لتحسين حساسية مستشعرات جودة المياه بتقنية LoRaWAN، يمكن إدخال تحسينات على تصميم الأجهزة، وتكوين المعلمات، ومعالجة الإشارات. وفيما يلي الطرق المحددة:

1. تحسين تصميم الأجهزة

استخدام مضخمات الضوضاء المنخفضة (LNA): تعمل مضخمات الضوضاء المنخفضة على تضخيم الإشارات قبل دخولها دائرة الاستقبال، مما يقلل من تداخل الضوضاء ويحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء. على سبيل المثال، يعمل جهاز إنترنت الأشياء الصناعي على تحسين توزيع كسب مضخم الضوضاء المنخفضة للحفاظ على خرج مستقر عبر نطاق ديناميكي يتراوح من -110 ديسيبل إلى -90 ديسيبل، مما يقلل معدل خطأ البت إلى أقل من 10⁻⁶.

اختيار هوائيات عالية الكسب: تعمل هذه الهوائيات على تحسين كفاءة إرسال واستقبال الإشارة، مما يوسع نطاق التغطية. على سبيل المثال، تحقق الأجهزة الطرفية المزودة بهوائيات حلقية تغطية إشارة أكبر بنسبة 22% مقارنةً بالهوائيات التقليدية في بيئات المباني المعقدة.

تحسين تصميم الهوائي: يقلل تصميم الهوائي الجيد من فقد الطاقة في المغذي ويعزز القدرة الإشعاعية الفعالة. على سبيل المثال، يمكن لتقنية الهوائيات المطبوعة ثلاثية الأبعاد أن تزيد القدرة الإشعاعية الفعالة بنسبة 8-10%.

استخدام تقنية استقبال التنوع متعدد الهوائيات: تستقبل هذه التقنية الإشارات عبر هوائيات متعددة، ثم تجمع هذه الإشارات لتحسين حساسية الاستقبال. على سبيل المثال، في معيار IEEE 802.15.4-2020، يمكن لتقنية استقبال التنوع متعدد الهوائيات تحسين حساسية الاستقبال إلى -125 ديسيبل ميلي واط.

2. ضبط معلمات الاتصال بشكل صحيح

ضبط عامل الانتشار: كلما زاد عامل الانتشار، زادت حساسية الاستقبال. مع ذلك، قد يؤدي رفع عامل الانتشار إلى انخفاض معدل نقل البيانات، لذا ينبغي الموازنة بين الأمرين بناءً على سيناريو التطبيق الفعلي.

تحسين عرض النطاق الترددي: يؤدي تقليل عرض النطاق الترددي إلى تحسين حساسية الاستقبال، ولكنه يقلل أيضًا من معدل نقل البيانات. عمليًا، يُنصح بضبط عرض النطاق الترددي من خلال الاختبارات الميدانية لتحقيق أداء اتصال مثالي مع الحفاظ على الحد الأدنى من نسبة الإشارة إلى الضوضاء.

اختيار القناة الديناميكي: يتم إجراء تقييمات منتظمة لجودة القناة لاختيار القنوات بشكل ديناميكي بنسبة إشارة إلى ضوضاء (SNR) ≥8 ديسيبل، وتجنب تلك التي بها تداخل عالٍ لتعزيز حساسية الاستقبال.

3. تحسين خوارزمية معالجة الإشارات

خوارزمية تصحيح الأخطاء الأمامية (FEC): تقوم خوارزمية FEC بتشفير البيانات في جهاز الإرسال وفك تشفيرها في جهاز الاستقبال لتصحيح أخطاء الإرسال، مما يُحسّن قدرة الإشارة على مقاومة التداخل ويعزز حساسية الاستقبال بشكل غير مباشر. على سبيل المثال، يؤدي ترقية ترميز القناة من CRC-16 إلى CRC-24 إلى زيادة معدل تصحيح أخطاء البت من 10⁻⁴ إلى 10⁻⁶.

يتم تطبيق تقنية التعديل والترميز التكيفي (AMC): حيث تقوم هذه التقنية بتعديل ترتيب التعديل ونظام الترميز ديناميكيًا وفقًا لمعلومات حالة القناة. فعندما تكون حالة القناة جيدة، يتم اعتماد نظام تعديل وترميز عالي السرعة؛ أما عندما تكون حالة القناة سيئة، فيتم اعتماد نظام تعديل وترميز منخفض السرعة وعالي الموثوقية لتحسين حساسية الاستقبال وكفاءة نقل البيانات.