lolra

ฮ่าๆ

ส่งเฟรม LoRa 900MHz ได้ไกลอย่างน่าประหลาดใจโดยไม่ต้องใช้วิทยุ (และเครื่องมือควบคุมวิทยุอื่นๆ ที่ใช้ ADC, PWM และบัส I2S/SPI) รวมถึงการส่งข้อมูล RF อื่นๆ รวมถึงการรับสัญญาณ RF (แม้ว่าจะไม่ใช่ตัวรับ LoRa ก็ตาม)

หากคุณกำลังมองหาวิทยุพูดคุยของไมโครคอนโทรลเลอร์ Hackaday 2024 คุณสามารถคลิกที่นี่

หากคุณกำลังมองหาสินค้า LoLRa (เช่น เสื้อยืด ฯลฯ) คลิกที่นี่

• ภาพรวมเบื้องต้นและการซื้อคืน
• โลรา
  • บทนำ (LoRa)
  • พื้นหลัง
  • โลราวัน
  • ข้อจำกัด
  • การทำงานในอนาคต
  • ทรัพยากร
  • ขอขอบคุณเป็นพิเศษ
  • การทดสอบช่วง

บันทึก

1. โค้ดบางส่วนใน repo นี้อยู่ภายใต้ใบอนุญาตที่หลากหลาย และไม่สามารถรวมเข้ากับไลบรารีอื่น ๆ ได้เล็กน้อย รวมถึงไฟล์บางไฟล์ที่มีใบอนุญาตการฝึกอบรมแบบ no-ai สำหรับส่วนใด ๆ เฉพาะ RF ของโครงการ โปรดใช้ความระมัดระวังเมื่อใช้โค้ดจาก repo นี้ ดู สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม
2. LoRa® และ LoRaWAN® Mark และโลโก้ LoRa เป็นเครื่องหมายการค้าของ Semtech Corporation
3. LoLRa ไม่เกี่ยวข้องกับ Semtech แต่อย่างใด
4. การซื้อคืนนี้ออกแบบมาเพื่อใช้กับ ITU ภูมิภาค 2 (ทวีปอเมริกา) ที่กำหนดเป้าหมายไว้ที่ 902-928MHz จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงรหัสเพื่อใช้ในภูมิภาค 1 (สหภาพยุโรป รัสเซีย แอฟริกา) เพื่อกำหนดเป้าหมาย 863-870MHz หรือภูมิภาค 3 (ออสเตรเลีย จีน อินเดีย) เพื่อกำหนดเป้าหมาย 920-923MHz

คำเตือน

เนื่องจากเราอาศัยฮาร์โมนิคและนามแฝง ส่วนประกอบความถี่หลักที่ปล่อยออกมาจากไมโครคอนโทรลเลอร์ของคุณจะอยู่ในส่วนหนึ่งของสเปกตรัม RF ที่การส่งสัญญาณ RF ถูกห้าม โปรดกรองเอาต์พุตของคุณหรือทำการทดสอบในพื้นที่ที่คุณไม่น่าจะรั่วไหลของ RF ที่มีนัยสำคัญ เอาต์พุต EIRP โดยรวมมีแนวประเภท ≪300uW ทั่วทั้งสเปกตรัมที่กระจายออกไปในความถี่การแผ่รังสีหลายร้อยความถี่ แต่แทบไม่มีทางที่อุปกรณ์ที่จงใจส่งสัญญาณบนความถี่เหล่านี้จะสามารถผ่านการปฏิบัติตามข้อกำหนดของ FCC ตอนที่ 15 ได้ แม้ว่าจะผ่านการกรองแล้วก็ตาม

บทนำและภาพรวม Repo

ฉันหลงใหลในการส่งและรับสัญญาณวิทยุจากไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ไม่มีฮาร์ดแวร์วิทยุโดยเฉพาะมาโดยตลอด repo นี้ทำหน้าที่เป็นภาพรวมของหลายโครงการที่ฉันได้ทำเพื่อทำการถอดรหัสนี้ พร้อมด้วยโค้ดตัวอย่าง (แม้ว่าบางส่วนจะได้รับอนุญาตอย่างจำกัด)

