LoRa模塊如何實現(xiàn)空中喚醒功能

在無線傳感網(wǎng)的設(shè)計中，往往大部分終端節(jié)點都需空中喚醒來完成低功耗設(shè)計的設(shè)計要求。那么LoRa模塊是如何實現(xiàn)空中喚醒的呢？本文將為你揭曉。 在無線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中，往往大部分的LoRa模塊收發(fā)機(jī)節(jié)點都需要低功耗處理。為了降低功耗，只有通過減少無用的工作時間。在大多數(shù)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，無線通信時，射頻部分大多數(shù)時間都處在接收狀態(tài)，也是主要的能量消耗所在。而當(dāng)在整個無線網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)量較少，但是節(jié)點又要隨時準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。理想狀態(tài)是，當(dāng)有數(shù)據(jù)需要接收時，節(jié)點處于接收狀態(tài)，無信息接收時，LoRa節(jié)點處于睡眠狀態(tài)，這就需要空中喚醒技術(shù)。 空中喚醒從現(xiàn)象上看，好像是發(fā)射機(jī)把接收機(jī)從睡眠中喚醒，實則不然，其實是接收機(jī)周期性自動醒來，查看空中有沒有呼叫信號，如果沒有，則繼續(xù)睡眠；如果有，則被喚醒進(jìn)入接收狀態(tài)。因此，在空中沒有呼叫信號時，接收機(jī)平均功耗較低。 但是如何發(fā)現(xiàn)呼叫信號，傳統(tǒng)的做法是通過設(shè)定RSSI閾值來判斷，只有信號強(qiáng)度足夠時才認(rèn)為有效，喚醒節(jié)點，否則相反。隨著LoRa擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用，人們在確定可能低于接收機(jī)底噪聲的信號是否已經(jīng)使用信道時，面臨重重挑戰(zhàn)。這種情況下，使用RSSI無疑是行不通的。為了解決這個問題，可使用CAD信道活動檢測技術(shù)來檢測其他LoRa信號。 LoRa數(shù)據(jù)包由：前導(dǎo)碼、可選報頭、數(shù)據(jù)有效負(fù)載組成，如下圖所示：

道活動檢測模式旨在以盡可能高的功耗效率檢測無線信道上的LoRa前導(dǎo)碼。在CAD模式下， LoRa模塊會快速掃描頻段，以檢測LoRa數(shù)據(jù)包前導(dǎo)碼。 在CAD過程中會執(zhí)行以下操作： PLL被鎖定。 LoRa模塊接收機(jī)從信道獲取數(shù)據(jù)的LoRa前導(dǎo)碼符號。在期間的電流消耗對應(yīng)指定的Rx模式電流。 無線接收機(jī)及PLL被關(guān)閉，調(diào)制解調(diào)器數(shù)字處理開始執(zhí)行。 調(diào)制解調(diào)器搜索芯片所獲取樣本與理想前導(dǎo)碼波形之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。建立這樣的關(guān)聯(lián)關(guān)系所需的時間僅略小于一個符號周期。在此期間，電流的消耗大幅減少。 完成計算后，調(diào)制解調(diào)器產(chǎn)生CadDone中斷信號。如果關(guān)聯(lián)成功，則會同時產(chǎn)生CadDetected信號。 芯片恢復(fù)到待機(jī)模式。 如果發(fā)現(xiàn)前導(dǎo)碼，清除中斷，然后將芯片設(shè)置為Rx單一或連續(xù)模式，從而開始接收數(shù)據(jù)。 信道活動檢測時長取決于使用的LoRa調(diào)制設(shè)置。下圖針對特定配置顯示了典型CAD檢測時長，該時長為LoRa符號周期的倍數(shù)。CAD檢測時間內(nèi)，芯片在(2SF+32)/BW秒鐘處于接收模式，其余時間則處于低功耗狀態(tài)。

CAD程序按序列被分解為多個事件，以更好的對程序及功耗進(jìn)行說明，如下圖所示：

IDDR_L：全Rx模式 IDDC_L：低功耗處理 信道活動檢測過程中，接收端僅在前半段時間內(nèi)處于全接收模式，隨后進(jìn)入低功耗處理階段，期間CAD功耗隨著LoRa帶寬的變化而變化。 由于CAD檢測數(shù)據(jù)包的前導(dǎo)碼部分，因此要想實現(xiàn)空中喚醒，結(jié)合節(jié)點定期檢測時間，需要設(shè)置合適的前導(dǎo)碼發(fā)送時間，保證前導(dǎo)碼發(fā)送時間>節(jié)點定期檢測時間，則需要設(shè)定一定的前導(dǎo)碼長度，可通過配置RegPreambleMsb和RegPreambleLsb寄存器來實現(xiàn)。如下圖所示，可將前導(dǎo)碼寄存器長度設(shè)置在6-65536之間來改變發(fā)送前導(dǎo)碼長度。

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