Como o módulo LoRa implementa a função de despertar aéreo

No projeto de redes de sensores sem fio, a maioria dos nós terminais exige ativação de ar para atender aos requisitos de projeto de baixo consumo de energia. Então, como o módulo LoRa consegue despertar no ar? Este artigo irá revelar a você.

No projeto de rede de sensores sem fio, a maior parte do nó transceptor do módulo LoRa requer processamento de baixo consumo de energia. Para reduzir o consumo de energia, o nó precisa reduzir horas de trabalho inúteis. Na maioria das aplicações IoT, a parte de rádio está no estado de recepção na maior parte do tempo durante a comunicação sem fio e também é o principal consumo de energia. O nó não pode estar sempre no estado ativo porque a capacidade da bateria é limitada. O estado ideal é que quando há dados a serem recebidos, o nó esteja no estado receptor, e quando nenhuma informação é recebida, o nó LoRa esteja em estado de suspensão, o que requer uma técnica de despertar aéreo.

O fenômeno do wake_up over the air parece ser que o transmissor acorda o receptor do sono. Na verdade, o receptor acorda periodicamente e verifica se há um sinal válido no ar. Caso contrário, continua dormindo; se houver, então desperte para o estado de recepção. Portanto, quando não há sinal válido no ar, o consumo médio de energia do receptor é baixo.

No entanto, como encontrar o sinal de chamada é tradicionalmente determinado pela definição do valor RSSI. Somente quando a intensidade do sinal é suficiente ele é considerado válido e o nó é despertado, caso contrário é o contrário. O uso de uma técnica de modulação de espalhamento espectral apresenta desafios para determinar se o canal já está sendo utilizado por um sinal que pode estar abaixo do nível de ruído do receptor. O uso do RSSI nesta situação seria claramente impraticável. Para este fim, o detector de atividade de canal é usado para detectar a presença de outros sinais LoRa®. Para resolver este problema, a tecnologia de detecção de atividade de canal CAD pode ser usada para detectar outros sinais LoRa.

O pacote LoRa consiste em um preâmbulo, um cabeçalho opcional e uma carga útil de dados, conforme mostrado na figura a seguir:

O modo de detecção de atividade do canal foi projetado para detectar o preâmbulo LoRa no canal sem fio com a maior eficiência de consumo de energia possível. No modo CAD, o módulo LoRa irá varrer rapidamente a banda para detectar o preâmbulo do pacote LoRa.

As seguintes operações são realizadas durante o processo CAD :

O PLL está bloqueado.

O receptor de rádio captura o símbolo de preâmbulo LoRa dos dados do canal. O consumo de corrente de rádio durante essa fase corresponde à corrente do modo Rx especificada.

O receptor sem fio e o PLL são desligados e o processamento digital do modem começa.

O modem procura uma correlação entre as amostras capturadas por rádio e a forma de onda ideal do preâmbulo. Este processo de correlação leva um pouco menos que um período de símbolo para ser executado. O consumo de corrente de rádio durante essa fase é bastante reduzido.

Após a conclusão do cálculo, o modem gera um sinal de interrupção CadDone. Se a associação for bem-sucedida, um sinal CadDetected é gerado ao mesmo tempo.

O chip volta ao modo de espera.

Se o preâmbulo for encontrado, a interrupção é apagada e então o chip é configurado para Rxsingle ou modo contínuo para começar a receber dados.

O tempo necessário para a detecção da atividade do canal depende das configurações de modulação LoRa utilizadas. Para uma determinada configuração, o tempo típico de detecção de CAD é mostrado no gráfico abaixo, expresso como um múltiplo do período do símbolo LoRa. Deste período o rádio fica no modo receptor por (2 SF + 32)/BW segundos. Durante a maior parte do ciclo CAD o rádio está em um estado de consumo reduzido.

O programa CAD é dividido em vários eventos em sequência para melhor ilustrar o programa e o consumo de energia, conforme mostrado na figura a seguir:

IDDR_L:modo Rx completo

IDDC_L: Processamento de baixo consumo de energia

Durante o processo de detecção de atividade do canal, a extremidade receptora está no modo de recepção total apenas durante a primeira metade do tempo e depois entra na fase de processamento de baixa potência, durante a qual o consumo de energia CAD muda com a largura de banda LoRa.

Como o CAD detecta a parte do preâmbulo do pacote de dados, para conseguir o despertar do ar, combinado com o nó detectando periodicamente o tempo, é necessário definir o tempo de transmissão do preâmbulo apropriado para garantir o tempo de transmissão do preâmbulo> o nó tempo de detecção periódica, então um preâmbulo precisa ser definido. O comprimento do código pode ser obtido configurando os registros RegPreambleMsb e RegPreambleLsb. Conforme mostrado na figura abaixo, você pode alterar o comprimento do preâmbulo de transmissão definindo o comprimento do registro do preâmbulo entre 6-65536.