โดยทั่วไป repo จะแบ่งออกเป็นหลายโครงการ แต่แบ่งตามประเภทอุปกรณ์

• ch32v (หมายเหตุ ตัวอย่างทั้งหมดต้องใช้คริสตัลออสซิลเลเตอร์ 8MHz (v203) หรือ 24Mhz (v003))
  • หมายเหตุทั่วไป: จอแสดงผล OLED ทั้งหมดที่ใช้ในที่นี้คือจอแสดงผล OLED โหมด SPI ขนาด 128x128
  • ch32v003-adcrx - พิมพ์ค่าการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสสำหรับการรับสัญญาณที่อัตราตัวอย่าง 1/4 หรือฮาร์โมนิกของสัญญาณดังกล่าว โดยเฉพาะสิ่งนี้ได้รับการปรับแต่งเพื่อรับ CW บนความถี่พลเมืองโดยเฉพาะ 27.000050 MHz
  • ch32v003-lora - การส่งข้อความ LoRa สำเร็จ (แต่แย่มาก) ด้วย ch32v003
  • ch32v003-timer - ความพยายามที่จะใช้การแยกสัญญาณ PWM แบบไม่ตารางเพื่อส่งสัญญาณวิทยุ FM และ/หรือ 315MHz สิ่งนี้ทำงานได้ไม่ดีนัก แต่รวมไว้เป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับการพยายามทำ RF ใน 003
  • ch32v003-txrx - กำลังพยายามส่งจาก 003 หนึ่งไปยังอีก 003 ที่ได้รับ สิ่งนี้ทำงานได้ไม่ดี - เพียงประมาณ 1 '
  • ch32v203-adcrx - การถอดรหัสการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสขั้นพื้นฐานมากบน ch32v203
  • ch32v203-fft - ดำเนินการ FFT บนหน้าต่างเล็กๆ ของตัวอย่างบน ch32v203 สิ่งนี้จะส่งออกไปยังจอแสดงผล OLED แม้ว่าจะไม่สามารถติดตามแบบเรียลไทม์ได้ นอกจากนี้ยังอาศัย fix_fft.h (ซึ่งไม่สามารถแจกจ่ายกับโปรเจ็กต์นี้ได้เนื่องจากขาดใบอนุญาต
  • ch32v203-goertzel - ทำการปรับแต่ง goertzel เต็มรูปแบบบนสัญญาณ ADC ขาเข้าเพื่อให้สามารถฟังสถานีวิทยุ AM และ NBFM หลายสถานีจากพิน ADC
    • lib/calculator.html - หน้าเว็บที่สามารถใช้ webhid กับ ch32v203-goertzel
  • ch32v203-lora - การส่งแพ็กเก็ต LoRaWAN ที่เหมาะสม (จากการทดสอบที่สรุปไว้ด้านล่าง)
  • ch32v203-tx - การทดสอบขั้นพื้นฐานมาก ตั้งค่าให้เปิด PWM บน ch32v203
• อีเอสพี32-s2
  • loratest - โปรโตคอลแบบเต็มสำหรับการส่งข้อความ LoRa จาก esp32-s2 (จากการทดสอบช่วง)
  • แคบ_fsk_test - การทดสอบขั้นพื้นฐานมากโดยใช้ไดเทอร์ริ่งและ PLL ใน esp32-s2 เพื่อดูว่าการควบคุมที่แคบ/แคบเป็นไปได้ด้วย esp32-s2 เพียงใด สิ่งนี้ไม่ได้ทำการวนรอบแบบปิดแบบ dithered แต่จะเพิ่มได้ไม่ยากนัก
  • videoending - กลไกในการอนุญาตให้ ESP32-S2 ไปที่ FSK กระโดดไปรอบ ๆ เพื่อวาดภาพในสเปกโตรแกรม ใช้สำหรับตอนจบของวิดีโอ
• เอสพี8266
  • example_125k_raw - การส่งข้อความ LoRa แบบกว้าง 125kHz
  • example_500k_raw - การส่งข้อความ LoRa แบบกว้าง 500kHz
  • lorawan_example - การใช้บัส I2S บน ESP8266 เพื่อส่งข้อความ LoRaWAN แบบเต็มสแต็กไปยังเครือข่าย Things
  • non_lora_310_transmit - ตัวอย่างวิธีการส่ง 310MHz OOK ด้วย ESP8266
• lib
  • aes-cbc-cmac.h - ไลบรารีส่วนหัวโดเมนสาธารณะ RFC4493 AES-CMAC เท่านั้น
  • LoRa-SDR-Code.h - MIT (ไม่จำกัด) รหัสลิขสิทธิ์เพื่อสร้างแพ็กเก็ต LoRa
  • lorawan_simple.h - MIT (ไม่จำกัด) รหัสลิขสิทธิ์เพื่อสร้างแพ็กเก็ต LoRaWAN
  • rf_data_gen.h - ฟังก์ชันตัวช่วยสำหรับการช่วยสร้างตารางบิตสำหรับเอาท์พุต I2S/SPI ของสัญญาณที่สร้างขึ้นอย่างระมัดระวัง
  • Tiny-AES-ch - ไลบรารีการเข้ารหัส/ถอดรหัส AES ที่เป็นสาธารณสมบัติ
• เครื่องมือ
  • 60-rtlsdr.rules - สร้างเพื่อให้คุณสามารถใช้ airspy จาก Linux ในฐานะผู้ใช้ได้
  • complex_magsink_to_image.c - สร้างมุมมองน้ำตกที่มีความละเอียดสูงเป็นพิเศษ (ในโดเมนเวลา)
  • testloradec.grc - การใช้ gr_lora exmaple เพื่อถอดรหัส LoRa ใน GNURadio

บทนำ (LoRa)

การส่ง LoRa เฟิร์มแวร์เท่านั้นสำหรับโปรเซสเซอร์ที่หลากหลาย ส่งแพ็กเก็ต LoRa โดยไม่ต้องใช้วิทยุ ชิป ฮาร์ดแวร์ภายนอก หรือวิทยุในตัวเลยบนโปรเซสเซอร์ทั่วไปที่มีราคาไม่แพงหลากหลาย แม้ว่าพื้นที่เก็บข้อมูลนี้จะไม่ได้มีปัญหามากนัก แต่พื้นที่เก็บข้อมูลนี้แสดงให้เห็นว่าการใช้ shift register (เช่น พอร์ต I2S หรือ SPI) หรือ APLL ช่วยให้คุณสามารถส่งแพ็กเก็ต LoRa ที่สามารถถอดรหัสได้โดยการค้าจากเกตเวย์ LoRa และชิปอื่นๆ ที่มีจำหน่ายทั่วไป

มีสองโหมดหลักที่พื้นที่เก็บข้อมูลนี้ใช้งานได้

1. การส่งสัญญาณโดยใช้ PLL ที่ปรับได้ สร้างคลื่นสี่เหลี่ยม จากนั้นใช้ฮาร์มอนิก (ฮาร์มอนิกที่ 13 ในกรณีของ ESP32-S2) จากนั้นส่งสัญญาณออกที่พินสัญญาณนาฬิกาออก
2. การสังเคราะห์โดยตรงบนบิตสตรีม ซึ่งเป็นวิธีการที่หลากหลายกว่ามากซึ่งสามารถทำงานกับไมโครคอนโทรลเลอร์จำนวนมากมายได้ สิ่งนี้จะสร้างภาพของบิตสตรีมที่ต้องการที่ความเร็ว 900 MHz แม้ในสถานการณ์ที่บิตสตรีมเองอาจมีค่าต่ำถึง 7.2 MSPS ก็ตาม แต่สำหรับแพลตฟอร์มส่วนใหญ่ ฉันกำหนดเป้าหมายไว้ระหว่าง 24 ถึง 173 MSPS

