Para aumentar a sensibilidade dos sensores de qualidade da água LoRaWAN, podem ser feitas melhorias no projeto do hardware, na configuração dos parâmetros e no processamento do sinal. Os métodos específicos são os seguintes:

1. Otimizar o projeto de hardware

O uso de amplificadores de baixo ruído (LNA): Os LNAs amplificam os sinais antes que entrem no circuito receptor, reduzindo a interferência de ruído e melhorando a relação sinal-ruído. Por exemplo, um dispositivo IoT industrial otimiza a alocação de ganho do LNA para manter uma saída estável em uma faixa dinâmica de -110 dBm a -90 dBm, reduzindo efetivamente a taxa de erro de bit para menos de 10⁻⁶.

Seleção de antenas de alto ganho: Essas antenas melhoram a eficiência de transmissão e recepção do sinal, expandindo assim a cobertura. Por exemplo, dispositivos terminais equipados com antenas de anel alcançam um raio de cobertura de sinal 22% maior em comparação com antenas de patch tradicionais em ambientes complexos de edifícios.

Otimização do layout da antena: Um layout de antena bem projetado reduz as perdas no cabo de alimentação e aumenta a potência irradiada efetiva. Por exemplo, a tecnologia de antenas impressas em 3D pode aumentar a potência irradiada efetiva em 8% a 10%.

Utilize a tecnologia de recepção com diversidade de múltiplas antenas: essa tecnologia recebe sinais por meio de múltiplas antenas e, em seguida, combina esses sinais para melhorar a sensibilidade de recepção. Por exemplo, no padrão IEEE 802.15.4-2020, a tecnologia de recepção com diversidade de múltiplas antenas pode melhorar a sensibilidade de recepção para -125 dBm.

2. Configure corretamente os parâmetros de comunicação.

Ajuste o fator de dispersão: quanto maior o fator de dispersão, maior a sensibilidade de recepção. No entanto, aumentar o fator de dispersão também pode reduzir a taxa de transmissão de dados, portanto, é necessário encontrar um equilíbrio com base no cenário de aplicação específico.

Otimização da largura de banda: A redução da largura de banda melhora a sensibilidade de recepção, mas também diminui a taxa de transmissão de dados. Na prática, ajuste a largura de banda por meio de testes de campo para obter o desempenho de comunicação ideal, mantendo a relação sinal-ruído mínima.

Seleção dinâmica de canais: Avaliações regulares da qualidade dos canais são realizadas para selecionar dinamicamente canais com uma relação sinal-ruído (SNR) ≥8dB, evitando aqueles com alta interferência para aumentar a sensibilidade de recepção.

3. Otimização do algoritmo de processamento de sinais

Algoritmo de Correção de Erros Direta (FEC): O algoritmo FEC codifica os dados no transmissor e os decodifica no receptor para corrigir erros de transmissão, melhorando assim a capacidade de anti-interferência do sinal e, indiretamente, aumentando a sensibilidade de recepção. Por exemplo, a atualização da codificação de canal de CRC-16 para CRC-24 aumenta a taxa de correção de erros de bit de 10⁻⁴ para 10⁻⁶.

A Modulação e Codificação Adaptativas (AMC) são implementadas: a AMC ajusta dinamicamente a ordem de modulação e o esquema de codificação de acordo com as informações do estado do canal. Quando as condições do canal são boas, adota-se um esquema de modulação e codificação de alta taxa; quando as condições do canal são ruins, adota-se um esquema de modulação e codificação de baixa taxa e alta confiabilidade para melhorar a sensibilidade de recepção e a eficiência da transmissão de dados.