LoRa是如何實(shí)現空中喚醒的？

　　在無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)的設計中，往往大部分終端節點(diǎn)都需空中喚醒并且還要低功耗設計，那么LoRa是如何通過(guò)CAD來(lái)實(shí)現的呢?

　　在無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )設計中，往往大部分的無(wú)線(xiàn)收發(fā)機節點(diǎn)都需要低功耗處理。為了降低功耗，只有通過(guò)減少無(wú)用的工作時(shí)間。在大多數的物聯(lián)網(wǎng)應用中，無(wú)線(xiàn)通信時(shí)，射頻部分大多數時(shí)間都處在接收狀態(tài)，也是主要的能量消耗所在。而當在整個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中數據量較少，但是節點(diǎn)又要隨時(shí)準備接收數據。理想狀態(tài)是，當有數據需要接收時(shí)，節點(diǎn)處于接收狀態(tài)，無(wú)信息接收時(shí)，節點(diǎn)處于睡眠狀態(tài)，這就需要空中喚醒技術(shù)。

　　無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)

　　空中喚醒從現象上看，好像是發(fā)射機把接收機從睡眠中喚醒，實(shí)則不然，其實(shí)是接收機周期性自動(dòng)醒來(lái)，查看空中有沒(méi)有呼叫信號，如果沒(méi)有，則繼續睡眠;如果有，則被喚醒進(jìn)入接收狀態(tài)。因此，在空中沒(méi)有呼叫信號時(shí)，接收機平均功耗較低。

　　但是如何發(fā)現呼叫信號，傳統的做法是通過(guò)設定RSSI閾值來(lái)判斷，只有信號強度足夠時(shí)才認為有效，喚醒節點(diǎn)，否則相反。隨著(zhù)擴頻調制技術(shù)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(jīng)使用信道時(shí)，面臨重重挑戰。這種情況下，使用RSSI無(wú)疑是行不通的。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可使用信道活動(dòng)檢測器來(lái)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(dòng)檢測模式旨在以盡可能高的功耗效率檢測無(wú)線(xiàn)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(guò)程中會(huì )執行以下操作：

　　PLL被鎖定

　　無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)接收機及PLL被關(guān)閉，調制解調器數字處理開(kāi)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(guān)聯(lián)關(guān)系。建立這樣的關(guān)聯(lián)關(guān)系所需的時(shí)間僅略小于一個(gè)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(chǎn)生CadDone中斷信號。如果關(guān)聯(lián)成功，則會(huì )同時(shí)產(chǎn)生CadDetected信號。

　　芯片恢復到待機模式。

　　如果發(fā)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(kāi)始接收數據。

　　信道活動(dòng)檢測時(shí)長(cháng)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(shí)長(cháng)，該時(shí)長(cháng)為L(cháng)oRa符號周期的倍數。CAD檢測時(shí)間內，芯片在秒鐘處于接收模式，其余時(shí)間則處于低功耗狀態(tài)。

　　CAD時(shí)長(cháng)作為擴頻因子的函數

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

　　CAD過(guò)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(dòng)檢測過(guò)程中，接收端僅在前半段時(shí)間內處于全接收模式，隨后進(jìn)入低功耗處理階段，期間CAD功耗隨著(zhù)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(shí)現空中喚醒，結合節點(diǎn)定期檢測時(shí)間，需要設置合適的前導碼發(fā)送時(shí)間，保證前導碼發(fā)送時(shí)間>節點(diǎn)定期檢測時(shí)間，則需要設定一定的前導碼長(cháng)度，可通過(guò)配置RegPreambleMsb和RegPreambleLsb寄存器來(lái)實(shí)現。如下圖所示，可將前導碼寄存器長(cháng)度設置在6-65536之間來(lái)改變發(fā)送前導碼長(cháng)度。

　　前導碼長(cháng)度配置寄存器

　　前導碼發(fā)送時(shí)間計算如下：

　　其中：:速率

       ：帶寬

      SF:擴頻因子

　　:發(fā)送一個(gè)symbol的時(shí)間

　　：發(fā)送前導碼所需總時(shí)間

　　：已設定前導碼長(cháng)度大小

　　: 發(fā)每個(gè)preamble symbol的時(shí)間

　　LM400TU是ZLG致遠電子研發(fā)設計的一款工業(yè)級LoRa組網(wǎng)透傳模塊。模塊采用源自軍用通信系統的LoRa調制技術(shù)設計，結合獨有的頻譜擴寬處理技術(shù)，完美解決了小數據量在復雜環(huán)境中的超遠距離通信問(wèn)題。

　　LM400TU模塊

　　其優(yōu)點(diǎn)如下：

　　-148dBm超高靈敏度，遠距離通信

　　透明傳輸，實(shí)現極速組網(wǎng)

　　支持多種協(xié)議標準：LoRaNET、CLAA、LoRaWAN

　　一鍵輕松自組網(wǎng)

　　26個(gè)頻段自動(dòng)切換，有效避免同頻干擾

　　預設三種典型工作模式：正常工作模式、遠程喚醒模式和定時(shí)休眠模式

　　基于A(yíng)Metal平臺快速二次開(kāi)發(fā)