คลิกด้านล่างเพื่อดูเวอร์ชันวิดีโอ Youtube ของหน้านี้:

พื้นหลัง

คลื่นสี่เหลี่ยมและรูปภาพ

เมื่อใดก็ตามที่สัญญาณเปลี่ยนสถานะจากต่ำไปสูงหรือสูงไปต่ำ จะเกิดการรบกวนในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่รอบๆ สายนั้น เวลาใดก็ได้ ความแตกต่างก็คือ คุณในฐานะวิศวกรจะกลัวมัน บีบมันเดินเตาะแตะ กลัว EMI ใดๆ ก็ตามที่มันอาจก่อให้เกิด หรือคุณจะคว้าวัวด้วยเขาของมันแล้วปล่อยสัญญาณที่ประดิษฐ์ขึ้นอย่างมีฝีมือ หลักการสำคัญที่คุณจะต้องเข้าใจคือ:

• การแผ่คลื่นที่เกิดขึ้นจริงนั้นเกิดจากส่วนประกอบความถี่หลายอย่างที่ความถี่และเฟสต่างกัน คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ได้ในบทความ wolfram หรือวิดีโอ 3Brown1Blue นี้

• คลื่นไซน์บริสุทธิ์มีเพียงคลื่นเอาท์พุตหลักในพื้นที่ความถี่เท่านั้น

• คุณสามารถสร้างโทนความถี่สูงได้โดยการสร้างโทนความถี่ต่ำ (ในภาพคือฮาร์มอนิกลำดับที่ 13 ที่สัญญาณ 69.420MHz)

• คุณสามารถกระจายสัญญาณไปยังพื้นที่สเปกตรัมได้โดยการสแกนระหว่างความถี่ (มีวิธีอื่น แต่นั่นไม่ใช่ LoRa)

• คลื่นสี่เหลี่ยมจริงๆ แล้วเป็นความถี่ "ฮาร์มอนิกคี่" หลายความถี่ที่รวมเข้าด้วยกัน

• สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าความถี่ไมโครราคาถูกอื่นๆ จำนวนมากจะตัดความถี่สูงค่อนข้างเร็ว

หลักการที่สองคือการผสมสัญญาณ หากคุณสร้างสัญญาณ จากนั้น "มิกซ์" กับความถี่สูง คุณจะได้ "ภาพ" ล้อมรอบความถี่สูงนั้น การผสมสามารถทำได้โดยใช้ไดโอด อุปกรณ์ RF พิเศษ หรือแม้แต่การสุ่มตัวอย่าง เหมือนกับที่ทำโดยใช้ชิฟต์รีจิสเตอร์ โดยส่งออกบิตในอัตราคงที่

บัดนี้ความอัศจรรย์ที่แท้จริงเกิดขึ้นเมื่อคุณตระหนักว่าหลักการทั้งสองนี้ทำงานร่วมกันได้จริง คุณจะได้ภาพที่แถบฐาน ซึ่งเป็นภาพที่สะท้อนรอบๆ ความถี่การสุ่มตัวอย่าง จากนั้นประมาณ ×3 ของความถี่การสุ่มตัวอย่าง คุณจะได้ภาพอีก 2 ภาพ ไปข้างหน้าและย้อนกลับ และ ×5 และ ×7 เป็นต้น

ด้วยสิ่งนี้ ด้วยนาฬิกาที่แม่นยำเพียงพอ เราจึงสามารถสร้างความถี่ใดก็ได้ที่เราต้องการโดยพลการ โดยมีแบนด์วิธเหลือเพียงพอบน GPIO ของไมโครของเราในการสร้าง แม้ว่าสัญญาณ "จริง" ที่เรากำลังสร้างจะมีความถี่ต่ำกว่ามาก .

หมายเหตุด้านข้าง: ออสซิลเลเตอร์ RC/RLC เทียบกับออสซิลเลเตอร์คริสตัล

ออสซิลเลเตอร์ภายในในไมโครคอนโทรลเลอร์ไม่เพียงแต่ไม่ถูกต้องเท่านั้น แต่ยังมีความกระวนกระวายใจในความถี่อีกด้วย คุณอาจคิดว่านี่เป็นผลลบ แต่ในความเป็นจริงแล้ว การใช้ออสซิลเลเตอร์ภายในที่สร้างไว้ในไมโครสามารถช่วยชีวิตคุณได้ โดยทำให้คุณผ่าน EMI/EMC ได้ เนื่องจากออสซิลเลเตอร์ภายในไม่เพียงแต่ไม่แม่นยำเท่านั้น แต่ยังมีความกระวนกระวายใจอีกด้วย มันป้องกันฮาร์โมนิคของความถี่แต่ละความถี่ที่สูงกว่าในสเปกตรัม เนื่องจากอัตรานาฬิกาเคลื่อนไปรอบๆ อย่างแรง

คริสตัลเอาท์พุต:

เอาท์พุท RC:

สัญญาณ LoRa (การดู 40,000')

ดูเนื้อหาสำคัญเกี่ยวกับวิธี การทำงานของสัญญาณ LoRa ได้ที่ ส่วนด้านล่าง หรือสิ่งที่ปริญญาเอกคนอื่นๆ บนอินเทอร์เน็ตไม่เคยเต็มใจที่จะบอกคุณเกี่ยวกับเรื่องนี้

โดยทั่วไป LoRa ทำงานในสเปกตรัม 433MHz หรือ 900MHz ซึ่งโดยปกติจะใช้ช่องสัญญาณ 125kHz โดยหลักการแล้ว LoRa จะสร้างเสียงร้องโดยเริ่มต้นที่ความถี่หนึ่ง 62.5kHz ต่ำกว่าศูนย์กลางช่องสัญญาณ จากนั้นในช่วงเวลาสั้นๆ (1.024uS ที่ SF7) โทนเสียงจะคืบคลานสูงถึง 62.5kHz เหนือศูนย์กลางช่องสัญญาณ

