LoRa信道检测原理（CAD）

• LoRa数据包结构:

LoRa数据包由前导码、可选报头、数据有效负载组成。

前导码：前导码用于保持接收机与输入的数据流同步，接收机会定期执行前导码检测，因此接收机的前导码长度应与发射机一致,在连续接收受模式下,如果前导码长度超过寄存器设定的预计值，则前导码会被丢弃，并重新开始前导码检测，且不产生中断标志。如果前导码长度为未知则应将接收机的前导码长度设置为最大，且接收机和发射机的扩频因子SF要设置一致。

• CAD过程原理:

信道活动检测关键旨在以尽可能高的功耗效率来检测无线信道上的LoRa前导码。在CAD模式下，芯片会快速扫描频段，以检测是否有LoRa前导码。

在CAD过程中，将会执行以下操作：

1. 锁定PLL；
2. 无线接收机从信道获取数据的LoRa前导码符号。此期间的电流消耗对应指定的Rx模式电流；
3. 无线接收机及PLL被关闭，调制解调器数字处理开始执行；
4. 调制解调器对获取的样本信号与理想的前导码波形进行关联关系计算；
5. 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；
6. 芯片恢复到待机模式；
7. 根据结果，如果发现有前导码，清除中断，然后将芯片设置为Rx单一/连续模式，从而开始接受数据。
   
   

• CAD实现操作设置：

信道活动检测时长取决于使用的LoRa调制设置。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。由于CAD检测数据包的前导码部分，因此要想实现空中唤醒，结合从机定期检测时间，主机需要设置合适的前导码发送时间，保证前导码发送时间大于从机定期检测时间。前导码长度设定，可通过配置RegPreambleMsb和RegPreambleLsb寄存器来实现。可将前导码长度设置在6-65536之间来改变发送前导码长度。

1. 主机发送方前导码发送时间：主机前导码发送时间>从机定时检测时间（CAD定时轮询周期）

Tpreamble=(Npreamble+4.25)*Tsym;

Tsym=1/Rs;

Rs=BW/(2^SF);

当BW=500kHz,SF=9, Npreamble =2200;

Tpreamble=2257ms;

其中：

RS:速率；BW：带宽；SF:扩频因子；Tpremble：发送前导码所需总时间；Npremble：已设定前导码长度大小；Tsym: 发每个preamble symbol的时间。

2. 从机CAD时间：

它是分了两个阶段

接收时间：Trec=(2^SF+32)/BW；

整个CAD时间：Tcad=1.85*Trec；

当BW=500kHz,SF=9,

Trec=1.088ms

Tcad=2.013

3. 从机CAD定时检测周期：CAD定时轮询周期

结合7601参数设置：主/从机BW=500KH,SF=9。

从机CAD定时检测周期定时器设置为2s，从机前导码长度Npremble=1949。

主机前导码长度为Npremble=2200，发送时长为Tpreamble=2257ms，主机前导码发送时长大于2s，能保证接收机正常唤醒接收数据，若接收机CAD定时检测周期大于主机前导码发送时长，则接收机有可能检测不到发射机前导码，导致唤醒失败。

• 前导码时间实测波形：

电源测试所加电阻为1.1Ω,示波器测试所测波形

1. 主机发送唤醒前导码波形2200前导码+1字节在,寄存器配置：如图1

图1

示波器测量波形：如图2

图2

 
从机接收唤醒后回应帧2字节,寄存器配置：
如图3

示波器测量波形：如图4

图4

• DATA-7601实测功耗：

测试电阻为1.1Ω，所用供电电池为19AH。

1. 唤醒通信时：如图5

每次通信持续时间1.34s

其中电流为20ma持续1.1578s

电流为100ma持续0.182s

取水报警时消耗1.1578*20ma+0.182*100ma=23.156+18.2=41.356ma/1.34s

电池理论使用时长:19000/41.356=459.3h

图5

2. 休眠CAD时:如图6

CAD定时检测周期2s；

其中21.6ma持续0.005s

0.36ma持续0.995s电流表测量

休眠时消耗0.005*21.6ma+0.995*0.36ma=0.108+0.358=0.466ma/1s

电池理论使用时长:19000/0.466=40772.5h