¿Cómo implementa el módulo LoRa la función de activación del aire?

En el diseño de redes de sensores inalámbricos, la mayoría de los nodos terminales requieren activación por aire para completar los requisitos de diseño de bajo consumo de energía. Entonces, ¿cómo logra el módulo LoRa despertarse en el aire? Este artículo te lo revelará.

En el diseño de redes de sensores inalámbricos, la mayoría de los nodos transceptores del módulo LoRa requieren un procesamiento de baja potencia. Para reducir el consumo de energía, el nodo necesita reducir las horas de trabajo inútiles. En la mayoría de las aplicaciones de IoT, la parte de radio está en estado de recepción la mayor parte del tiempo durante la comunicación inalámbrica y también es el principal consumo de energía. El nodo no puede estar en estado activo en todo momento porque la capacidad de la batería es limitada. El estado ideal es que cuando hay datos para recibir, el nodo está en estado de recepción, y cuando no se recibe información, el nodo LoRa está en estado de suspensión, lo que requiere una técnica de activación aérea.

El fenómeno del despertar por aire parece ser que el transmisor despierta al receptor del sueño. De hecho, el receptor se despierta periódicamente y comprueba si hay una señal válida en el aire. Si no, sigue durmiendo; si es así, entonces se despierta al estado de recepción. Por lo tanto, cuando no hay una señal válida en el aire, el consumo medio de energía del receptor es bajo.

Sin embargo, la forma de encontrar la señal de llamada se determina tradicionalmente estableciendo el valor RSSI. Sólo cuando la intensidad de la señal es suficiente, se considera válida y el nodo se despierta, en caso contrario ocurre lo contrario. El uso de una técnica de modulación de espectro ensanchado presenta desafíos a la hora de determinar si el canal ya está en uso por una señal que puede estar por debajo del nivel de ruido del receptor. El uso del RSSI en esta situación sería claramente impracticable. Con este fin, se utiliza el detector de actividad del canal para detectar la presencia de otras señales LoRa®. Para resolver este problema, se puede utilizar la tecnología de detección de actividad del canal CAD para detectar otras señales LoRa.

El paquete LoRa consta de un preámbulo, un encabezado opcional y una carga útil de datos, como se muestra en la siguiente figura:

El modo de detección de actividad del canal está diseñado para detectar el preámbulo LoRa en el canal inalámbrico con la mayor eficiencia de consumo de energía posible. En modo CAD, el módulo LoRa escaneará rápidamente la banda para detectar el preámbulo del paquete LoRa.

Las siguientes operaciones se realizan durante el proceso CAD :

El PLL está bloqueado.

El receptor de radio captura el símbolo del preámbulo de los datos del canal LoRa. El consumo de corriente de radio durante esa fase corresponde a la corriente del modo Rx especificada.

El receptor inalámbrico y el PLL se apagan y comienza el procesamiento digital del módem.

El módem busca una correlación entre las muestras de radio capturadas y la forma de onda ideal del preámbulo. Este proceso de correlación tarda un poco menos que un período de símbolo en realizarse. El consumo de corriente de radio durante esa fase se reduce considerablemente.

Una vez completado el cálculo, el módem genera una señal de interrupción CadDone. Si la asociación se realiza correctamente, se genera una señal CadDetected al mismo tiempo.

El chip vuelve al modo de espera.

Si se encuentra el preámbulo, se borra la interrupción y luego el chip se configura en modo Rxsingle o continuo para comenzar a recibir datos.

El tiempo necesario para la detección de actividad del canal depende de la configuración de modulación LoRa utilizada. Para una configuración determinada, el tiempo típico de detección de CAD se muestra en el siguiente gráfico, expresado como un múltiplo del período del símbolo LoRa. De este período la radio está en modo receptor durante (2 SF + 32) / BW segundos. Durante el resto del ciclo CAD la radio se encuentra en estado de consumo reducido.

El programa CAD se divide en múltiples eventos en secuencia para ilustrar mejor el programa y el consumo de energía, como se muestra en la siguiente figura:

IDDR_L: modo Rx completo

IDDC_L: procesamiento de baja potencia

Durante el proceso de detección de actividad del canal, el extremo receptor está en el modo de recepción completo solo durante la primera mitad del tiempo y luego ingresa a la fase de procesamiento de baja energía, durante la cual el consumo de energía de CAD cambia con el ancho de banda LoRa.

Dado que el CAD detecta la parte del preámbulo del paquete de datos, para lograr el despertar aéreo, combinado con la detección periódica del tiempo por parte del nodo, es necesario establecer el tiempo de transmisión del preámbulo apropiado para garantizar que el tiempo de transmisión del preámbulo > el nodo tiempo de detección periódica, entonces es necesario establecer un cierto preámbulo. La longitud del código se puede lograr configurando los registros RegPreambleMsb y RegPreambleLsb. Como se muestra en la figura siguiente, puede cambiar la longitud del preámbulo de transmisión configurando la longitud del registro de preámbulo entre 6-65536.