แม้ว่า LoRa จะสามารถใช้ได้กับความกว้างของช่องสัญญาณที่แตกต่างกันมากมาย แต่ทั้ง 125kHz และ 500kHz ก็ได้รับการรองรับเป็นอย่างดี ในขณะที่ความกว้างของช่องสัญญาณอื่นๆ ไม่สามารถกำหนดค่าได้ด้วยเราเตอร์เช่น LR9

แผนภาพนี้แสดงความถี่บนแกน X และเวลาบนแกน Y (บนลงล่าง)... คุณสามารถดู:

• เอาท์พุต ของเรา บนแพลตฟอร์ม เช่น CH32V203 นั้นไม่สมบูรณ์แบบ นั่นเป็นเพราะว่าบัส SPI บน CH32V203 เกิดข้อผิดพลาดบางส่วนตรงนี้และตรงนั้น ซึ่งจะทำให้รูปภาพอื่นๆ อ่อนแอลงในเอาต์พุต แต่ส่วนใหญ่แล้วเราสามารถผลิตแพ็กเก็ต LoRa ที่ถูกต้องและอ่านได้อย่างสมบูรณ์ (ในระยะไกล)
• LoRa ประกอบด้วยเสียงร้องหลายเสียงในคำนำ
• ℂ upchirps อีกสองตัวที่มีเฟสออฟเซ็ตระบุคำที่ซิงค์หากเราเลือก 0x43 (หรือ 0x34 ขึ้นอยู่กับ endian) สำหรับ upchirps ที่นี่ แพ็กเก็ตของเราจะถูกถอดรหัสและอาจส่งต่อโดยเกตเวย์ LoRa เชิงพาณิชย์
• 2.25 เสียงร้องดังขึ้น เสียงที่เกินมา .25 ทำให้เกิดความเจ็บปวด � (หน่วยลอจิคัลขั้นต่ำคือหนึ่งในสี่ของเสียงร้อง ไม่ใช่เสียงร้องทั้งหมด)
• จากนั้นเพย์โหลดที่แต่ละ upchirp จะถูกชดเชยด้วยเฟสเพื่อถ่ายทอดข้อมูล ใน

หน้าต่างสำหรับเสียงร้องดังๆ นั้นมีความเสถียรโดยขึ้นอยู่กับปัจจัยการแพร่กระจาย สำหรับแพ็กเก็ตด้านบน เมื่อใช้ SF7 จะใช้งานได้ 1,024us ต่อสัญลักษณ์ หรือสำหรับ SF8 จะใช้ 2,048us ต่อสัญลักษณ์ แต่ละสัญลักษณ์/เสียงร้องสามารถแทนจำนวนบิต โดยการชดเชยเฟส

"เฟส" ดิบของเสียงร้องจะมีรหัสสีเทาเพื่อกระจายข้อผิดพลาดบิตระหว่างบิตไปยังเลเยอร์ที่สูงขึ้นของกระบวนการได้ดียิ่งขึ้น ตัวอย่างเช่น หากคุณละเลยเฟสที่คุณเชื่อว่ามีเสียงร้องอยู่ เฟสนั้นอาจเกินขอบเขตจาก 0b1111 และ 0b10000 และจะทำให้เกิดข้อผิดพลาด 5 บิต ด้วยการเข้ารหัสสีเทา จะช่วยลดข้อผิดพลาดบิตที่เกิดจากเฟสแบบออฟไลน์หรือแม้แต่เฟสบางส่วนให้เหลือน้อยที่สุด

หลังจากที่บิตสตรีมแบบดิบนี้ถูกถอดรหัสจากเสียงเจี๊ยบแต่ละตัวและโค้ด de-grey (ดู encodeHamming84sx ) ใน LoRa-SDR-Code.h จากนั้นเราจะย้าย/แทรกบิตเพื่อให้สัญลักษณ์ใด ๆ ที่สามารถถูกนำออกมาได้ (ดู diagonalInterleaveSx ) ไปที่ กระจายข้อผิดพลาดออกไปเพื่อให้สามารถกู้คืนสัญลักษณ์ที่หายไปและทำให้ขาวขึ้นได้ (ฉันเชื่อว่านี่เป็นขั้นตอนที่ไร้ค่าจริงๆ ในโปรโตคอลนี้ โปรดแก้ไขฉันด้วยหากฉัน ผิด) ดู Sx1272ComputeWhitening การฟอกสีฟันด้านบนเป็นชั้นการแก้ไขข้อผิดพลาดเพื่อช่วยแก้ไขข้อผิดพลาดบิตใด ๆ ที่อาจเกิดขึ้นที่ชั้นล่าง (ดู encodeFec )

โดยรวมแล้วข้อความจะมีส่วนหัวและเพย์โหลด โปรดทราบว่าการดำเนินการนี้อาจยุ่งยากเล็กน้อย เนื่องจากบางครั้งส่วนหัวใช้การตั้งค่าการเข้ารหัสที่แตกต่างจากเพย์โหลด และนั่นมัน

เมื่อคุณสร้างแพ็กเก็ตที่มีรูปแบบถูกต้องแล้ว คุณสามารถเข้ารหัสเป็นเสียงร้องและส่งออกไปทางสายได้

ดูรายละเอียดเพิ่มเติมของระเบียบการได้ ที่นี่ สำหรับมุมมองทางวิชาการเพิ่มเติม และที่นี่ สำหรับตัวอย่างที่ดีกว่า (แม้ว่าฉันจะพบปัญหาบางประการเกี่ยวกับความถูกต้อง/ความชัดเจนของเอกสารทั้งสองฉบับแล้ว)

