Beim Entwurf drahtloser Sensornetzwerke benötigen die meisten Endknoten ein Luftwecken, um die Entwurfsanforderungen eines Designs mit geringem Stromverbrauch zu erfüllen. Wie erreicht das LoRa-Modul das Aufwachen in der Luft? Dieser Artikel wird es Ihnen verraten.
Beim Design drahtloser Sensornetzwerke erfordern die meisten LoRa-Modul-Transceiver-Knoten eine Verarbeitung mit geringem Stromverbrauch. Um den Stromverbrauch zu senken, muss der Knoten unnötige Arbeitsstunden reduzieren. In den meisten IoT-Anwendungen befindet sich der Funkteil während der drahtlosen Kommunikation die meiste Zeit im Empfangszustand und ist auch der Hauptenergieverbraucher. Der Knoten kann nicht ständig im aktiven Zustand sein, da die Batteriekapazität begrenzt ist. Der ideale Zustand besteht darin, dass sich der Knoten im Empfangszustand befindet, wenn Daten empfangen werden müssen. Wenn keine Informationen empfangen werden, befindet sich der LoRa-Knoten in einem Ruhezustand, der eine Luftaufwachtechnik erfordert.
Das Phänomen des Wake_up over the Air scheint darin zu bestehen, dass der Sender den Empfänger aus dem Schlaf weckt. Tatsächlich wacht der Empfänger regelmäßig auf und prüft, ob ein gültiges Signal in der Luft ist. Wenn nicht, schläft es weiter; Wenn ja, dann erwachen Sie in den Empfangszustand. Wenn also kein gültiges Signal in der Luft vorhanden ist, ist der durchschnittliche Stromverbrauch des Empfängers gering.
Wie das Rufsignal gefunden wird, wird jedoch traditionell durch die Einstellung des RSSI-Werts bestimmt. Erst wenn die Signalstärke ausreichend ist, gilt es als gültig und der Knoten wird geweckt, andernfalls ist das Gegenteil der Fall. Die Verwendung einer Spread-Spectrum-Modulationstechnik stellt eine Herausforderung dar, wenn es darum geht, festzustellen, ob der Kanal bereits von einem Signal verwendet wird, das möglicherweise unterhalb des Grundrauschens des Empfängers liegt. Die Verwendung von RSSI wäre in dieser Situation eindeutig nicht praktikabel. Zu diesem Zweck wird der Kanalaktivitätsdetektor verwendet, um das Vorhandensein anderer LoRa®-Signale zu erkennen. Um dieses Problem zu lösen, kann die CAD-Kanalaktivitätserkennungstechnologie verwendet werden, um andere LoRa-Signale zu erkennen.
Das LoRa-Paket besteht aus einer Präambel, einem optionalen Header und einer Datennutzlast, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:
Der Kanalaktivitätserkennungsmodus ist darauf ausgelegt, die LoRa-Präambel auf dem drahtlosen Kanal mit der höchstmöglichen Stromverbrauchseffizienz zu erkennen. Im CAD-Modus scannt das LoRa-Modul schnell das Band, um die LoRa-Paketpräambel zu erkennen.
Die folgenden Vorgänge werden während des CAD-Prozesses ausgeführt :
Die PLL ist gesperrt.
Der Funkempfänger erfasst das LoRa-Präambelsymbol der Daten vom Kanal. Der Funkstromverbrauch während dieser Phase entspricht dem angegebenen Rx-Modus-Strom.
Der drahtlose Empfänger und die PLL werden ausgeschaltet und die digitale Modemverarbeitung beginnt.
Das Modem sucht nach einer Korrelation zwischen den per Funk erfassten Proben und der idealen Präambelwellenform. Die Durchführung dieses Korrelationsprozesses dauert etwas weniger als eine Symbolperiode. Der Funkstromverbrauch während dieser Phase wird stark reduziert.
Nachdem die Berechnung abgeschlossen ist, generiert das Modem ein CadDone-Interrupt-Signal. Wenn die Zuordnung erfolgreich ist, wird gleichzeitig ein CadDetected-Signal generiert.
Der Chip geht zurück in den Standby-Modus.
Wenn die Präambel gefunden wird, wird der Interrupt gelöscht und dann wird der Chip in den Rxsingle- oder Continuous-Modus versetzt, um mit dem Datenempfang zu beginnen.
Die für die Kanalaktivitätserkennung benötigte Zeit hängt von den verwendeten LoRa-Modulationseinstellungen ab. Für eine bestimmte Konfiguration wird die typische CAD-Erkennungszeit in der folgenden Grafik dargestellt, ausgedrückt als Vielfaches der LoRa-Symbolperiode. In diesem Zeitraum befindet sich das Radio für (2 SF + 32) / BW Sekunden im Empfängermodus. Während des gesamten CAD-Zyklus befindet sich das Radio in einem Zustand mit reduziertem Verbrauch.
Das CAD-Programm ist in mehrere Ereignisse nacheinander unterteilt, um das Programm und den Stromverbrauch besser zu veranschaulichen, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:
IDDR_L:vollständiger Rx-Modus
IDDC_L: Verarbeitung mit geringem Stromverbrauch
Während des Kanalaktivitätserkennungsprozesses befindet sich das Empfangsende nur für die erste Hälfte der Zeit im vollständigen Empfangsmodus und tritt dann in die Verarbeitungsphase mit geringem Stromverbrauch ein, in der sich der CAD-Stromverbrauch mit der LoRa-Bandbreite ändert.
Da CAD den Präambelteil des Datenpakets erkennt, muss zum Erreichen des Air Wake-up in Kombination mit der periodischen Erkennung der Zeit durch den Knoten die entsprechende Präambelübertragungszeit eingestellt werden, um sicherzustellen, dass die Präambelübertragungszeit > der Knoten ist Wenn Sie eine periodische Erkennungszeit benötigen, muss eine bestimmte Präambel festgelegt werden. Die Codelänge kann durch Konfiguration der Register RegPreambleMsb und RegPreambleLsb erreicht werden. Wie in der Abbildung unten gezeigt, können Sie die Länge der Sendepräambel ändern, indem Sie die Länge des Präambelregisters auf einen Wert zwischen 6 und 65536 einstellen.
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