługuje Wi-Fi i Bluetooth Low Energy, ale dostępność tych interfejsów zależy od wgranego firmware.

Dane techniczne

Moduł radiowy obejmuje znacznie szerszy zakres, niż wolno używać w Polsce. Bez pozwolenia można tu nadawać tylko w części pasma 868 MHz i z ograniczoną mocą (szczegóły w części „Ile mocy wolno w Polsce”).

Moc w ustawieniach a moc na złączu anteny

W urządzeniu bez dodatkowego wzmacniacza ustawienie mocy radia bywa zbliżone do wartości uzyskiwanej na wyjściu. W BQ Station G3 sygnał z SX1262, układu radiowego LoRa firmy Semtech, przechodzi jeszcze przez zewnętrzny wzmacniacz mocy PA (ang. power amplifier). Dlatego liczba wpisana w ustawieniach nadajnika nie musi odpowiadać końcowej mocy na złączu antenowym.

W tabeli pomiarowej producenta dla 868 MHz, przy PA Level 1, ustawienie SX1262 równe 13 dBm daje na wyjściu około 26,9 dBm (dBm to decybele względem 1 mW), czyli około 490 mW. Ustawienie 22 daje w tej samej konfiguracji około 32,9 dBm, czyli blisko 2 W.

To wyniki dla określonych warunków pomiaru. Producent podaje tolerancję około ±2 dB, więc tabeli nie należy traktować jako dokładnej kalibracji każdego egzemplarza.

Cztery poziomy pracy PA

Dwie zworki wybierają jeden z czterech poziomów pracy wzmacniacza.

Level 1 jest ustawieniem domyślnym i zalecanym przez producenta. Wyższe poziomy dają więcej mocy, ale zwiększają też pobór energii podczas nadawania i wymagania wobec zasilania.

Przy 868 MHz oraz najwyższym ustawieniu SX1262 producent przedstawia następujące wyniki:

To możliwości sprzętu. W Polsce wolno wykorzystać tylko niewielką ich część.

Ile mocy wolno w Polsce

Bez pozwolenia radiowego węzeł LoRa może w Polsce nadawać tylko w wybranych kanałach pasma 868 MHz i z ograniczoną mocą. Limit dotyczy mocy e.r.p. (ang. effective radiated power), czyli mocy na złączu anteny powiększonej o zysk anteny i pomniejszonej o straty w przewodzie i złączach. Zysk liczy się tu względem dipola półfalowego (dBd). Producenci anten podają go zwykle w dBi – wtedy trzeba odjąć 2,15 dB.

• 869,4–869,65 MHz, gdzie leżą europejskie ustawienia MeshCore: najwyżej 500 mW e.r.p. (27 dBm) i do 10% czasu nadawania,
• pozostałe kanały pasma 868 MHz: zwykle 25 mW e.r.p. (14 dBm) przy 0,1–1% czasu nadawania.

Najwyższą dopuszczalną moc na złączu SMA liczy się więc tak: 27 dBm − zysk anteny w dBd + straty przewodu. Przykłady dla Level 1 i 868 MHz według tabeli pomiarowej producenta:

Wyższe poziomy PA nie są do tego potrzebne: Level 1 przy ustawieniu 13 daje już około 490 mW na złączu. Producent oznacza to ustawienie w tabeli jako odpowiednie dla EU868, ale to wartość na złączu – z anteną o zysku powyżej około 2 dBi i krótkim przewodem limit e.r.p. zostaje przekroczony. Tabela jest typowa, z tolerancją ±2 dB, więc bez własnego pomiaru mocy bezpieczniej zejść o dwa stopnie niżej.

Na pozostałych kanałach pasma 868 MHz (25 mW e.r.p.) nawet najniższe ustawienie z tabeli producenta (2) daje 16,7 dBm, czyli około 47 mW na złączu – prawie dwa razy więcej niż cały limit.

Limit 10% czasu nadawania obowiązuje niezależnie od mocy i w repeaterze MeshCore nie wolno go wyłączać. Jak ustawić go razem z mocą, opisaliśmy w tekście o zmianach w MeshCore 1.15–1.17.1.

Sklep producenta podaje, że moc jest fabrycznie ustawiona na 30 dBm, czyli 1 W na złączu – dwa razy więcej niż limit e.r.p., zanim doliczy się zysk anteny. Strona sklepu jest w trakcie aktualizacji i może zawierać dane Station G2, ale moc po uruchomieniu i tak trzeba sprawdzić i w razie potrzeby obniżyć. Wersję regionalną wybiera się przy zakupie: do Polski właściwa jest EU868 MHz. Region US / 915 MHz i opisana w sklepie praca powyżej 1 W na amerykańskiej licencji krótkofalarskiej są w Polsce niedozwolone.