เริ่มโครงการ

ฉันเริ่มโปรเจ็กต์ด้วย ESP32-S2 เพื่อดูว่าฉันสามารถส่งสัญญาณโดยใช้ APLL ในตัวและกำหนดเส้นทางนาฬิกา APLL/2 ผ่าน IOMUX ได้หรือไม่ และคำตอบก็คือฉันทำได้ เนื่องจากสิ่งนี้สร้างคลื่นสี่เหลี่ยมธรรมดา และคลื่นสี่เหลี่ยมมีฮาร์โมนิคที่ F×3, F×5, F×7 ฯลฯ... ขึ้นไปตามสเปกตรัม ถ้าฉันตั้งค่า APLL เป็น 139.06 MHz มันจะเอาท์พุต 69.53MHz ฮาร์มอนิกที่ 13 คือ 903.9 MHz หรือช่อง LoRa 125kHz แรก จากนั้นโดยการปรับบิตควบคุม PLL ที่มีนัยสำคัญน้อยที่สุด เราสามารถปรับได้จาก 903.9 MHz - 62.5kHz ถึง 903.9 + 62.5kHz โดยการปรับ APLL เป็น 139.06 MHz - 9.62kHz ถึง 139.06 MHz + 9.62 kHz สิ่งนี้ช่วยให้เราสร้างเสียงร้องเจี๊ยก ๆ ของ LoRa และนี่คือสิ่งที่ได้รับอย่างแน่นอน!

ESP32-S2 ยังมีเคล็ดลับอีกอย่างหนึ่งคือ GPIO mux สามารถส่งสัญญาณออกหรือผกผันของสัญญาณนั้นได้ ด้วยวิธีนี้เราจึงสามารถสร้างสัญญาณ 139.06MHz ที่แตกต่างกันออกไป โดยเพิ่มกำลังขับขึ้น 3dB!

อย่างไรก็ตามมีปัญหากับ ESP32-S2 โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่:

1. APLL ค่อนข้างหยาบเนื่องจากโดยพื้นฐานแล้วมันเป็นอุปกรณ์อะนาล็อกและพยายามดิ้นรนที่จะควบคุมสัญญาณเอาท์พุตอย่างเข้มงวด
2. ผลลัพธ์ของมันดูผิดปกติมากและเป็นสิ่งที่จำกัดประสิทธิภาพของการส่งเฟรม
3. เนื่องจากทำงานที่โหนด F-13 จึงจำเป็นต้องทำงานบนหน้าต่างที่เล็กมาก ±9.62 kHz ซึ่งค่อนข้างท้าทาย

นอกจากนี้ มีโปรเซสเซอร์เพียงไม่กี่ตัวเท่านั้นที่มี APLL ดังนั้นแม้จะประสบความสำเร็จอย่างรวดเร็วนี้ ฉันจึงตัดสินใจก้าวไปสู่...

การสังเคราะห์บิตสตรีมโดยตรง

เมื่อหลายปีก่อน ฉันได้ทำโปรเจ็กต์หลายโปรเจ็กต์ที่ใช้การสังเคราะห์บิตสตรีมโดยตรงเพื่อทำบางสิ่ง เช่น การออกอากาศโทรทัศน์ NTSC สี RF ทางช่อง 3 ด้วย ESP8266 หรือใช้แพ็กเก็ตอีเธอร์เน็ตเพื่อส่งวิทยุ AM เคล็ดลับอย่างหนึ่งก็คือ ถ้าคุณส่งบิตสตรีมออกไปบน SPI หรือ I2S shift register มันจะทำให้เกิดนามแฝงที่อัตราตัวอย่าง โดยที่ภาพที่ F×3, F×5, F×7 ฯลฯ แต่ที่เรียบร้อย ส่วนหนึ่งคือรักษาขนาด/รูปร่างของรูปคลื่นที่ส่งที่ภาพ/นามแฝงตามสเปกตรัม สำหรับช่อง 3 สัญญาณ 65MHz จะถูกสะท้อนรอบอัตราการสุ่มตัวอย่าง 40MHz Harry Nyquist สามารถไปกัดมะนาวได้

เทคนิคนี้ให้ความเที่ยงตรงอย่างไม่น่าเชื่อแม้ในสถานการณ์ที่ย่ำแย่อย่างยิ่ง โดยไม่ได้ตั้งใจ คุณสามารถสร้างสัญญาณที่แม่นยำอย่างน่าประหลาดใจได้จากทุกที่ที่คุณคาดหวัง

มีหลายวิธีในการบรรลุเป้าหมายนี้ แต่โดยทั่วไปแล้วจะง่ายที่สุดเมื่อใช้ shift register shift register แบบนั้นใน I2S หรือ SPI บัส และหากคุณใช้ DMA คุณสามารถป้อนข้อมูล shift register ได้อย่างง่ายดายโดยไม่ต้องปลุก CPU ทุกรอบ มีวิธีอื่นๆ อีก เช่น การสลับ IO โดยตรง หรือใช้ตัวจับเวลาเพื่อเปิดและปิด IO ในเวลาที่เหมาะสม แต่วิธีที่ง่ายที่สุดคือเขียนโค้ดเพื่อสร้างบิตสตรีมแล้วเลื่อนออก

สำหรับ shift register จะต้องพิจารณาบางประการ เช่น ตรวจสอบให้แน่ใจว่าค่า endianness และความกว้างบิต และการจัดเรียงหน่วยความจำนั้นถูกต้อง แต่โดยทั่วไปแล้ว คุณสามารถตามทันได้ และเว้นแต่จะมีความล่าช้า เช่น เวลาระหว่างแต่ละคำ โดยทั่วไปจะสามารถแสดงรูปแบบบิตบนเอาต์พุตที่จะถ่ายโอนและเลื่อนออกจากพินได้อย่างซื่อสัตย์เพียงพอ

