LoRa是如何實現空中喚醒的？

作者：ZLG致遠電子時間：2018-12-28 來源：電子產品世界

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　　在無線傳感網的設計中，往往大部分終端節點都需空中喚醒并且還要低功耗設計，那么LoRa是如何通過CAD來實現的呢?

本文引用地址：http://www.czjhyjcfj.com/article/201812/396165.htm

　　在無線傳感網絡設計中，往往大部分的無線收發機節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。在大多數的物聯網應用中，無線通信時，射頻部分大多數時間都處在接收狀態，也是主要的能量消耗所在。而當在整個無線網絡中數據量較少，但是節點又要隨時準備接收數據。理想狀態是，當有數據需要接收時，節點處于接收狀態，無信息接收時，節點處于睡眠狀態，這就需要空中喚醒技術。

　　無線傳感網

　　空中喚醒從現象上看，好像是發射機把接收機從睡眠中喚醒，實則不然，其實是接收機周期性自動醒來，查看空中有沒有呼叫信號，如果沒有，則繼續睡眠;如果有，則被喚醒進入接收狀態。因此，在空中沒有呼叫信號時，接收機平均功耗較低。

　　但是如何發現呼叫信號，傳統的做法是通過設定RSSI閾值來判斷，只有信號強度足夠時才認為有效，喚醒節點，否則相反。隨著擴頻調制技術的應用，人們在確定可能低于接收機底噪聲的信號是否已經使用信道時，面臨重重挑戰。這種情況下，使用RSSI無疑是行不通的。為了解決這個問題，可使用信道活動檢測器來檢測其他LoRa信號。

　　LoRa數據包由:前導碼、可選報頭、數據有效負載組成，如下圖所示：

　　LoRa數據包結構

　　信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前導碼。在CAD模式下， SX1276/77/78快速掃描頻段，以檢測LoRa數據包前導碼。

　　在CAD過程中會執行以下操作：

　　PLL被鎖定

　　無線接收機從信道獲取數據的LoRa前導碼符號。在期間的電流消耗對應指定的Rx模式電流。

　　無線接收機及PLL被關閉，調制解調器數字處理開始執行。

　　調制解調器搜索芯片所獲取樣本與理想前導碼波形之間的關聯關系。建立這樣的關聯關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，調制解調器產生CadDone中斷信號。如果關聯成功，則會同時產生CadDetected信號。

　　芯片恢復到待機模式。

　　如果發現前導碼，清除中斷，然后將芯片設置為Rx單一或連續模式，從而開始接收數據。

　　信道活動檢測時長取決于使用的LoRa調制設置。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。CAD檢測時間內，芯片在秒鐘處于接收模式，其余時間則處于低功耗狀態。

　　CAD時長作為擴頻因子的函數

　　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行說明,如下圖所示：

　　CAD過程中功耗消耗情況

　　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處于全接收模式，隨后進入低功耗處理階段，期間CAD功耗隨著LoRa帶寬的變化而變化。

　　由于CAD檢測數據包的前導碼部分，因此要想實現空中喚醒，結合節點定期檢測時間，需要設置合適的前導碼發送時間，保證前導碼發送時間>節點定期檢測時間，則需要設定一定的前導碼長度，可通過配置RegPreambleMsb和RegPreambleLsb寄存器來實現。如下圖所示，可將前導碼寄存器長度設置在6-65536之間來改變發送前導碼長度。