Kiedy wyłączenie LNA poprawia odbiór

LNA (ang. low-noise amplifier) to wzmacniacz niskoszumowy w torze odbiorczym. Wzmacnia słaby sygnał z anteny, zanim trafi on do układu radiowego. Według sklepu producenta LNA w G3 ma regulowane wzmocnienie 10–16 dB i typowy współczynnik szumów 1,5 dB. Przy niskim poziomie szumów w otoczeniu wyraźnie poprawia czułość, ale wśród silnych sygnałów dodatkowe wzmocnienie może utrudniać pracę odbiornika.

BQ Station G3 umożliwia zmianę sposobu pracy LNA. Zworka LNA P pozostawiona otwarta odpowiada trybowi LNA ON. Jej zwarcie wybiera tryb wyłączenia LNA. Po zdjęciu zworki LNA można też przełączać programowo – producent pokazuje to na przykładzie Raspberry Pi Zero 2 W. Czy da się to zrobić z poziomu MeshCore, zależy od firmware.

Przy silnych sygnałach w otoczeniu warto porównać odbiór z włączonym i wyłączonym LNA. Dodatkowe wzmocnienie może przeciążyć tor odbiorczy. Wyłączenie wzmacniacza może wtedy zwiększyć liczbę poprawnie odebranych pakietów, nawet jeśli RSSI, czyli wskazanie siły sygnału, spadnie.

Porównanie najlepiej wykonać w podobnych warunkach, sprawdzając liczbę poprawnych pakietów i SNR, czyli stosunek sygnału do szumu.

LNA i filtr wykonują inne zadania

Wzmacniacz odbiorczy oraz filtr pasmowy nie są zamiennikami. LNA wzmacnia sygnał. Filtr ogranicza sygnały poza zakresem, który ma przepuszczać. Tor odbiorczy G3 nie ma filtrów pasywnych: producent stawia na regulację wzmocnienia i dopasowania impedancji, a wyłączenie LNA przedstawia jako alternatywę dla filtra wnękowego. Regulacja wzmocnienia osłabia jednak wszystkie sygnały naraz, a filtr tłumi przede wszystkim te spoza pasma. Sam producent przyznaje, że przy silnych sygnałach spoza pasma filtr wnękowy dodatkowo poprawia odbiór.

W trudnej lokalizacji można rozważyć zewnętrzny filtr, na przykład wnękowy. Musi być dostrojony do używanej częstotliwości i mieć znaną stratę w paśmie. Jeśli znajduje się we wspólnym torze nadawania i odbioru, trzeba również uwzględnić jego dopuszczalną moc.

Filtr może ograniczyć silne sygnały spoza pasma, ale jednocześnie osłabia sygnał użyteczny. Nie rozwiąże też problemu zakłócenia znajdującego się w jego paśmie przepustowym.

Zakres dynamiczny a czułość

Producent podaje, że tor odbiorczy G3 ma o około 5 dB większy zakres dynamiczny niż Station G2, a przy wyłączonym LNA – o około 3 dB większy niż urządzenia serii Nano, które zewnętrznego LNA nie mają. Tych decybeli nie da się przeliczyć wprost na kilometry zasięgu ani na lepszą czułość. Producent sam zastrzega, że w praktyce odbiór zależy przede wszystkim od ukształtowania terenu i warunków propagacji.

Czułość określa, jak słaby sygnał odbiornik potrafi poprawnie odebrać w określonych warunkach. Zakres dynamiczny opisuje jego zdolność do pracy z sygnałami o różnych poziomach.

Producent nie podaje czułości całej stacji, a wartości z karty katalogowej SX1262 nie da się na nią przenieść. Wynik zależy od ustawień LoRa, toru wejściowego i warunków pomiaru.

Zasilanie: 9–19 V i co najmniej 25 W

UWAGA: antenę przykręć przed włączeniem zasilania – praca bez anteny (albo bez obciążenia 50 Ω) może trwale uszkodzić urządzenie. Napięcie zasilania, także chwilowe, nie może przekroczyć 19 V, bo wyższe trwale uszkodzi płytę. Uruchamiaj ją na izolowanej powierzchni, żeby nic metalowego nie zwarło jej elementów.

G3 wymaga zasilania płyty głównej. Można wykorzystać złącze DC5521 z plusem w środku albo wejście USB-C PD z profilem 15 V. Producent wskazuje zakres 9–19 V dla wejścia DC i wymaga źródła o mocy co najmniej 25 W. Najwyższy poziom PA wymaga co najmniej 10 V.

Port USB-C na module sterującym służy tylko do komunikacji i wgrywania firmware – nie zasila urządzenia. Także podczas wgrywania firmware płyta główna musi być zasilana z zasilacza.