"lohrcut" ที่อธิบายไว้ในวิดีโอเกี่ยวข้องกับการเขียนฟังก์ชันที่กำหนดแอมพลิจูดของสัญญาณเมื่อพิจารณาจากช่วงเวลาหนึ่ง ฟังก์ชันนี้สามารถกำหนดแอมพลิจูดของสัญญาณความถี่ที่สูงมาก จากนั้น อัตราตัวอย่างอาจเป็นอัตราตัวอย่างใดๆ ก็ตามที่สามารถทำได้ทางกายภาพที่มีอยู่ สิ่งนี้จะสร้างภาพของสัญญาณความถี่สูงที่สัญญาณความถี่ต่ำกว่ามาก โดยสร้างพลังงานออกมาระหว่าง 0 ถึง Fs/2

ข้อกังวลอีกประการหนึ่งคือแฟลช ในบางระบบเข้าถึงไม่สอดคล้องกันหรือทำงานได้ไม่ดีในบางความถี่ ในกรณีดังกล่าว เช่นเดียวกับใน ESP8266 ตารางจะต้องอ่านลงใน RAM และเล่นจากที่นั่น

โลราวัน

เฟรม LoRa ได้รับการห่อหุ้มอย่างสมบูรณ์ หากคุณต้องการเราสามารถหยุดที่นี่ได้ คุณสามารถใช้เกตเวย์เชิงพาณิชย์ได้ แต่หากไม่มี LoRaWAN เฟรมจะไม่สามารถส่งไปยังโบรกเกอร์เช่น The Things Network ได้ ตัวอย่างเช่น หากคุณใช้งานเกตเวย์ Raspberry Pi คุณสามารถยอมรับเฟรม LoRa เก่าใดก็ได้ที่คุณต้องการ แต่เราได้ก้าวไปอีกขั้นด้วยการช่วยให้แพ็กเก็ตถูกส่งต่อไปทั่วโลก LoRaWAN คือการเข้ารหัสแบบ "จากต้นทางถึงปลายทาง" โดยที่ไม่มีเพื่อนบ้านหรือเกตเวย์ใดของคุณที่สามารถอ่านข้อความได้ แม้ว่าจะเป็นเรื่องที่น่าสงสัยก็ตาม - Things Network สามารถอ่านข้อความของคุณได้เนื่องจากมีคีย์เข้ารหัส

ได้อย่างสะดวก คุณสามารถโทรหา GenerateLoRaWANPacket ใน lib/lorawan_simple.h จัดการการห่อหุ้มที่จำเป็นทั้งหมดได้ เพียงใช้ฟังก์ชันนี้เพื่อสร้างเฟรมของคุณและออกอากาศ!

เกตเวย์ LoRa

เราสามารถส่งข้อความเหล่านี้ได้ เย็น. แต่ตอนนี้เพื่อรับสิ่งเหล่านั้น เราจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ เช่น LILYGO® T-Beam Meshtastic หรือเกตเวย์ เช่น MikroTik LR9 อย่างหลังนี้น่าสนใจมากที่นี่ เนื่องจากมีการตั้งค่าเหล่านี้หลายพันแห่งทั่วโลก และเชื่อมต่อกับ The Things Network นั่นหมายความว่าถ้าเราส่งแพ็กเก็ต LoRaWAN ที่มีรูปแบบถูกต้องภายในระยะที่เกตเวย์ใดเกตเวย์เหล่านั้นได้ยิน เราก็จะได้เฟรมไปที่อื่นในโลกได้!

การตั้งค่าค่อนข้างตรงไปตรงมา คุณต้อง:

1. สร้างบัญชี (ฟรีสำหรับการใช้งานส่วนตัว/เชิงวิชาการ)
2. ไปที่คอนโซลของคุณ
3. สร้างแอปพลิเคชันใหม่
4. เพิ่มอุปกรณ์ใหม่
5. เลือก "ป้อนข้อมูลเฉพาะของอุปกรณ์ปลายทางด้วยตนเอง"
6. เลือกแผนความถี่ที่เหมาะสม หมายเหตุ: พื้นที่เก็บข้อมูลนี้ได้รับการออกแบบโดยใช้ US FSB 2 (ใช้โดย TTN)
7. ใช้ LoRaWAN 1.0.0
8. "แสดงการเปิดใช้งานขั้นสูง การตั้งค่าคลาส LoRaWAN และคลัสเตอร์"
9. เลือก "การเปิดใช้งานโดยการตั้งค่าส่วนบุคคล (ABP)"
10. สร้าง "ที่อยู่อุปกรณ์", "AppSKey" และ "NwkSKey"
11. เลือก "ลงทะเบียนอุปกรณ์ปลายทาง"
12. วางข้อมูลรับรองเหล่านี้ลงในไฟล์ภายใต้คำจำกัดความ LoRaWAN
13. คุณจะต้องไปที่อุปกรณ์ของคุณและ: เว้นแต่คุณจะสามารถรับประกันได้ว่าจะเพิ่ม ID เฟรม
14. เลือก "การตั้งค่าทั่วไป"
15. เลือก "เลเยอร์เครือข่าย"
16. เลือก "การตั้งค่า MAC ขั้นสูง"
17. เลือก "รีเซ็ตตัวนับเฟรม"

บันทึก

เรามุ่งเน้นเฉพาะเฟรม LoRa ที่รีเซ็ตตัวนับเฟรม อย่างไรก็ตาม หากคุณสามารถจัดเก็บ ID แพ็กเก็ตที่ส่งล่าสุดไปยังแฟลชแบบไม่ลบเลือนภายในส่วนของคุณ คุณสามารถหลีกเลี่ยงขั้นตอนนี้ได้ หากไม่มีสิ่งนี้ อุปกรณ์ของคุณจะถูกโจมตีซ้ำ

บันทึก

หากใช้ MikroTik LR9 ต้องแน่ใจว่าได้เปิดออกแล้วเสียบเสาอากาศภายใน จากโรงงานจึงจัดส่งเชื่อมต่อกับพอร์ตภายนอก

