LoRa信道检测CAD机制详解

本文档详细介绍了LoRa信道检测原理，即Channel Activity Detection (CAD)。LoRa数据包由前导码、可选报头和数据有效负载组成，前导码用于接收机与数据流的同步。CAD模式下，芯片会快速扫描频段以检测LoRa前导码，从而高效检测信道活动。 LoRa数据包结构包含以下几个部分： 1. 前导码：确保接收机与发射机同步，长度需一致。在连续接收模式下，如果前导码长度超过预期，接收机会丢弃并重新开始检测，不会触发中断。 2. 可选报头：包含传输参数，如扩频因子SF等。 3. 数据有效负载：实际传输的信息。 CAD过程包括以下步骤： 1. 锁定 PLL，确保频率稳定性。 2. 接收机捕获LoRa前导码符号，消耗特定的接收模式电流。 3. 关闭无线接收机和PLL，启动调制解调器的数字处理。 4. 调制解调器通过比较样本信号与理想前导码波形进行相关性计算。 5. 如果检测到前导码，调制解调器产生CadDone中断和CadDetected信号。 6. 芯片进入待机模式，等待进一步指令。 CAD操作设置的关键点： 1. CAD检测时间与LoRa调制设置有关，通常为LoRa符号周期的倍数。在CAD检测时间内，芯片部分时间处于接收模式，其余时间处于低功耗状态。 2. 前导码长度的设置通过RegPreambleMsb和RegPreambleLsb寄存器配置，范围在6到65536之间。 3. 主机发送前导码的时间应大于从机CAD定时轮询周期，以确保从机能够检测到前导码并开始接收数据。 4. 前导码发送时间(Tpreamble)计算公式为：Tpreamble = (Npreamble + 4.25) * Tsym，其中Tsym取决于带宽(BW)和扩频因子(SF)。 例如，当BW=500kHz，SF=9，Npreamble=2200时，Tpreamble=2257ms。 总结来说，LoRa的CAD机制是其低功耗通信的关键特性，允许设备高效地检测信道上是否存在传输，而不会过度消耗电池。通过精确配置CAD检测时间和前导码长度，可以优化网络中的信道利用率和能效。