Przy przejściu z odbioru do nadawania zapotrzebowanie na energię gwałtownie rośnie. Zbyt słaby zasilacz albo przewód o dużej rezystancji może powodować spadki napięcia i niestabilną pracę.

Ile energii zużywa BQ Station G3?

Producent podaje typowy pobór mocy zestawu z modułem ESP32-S3. Nie zaznacza, przy jakim ustawieniu nadajnika mierzono nadawanie:

Nie są to stałe wartości dla każdego firmware i każdego ustawienia TX. Na zużycie energii wpływają także dodatki, aktywność interfejsów i dopasowanie anteny.

Sam pobór około 0,5 W podczas odbioru odpowiada mniej więcej 12 Wh na dobę. Do tego dochodzi energia zużywana podczas nadawania i straty układu zasilającego. To istotne przy projektowaniu instalacji solarnej. Akumulator i panel trzeba dobierać do zużycia energii w ciągu całej doby. Maksymalna moc nadajnika to tylko jeden ze składników tego bilansu.

Czujnik napięcia i prądu INA219

G3 ma układ INA219 do pomiaru napięcia i prądu. Obecność czujnika nie oznacza jednak, że każde firmware pokaże te dane w aplikacji lub telemetrii MeshCore. Potrzebna jest obsługa tego układu w konkretnym obrazie oprogramowania. Brak wskazania napięcia nie musi więc świadczyć o uszkodzeniu sprzętu.

Znaczenie ma również miejsce pomiaru. INA219 mierzy napięcie za diodą chroniącą przed odwrotnym podłączeniem zasilania. Spadek napięcia na tej diodzie (około 0,45–0,55 V) sprawia, że odczyt jest zwykle o około 0,5 V niższy od napięcia na wyjściu zasilacza.

INA219 nie zastępuje oscyloskopu. Nie pokaże wszystkich szybkich tętnień i krótkich spadków pojawiających się przy załączaniu nadajnika.

Do sprawdzenia zasilacza producent udostępnia testowe firmware i narzędzie w przeglądarce. Narzędzie wymusza nadawanie z maksymalną mocą i porównuje napięcie w spoczynku i podczas nadawania – różnica nie powinna przekraczać około 0,5 V. Test nadaje z pełną mocą, więc trzeba go przeprowadzić na sztucznym obciążeniu 50 Ω, bez anteny.

BQ Station G3 w sieci MeshCore

Firmware MeshCore wgrywa się przez przeglądarkę w MeshCore Web Flasher, wybierając urządzenie „UnitEng/BQ Voyage Station G3”. Dostępne role, na przykład repeater (węzeł przekazujący wiadomości dalej), zależą od obrazu firmware wybranego w tym narzędziu.

Podczas konfiguracji trzeba dobrać do lokalnej sieci częstotliwość, szerokość pasma, SF (współczynnik rozpraszania) i CR (stopień kodowania korekcyjnego). Ustawienia mocy nie wolno kopiować z innego urządzenia: wartość 22 dBm, czyli maksimum samego SX1262, w G3 na Level 1 daje około 2 W na złączu.

Podobna ostrożność dotyczy Wi-Fi, Bluetooth i pomiarów zasilania. To możliwości sprzętowe, których wykorzystanie zależy od oprogramowania. Zgodność części firmware Station G2 z G3 nie oznacza automatycznie obsługi wszystkich funkcji nowej płyty.

Co sprawdzić po uruchomieniu?

Warto zapisywać wyniki przed zmianą ustawień i po niej. Pozwala to oddzielić rzeczywistą poprawę od chwilowej zmiany warunków radiowych.

Płytkę montowaną na zewnątrz trzeba zamknąć w obudowie, która chroni ją przed wilgocią i zwarciem.

Dla kogo jest BQ Station G3

BQ Station G3 daje użytkownikowi dostęp do elementów, które w prostszych węzłach pozostają ustawione na stałe: poziomów PA, pracy LNA, modułu sterującego i zasilania. Dzięki temu można dopasować urządzenie do konkretnej instalacji. W jednym miejscu potrzebne będzie lepsze wykorzystanie słabych sygnałów, w innym ograniczenie przeciążenia odbiornika, a w kolejnym stabilne zasilanie podczas nadawania.

Wysoko zamontowana, dopasowana antena i spokojne otoczenie radiowe nadal mają duże znaczenie. Regulacje G3 pomagają dopracować połączenie, ale dobrze wybranego miejsca i anteny nie zastąpią.

Artykuł powstał na podstawie dokumentacji BQ Station G3 w wiki BQ Voyage i strony produktu w sklepie producenta. Limity mocy podajemy według zalecenia ERC/REC 70-03.

Aktualizacja 14.10.2026: ujednolicono nazwy produktów z nazewnictwem producentów.