ข้อจำกัด

PR เปิดอยู่หากคุณเข้าใจสิ่งเหล่านี้! ฉันใช้เวลาทั้งหมดที่ฉันวางแผนไว้กับโปรเจ็กต์นี้ก่อนจะมาที่นี่

• SF <= 6, SF >= 11 ไม่พร้อมใช้งาน ฉันใช้เวลามากกว่า 10 ชั่วโมงในการพยายามคิดออกและยอมแพ้
• ดูเหมือนว่าจะมีบางอย่างไม่สมบูรณ์แบบสำหรับบางขนาด เช่นเดียวกับที่ฉันได้รับข้อผิดพลาด CRC ในบางที่โค้ดของฉัน "ควร" ใช้งานได้แต่ไม่ทำงาน
• ฉันไม่เคยได้รับ LDRO ทำงานอย่างถูกต้อง ฉันเชื่อว่ามันอาจจะเกี่ยวข้องกับ LoRa Code Word (นำหน้า 2 downchirps)
• SPI บน ch32v203 ยังคงไม่สมบูรณ์แบบ ฉันไม่สามารถทำให้เครื่องยนต์ I2S ทำงาน บางทีมันอาจจะไม่ทำงานบน ch32v203 ใช่ไหม
• ใบอนุญาตในโครงการนี้เป็นการผสมผสาน ฉันสนับสนุนให้ผู้คนใช้โครงการนี้เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับงานอื่น

การทำงานในอนาคต

สำหรับ LoRa โดยเฉพาะ คลื่นมีความประพฤติดีมาก และควรสร้างได้อย่างสมบูรณ์ด้วยวงจรจับเวลาได้ทันที และไม่ควรต้องมีการคำนวณล่วงหน้าใดๆ แต่ฉันยังไม่ได้ทำอะไรเลย สิ่งนี้จะทำให้ไม่จำเป็นต้องมีโต๊ะขนาดใหญ่สำหรับส่งเสียงร้องเจี๊ยก ๆ ลงในอุปกรณ์

ฉันยังต้องการลองทำโปรเจ็กต์นี้โดยใช้รูปแบบบิตที่ออกแบบตามความต้องการซึ่งสร้างขึ้นได้ง่ายยิ่งขึ้นในขณะเดินทาง นอกจากนี้ ขึ้นอยู่กับรหัสที่แน่นอนที่ใช้ (อาจเกิดจากการใช้เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับรหัสทอง) เราสามารถรับสัญญาณได้หลายสัญญาณด้วยรหัสเดียวกันทุกประการพร้อมกัน การทำเช่นนี้จะทำให้ค่อนข้างเหมาะสมที่จะใช้ "printf" บนไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ SDR กลางสามารถรับแบบไร้สายโดยมีพื้นที่โปรเซสเซอร์ (และประสิทธิภาพ) ต่ำมาก

นอกจากนี้ การเพิ่มตัวกรองอาจเป็นเรื่องสนุก หรืออาจลองสร้างตัวกรองลงใน PCB ที่ไม่มีส่วนประกอบใดๆ

นอกจากนี้ การลองสร้างเครื่องขยายสัญญาณ Class C สำหรับสัญญาณ 900MHz จะดีมาก นี่คงจะเจ๋งมากเพราะมันมีประสิทธิภาพ ราคาถูกอย่างเหลือเชื่อ และเรียบง่าย และยังให้เกนได้มากถึง 10-20dB!

การทดสอบช่วง

การทดสอบในเมืองดำเนินการในวันที่ 23-02-2024 ชานเมืองในวันที่ 26-02-2022 และการทดสอบในชนบทดำเนินการในวันที่ 27-02-2022

ช่วงเป็นช่วงสูงสุด การดำเนินการที่เชื่อถือได้สิ้นสุดลงเร็วกว่ามาก

สำหรับ TTGO Lora32 มีการเพิ่มเสาอากาศ +3dBi สำหรับ MikroTik LR9 จะใช้เสาอากาศภายใน

