LoRa模块空中唤醒功能原理和物联网应用

LoRa模块是一种广泛应用于物联网领域的无线通信模块，支持低功耗、远距离和低成本的无线通信。

其空中唤醒功能是一项重要的应用，可以实现设备的自动唤醒，从而在没有人工干预的情况下实现设备的远程监控和控制。

LoRa模块空中唤醒功能的原理

LoRa模块空中唤醒功能的实现基于LoRaWAN协议的信标唤醒机制。

信标是一种远距离无线通信技术，可以实现设备之间的互联互通。
LoRa模块支持多种类型的信标，包括心跳信标、定位信标和广播信标等。

当LoRa模块接收到信标信号时，会自动从睡眠状态中醒来，并进入接收状态，接收来自信标的数据包。如果在一定时间没有接收到来自信标的数据包，LoRa模块会自动进入休眠状态，等待下一次信标信号的到来。

空中唤醒功能的原理是通过发送特殊的前导码来唤醒LoRa模块，然后从信标接收数据包。具体实现过程如下：

1. 当LoRa模块接收到空中唤醒信号时，会发送特殊的前导码来表示已经收到信标信号，并进入接收状态。
2. 前导码是一个16位的二进制数，可以在100ms内发送多个。

LoRa是如何实现空中唤醒的？

在无线传感网的设计中，往往大部分终端节点都需要空中唤醒并且还要低功耗设计，那么LoRa是如何通过CAD来实现的呢？

在无线传感网络设计中，往往大部分的无线收发节点都需要低功耗处理。
为了降低功耗，只有通过减少无用的工作时间。

在大多数的物联网应用中，无线通信时，射频部分大多数时间都处于接收状态，也是主要的能量消耗所在。

理想状态是，当有数据需要接收时，节点处于接收状态，无信息接收时，节点处于睡眠状态，这就需要空中唤醒技术。

空中唤醒从现象上看，好像是发射极把接收机从睡眠中唤醒，实则不然，其实是接收机周期性自动醒来，查看空中有没有呼叫信号，如果没有，则继续睡眠；如果有，则被唤醒进入接收状态。
因此，在空中没有呼叫信号时，接收机平均功耗较低。

但是如何发现呼叫信号，传统的做法是通过设定RSSI阈值来判断，只有信号强度足够时才认为有效，唤醒节点，否则相反。

随着扩频调制技术的应用，人们在确定可能低于接收机低噪声的信号是否已经使用信道时，面临重重挑战。这种情况下，使用RSSI无疑是行不通的。为了解决这个问题，可使用信道活动检测器来检测其他LoRa信号。

LoRa数据包由：前导码、可选报头、数据有效负载组成，如下图所示：

信道活动检测模式旨在以尽可能高的功耗效率检测无线信道上的LoRa前导码。在CAD模式下， SX1276／77／78快速扫描频段，以检测LoRa数据包前导码。

在CAD过程中会执行以下操作：

PLL被锁定。

无线接收机从信道获取数据的LoRa前导码符号。在期间的电流消耗对应指定的Rx模式电流。

无线接收机及PLL被关闭，调制解调器数字处理开始执行。

调制解调器搜索芯片所获取样本与理想前导码波形之间的关联关系。建立这样的关联关系所需的时间仅略小于一个符号周期。在此期间，电流的消耗大幅减少。

完成计算后，调制解调器产生CadDone中断信号。如果关联成功，则会同时产生CadDetected信号。

芯片恢复到待机模式。

如果发现前导码，清除中断，然后将芯片设置为Rx单一或连续模式，从而开始接收数据。

信道活动检测时长取决于使用的LoRa调制设置。下图针对特定配置显示了典型CAD检测时长，该时长为LoRa符号周期的倍数。CAD检测时间内，芯片在（2SF＋32）／BW秒钟处于接收模式，其余时间则处于低功耗状态。