Как модуль LoRa реализует функцию пробуждения по воздуху

При проектировании беспроводных сенсорных сетей большинству оконечных узлов требуется пробуждение по воздуху, чтобы выполнить проектные требования к конструкции с низким энергопотреблением. Так как же модуль LoRa пробуждается в воздухе? Эта статья расскажет вам.

При проектировании беспроводной сенсорной сети большая часть узла приемопередатчика модуля LoRa требует обработки с низким энергопотреблением. Чтобы снизить энергопотребление, узлу необходимо сократить бесполезное рабочее время. В большинстве приложений IoT радиочасть большую часть времени во время беспроводной связи находится в состоянии приема, и это также является основным источником потребления энергии. Узел не может постоянно находиться в активном состоянии, поскольку емкость аккумулятора ограничена. Идеальным состоянием является то, что когда есть данные, которые необходимо получить, узел находится в состоянии приема, а когда информация не получена, узел LoRa находится в состоянии сна, что требует техники пробуждения по воздуху.

Феномен пробуждения по эфиру, по-видимому, заключается в том, что передатчик выводит приемник из спящего режима. Фактически приемник периодически просыпается и проверяет, есть ли в эфире действительный сигнал. Если нет, он продолжает спать; если есть, то пробуждайтесь в состояние приема. Поэтому, когда в эфире нет достоверного сигнала, среднее энергопотребление приемника низкое.

Однако способ обнаружения сигнала вызова традиционно определяется установкой значения RSSI. Только когда уровень сигнала достаточен, он считается действительным и узел пробуждается, в противном случае — наоборот. Использование метода модуляции с расширенным спектром создает проблемы при определении того, занят ли канал сигналом, уровень шума которого может быть ниже минимального уровня шума приемника. Использование RSSI в этой ситуации явно нецелесообразно. С этой целью детектор активности канала используется для обнаружения присутствия других сигналов LoRa®. Чтобы решить эту проблему, можно использовать технологию обнаружения активности канала CAD для обнаружения других сигналов LoRa.

Пакет LoRa состоит из преамбулы, дополнительного заголовка и полезных данных, как показано на следующем рисунке:

Режим обнаружения активности канала предназначен для обнаружения преамбулы LoRa в беспроводном канале с максимально возможной эффективностью энергопотребления. В режиме CAD модуль LoRa быстро сканирует диапазон, чтобы обнаружить преамбулу пакета LoRa.

В процессе CAD выполняются следующие операции :

ФАПЧ заблокирован.

Радиоприемник захватывает символ преамбулы LoRa данных из канала. Потребление радиотока во время этой фазы соответствует указанному току режима Rx.

Беспроводной приемник и система ФАПЧ выключаются, и начинается цифровая обработка модема.

Модем ищет корреляцию между захваченными радиосигналами выборками и идеальной формой сигнала преамбулы. Этот процесс корреляции занимает немного меньше периода символа. Потребление радиотока на этом этапе значительно снижается.

После завершения расчета модем генерирует сигнал прерывания CadDone. Если ассоциация прошла успешно, одновременно генерируется сигнал CadDetected.

Чип возвращается в режим ожидания.

Если преамбула найдена, прерывание очищается, а затем микросхема устанавливается в одиночный или непрерывный режим, чтобы начать прием данных.

Время, необходимое для обнаружения активности канала, зависит от используемых настроек модуляции LoRa. Для данной конфигурации типичное время обнаружения CAD показано на графике ниже и выражено как кратное периоду символа LoRa. В течение этого периода радиостанция находится в режиме приемника в течение (2 SF + 32)/BW секунд. В рамках цикла CAD радиостанция находится в состоянии пониженного потребления.

Программа САПР разбита на несколько последовательных событий, чтобы лучше проиллюстрировать работу программы и энергопотребление, как показано на следующем рисунке:

IDDR_L: режим полного приема

IDDC_L: обработка с низким энергопотреблением

Во время процесса обнаружения активности канала принимающая сторона находится в режиме полного приема только в течение первой половины времени, а затем переходит в фазу обработки с низким энергопотреблением, во время которой энергопотребление САПР изменяется в зависимости от полосы пропускания LoRa.

Поскольку CAD обнаруживает часть преамбулы пакета данных, чтобы добиться пробуждения в эфире в сочетании с узлом, периодически определяющим время, необходимо установить соответствующее время передачи преамбулы, чтобы гарантировать, что время передачи преамбулы> узла время периодического обнаружения, то необходимо установить определенную преамбулу. Длина кода может быть достигнута путем настройки регистров RegPreambleMsb и RegPreambleLsb. Как показано на рисунке ниже, вы можете изменить длину преамбулы передачи, установив длину регистра преамбулы в диапазоне 6–65536.