วันที่	ผู้ส่ง	ผู้รับ	เอสเอฟ/CR	บีดับเบิลยู	บันทึก	พิสัย	ค่าเฉลี่ย RSSI/SNR สิ้นสุด	พื้นฐาน
23-02-2024	CH32V203	ไมโครติ๊ก LR9	SF8/CR48	125	ดาวน์ทาวน์เบลล์วิว (ในเมือง)	435' 132ม	-98 / -9	พื้น
23-02-2024	CH32V203	ไมโครติ๊ก LR9	SF10/CR48	500	ดาวน์ทาวน์เบลล์วิว (ในเมือง)	435' 132ม	-90 / -18	พื้น
26-02-2024	CH32V203	ทีทีจีโอ ลอรา32	SF8/CR48	125	Miramont Park (ชานเมืองสว่าง + ป่า)	>576' >176ม	-134 / -12	พื้น
26-02-2024	CH32V203	ทีทีจีโอ ลอรา32	SF8/CR48	125	จุดเริ่มเส้นทางปูปู (ชนบท)	>1117' >340ม	-123 / -6	พื้น
26-02-2024	CH32V203	ทีทีจีโอ ลอรา32	SF8/CR48	125	ชานเมืองอิสซาควาห์ (+ต้นไม้เบา)	2200' 669ม	-133 / -10	พื้น
27-02-2024	CH32V203	ทีทีจีโอ ลอรา32	SF8/CR48	125	Meadowbrook (ชนบท) เสาอากาศสีแดงอีกต่อไป	2220' 677ม	-135 / -13	โดรน
27-02-2024	CH32V203	ทีทีจีโอ ลอรา32	SF10/CR48	500	Meadowbrook (ชนบท) เสาอากาศสีแดงอีกต่อไป	1752' 534ม	-132 / -16	โดรน
27-02-2024	CH32V203	ทีทีจีโอ ลอรา32	SF8/CR48	125	Meadowbrook (ชนบท) OVERVOLT 5V เสาอากาศยาวสีแดง	3996' 1218ม	-131 / -12	โดรน
27-02-2024	CH32V203	ทีทีจีโอ ลอรา32	SF8/CR48	125	Meadowbrook (ชนบท) เสาอากาศจับคู่ VNA สีเทา	2719' 829ม	-131 / -11	โดรน
27-02-2024	ESP8266 @ 80MHz	ทีทีจีโอ ลอรา32	SF8/CR48	125	Meadowbrook (ชนบท) เสาอากาศจับคู่ VNA สีเทา	2789' 850ม	-138 / -13	โดรน
27-02-2024	ESP8266 @ 173MHz	ทีทีจีโอ ลอรา32	SF7/CR48	125	Meadowbrook (ชนบท) เสาอากาศจับคู่ VNA สีเทา	2812' 857ม	-131 / -8	โดรน
27-02-2024	ESP32-S2 + ไบเทนน่า	ทีทีจีโอ ลอรา32	SF10/CR48	125	มีโดว์บรูค (ชนบท) (หมายเหตุ 1)	3428' 1044ม	-137 / -13	พื้น
27-02-2024	ESP32-S2 + ไบเทนน่า	ทีทีจีโอ ลอรา32	SF10/CR48	125	มีโดว์บรูก (ชนบท) มีฝนตกเล็กน้อย	>4895' >1492ม	-130 / -8	โดรน
27-02-2024	ESP32-S2 + ฟันเทนน่า	ทีทีจีโอ ลอรา32	SF10/CR48	125	ลำธารทุ่งหญ้า (ชนบท) มีฝนตกเล็กน้อย	705' / 215ม	-139 / -15	โดรน
27-02-2024	ESP32-S2 + ไบเทนน่า	ทีทีจีโอ ลอรา32	SF10/CR48	125	เส้นทาง Snoqualmie, สวนสุนัขไปยัง Ribary Creek (ชนบท) การเร่งรัดแสง	8460' / 2580ม	-141 / -16	โดรน

1. มีการทดสอบ ESP32-S2 + Bitenna ภาคพื้นดินสองรายการ สิ่งที่กล่าวถึงในวิดีโอไม่ได้บันทึกไว้ที่นี่ เนื่องจากฉันไม่ได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำ
2. การทดสอบ bitenna ESP32-S2 จะทำในลักษณะเสาอากาศไดโพลซึ่งเชื่อมต่อกับ GPIO ที่แตกต่างกันสองตัว โดยแต่ละอันจะตั้งค่าเป็นการกลับกันของอีกอัน
3. บน CH32V203 จะมีความแตกต่าง 60 uA ที่ 3.3V โดยมีการเปิด/ปิดเสาอากาศ (บางส่วนจะเป็นการโหลดแบบคาปาซิทีฟ / อุปนัย / สะท้อนกลับเนื่องจาก SWR) EIRP มี ค่าน้อย กว่านี้ โดยอิงตาม SWR ของเสาอากาศ แต่นี่คือการใช้พลังงานทั้งหมด ดังนั้นจึงอาจน้อยกว่า 120uW ของ EIRP

ทรัพยากร

ซอฟต์แวร์โลรา

• ไลบรารี C++ ฉันใช้ LoRa Frames เป็นหลัก
• ห้องสมุด gnuradio LoRa
• ห้องสมุด gnuradio LoRa อีกแห่ง
• GQRX
• กนูเรดิโอ
• เครื่องคำนวณอัตราการรับส่งข้อมูล LoRa << อย่าลืมเลือกแบนด์วิดท์ 125 หรือ 500k แบนด์วิดท์เริ่มต้นไม่มีประโยชน์

เอกสารและทรัพยากรอื่นๆ

• การแนะนำ LoRa ที่ยอดเยี่ยม
• กระดาษที่มีพื้นฐานมากขึ้นเกี่ยวกับ LoRa
• การย้อนกลับ LoRa โดย Matt Knight
• บทความวิชาการเกี่ยวกับ LoRa
• มาถึงความสนใจของฉันหลังจากที่ฉันเผยแพร่ ทุกอย่างมีด้านแย่และด้านดี: การเปลี่ยนโปรเซสเซอร์เป็นวิทยุเหนือศีรษะต่ำโดยใช้ช่องด้านข้าง บรรลุสิ่งที่คล้ายกับสิ่งนี้มากด้วย Arduino!

ทรัพยากรซอฟต์แวร์ที่ใช้โดยตรง

• ch32v003fun
• การเขียนโปรแกรม ESP ที่ไม่ต้องพึ่งพา esputil
• nosdk8266

ฮาร์ดแวร์

• ไมโครติ๊ก LR9
• แอร์สปาย มินิ SDR
• LILYGO® ที-บีมเมชทาสติก

LoLRa ชอบสิ่งต่าง ๆ

• ควบคุมของเล่น 49 MHz แบบไร้สายด้วยสาย I/O ที่พลิกบน Pi Pico

ลิงค์วิทยุอื่นๆ ที่น่าสนใจ

• สถานีวิทยุ snafu ในซีแอตเทิลใช้ระบบสาระบันเทิงของ Mazda บางส่วน

ขอขอบคุณเป็นพิเศษ

• @MustardTiger สำหรับการสนับสนุนจำนวนมากในโครงการนี้
• Willmore สำหรับงานตัดต่อ
• มีคนอีกหลายคนที่ไม่เห็นด้วยกับฉันในการรีวิวและแก้ไขงานในหน้านี้
• แฟนของฉันสำหรับการทดสอบความช่วยเหลือและการทำงานของกล้องเสริม
• ทุกคนที่ช่วยเหลือโครงการโอเพ่นซอร์สต่างๆ ของฉัน