CN112437464A - LoRa数据包的冲突上行信号解码方法及装置 - Google Patents

LoRa数据包的冲突上行信号解码方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112437464A
CN112437464A CN202011187777.5A CN202011187777A CN112437464A CN 112437464 A CN112437464 A CN 112437464A CN 202011187777 A CN202011187777 A CN 202011187777A CN 112437464 A CN112437464 A CN 112437464A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sub
receiving window
signal
peak
decoding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011187777.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112437464B (zh
Inventor
童率
王继良
刘云浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Original Assignee
Tsinghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University filed Critical Tsinghua University
Priority to CN202011187777.5A priority Critical patent/CN112437464B/zh
Publication of CN112437464A publication Critical patent/CN112437464A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112437464B publication Critical patent/CN112437464B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W28/00—Network traffic management; Network resource management
    • H04W28/02—Traffic management, e.g. flow control or congestion control
    • H04W28/0294—Traffic management, e.g. flow control or congestion control forcing collision
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2647—Arrangements specific to the receiver only
    • H04L27/2655—Synchronisation arrangements
    • H04L27/2662—Symbol synchronisation
    • H04L27/2665—Fine synchronisation, e.g. by positioning the FFT window
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access
    • H04W74/08—Non-scheduled access, e.g. ALOHA
    • H04W74/0808—Non-scheduled access, e.g. ALOHA using carrier sensing, e.g. carrier sense multiple access [CSMA]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明实施例提供一种LoRa数据包的冲突上行信号解码方法及装置，该方法包括：获取网关的当前接收窗口接收的多个LoRa数据包的信号，将当前接收窗口的起点与任一LoRa数据包的起点对齐；将信号划分至对齐后的当前接收窗口的多个子接收窗口中；将任一子接收窗口中的信号进行解扩频后，再进行傅里叶变换，获取该子接收窗口中信号的各波峰的高度；根据该子接收窗口中信号的各波峰的高度，确定各波峰所属的调制符号是否与该子接收窗口对齐，从该子接收窗口的信号中提取与该子接收窗口对齐的调制符号的波峰，并对波峰进行解码。本发明实施例实现不消耗额外的终端节点能量的同时，对LoRa数据包的冲突上行信号进行准确解码。

Description

LoRa数据包的冲突上行信号解码方法及装置
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种LoRa数据包的冲突上行信号解码方法及装置。
背景技术
LoRa(Long Range Radio，远距离无线电)技术是一种低功耗广域网技术，具有远距离传输和低功耗特性，广泛应用于物联网系统。在电池供电的情况下，部署后的终端节点可以持续工作很多年。此外，在无遮挡的环境中可以将信号传输至数十公里外的LoRa网关。在组网时，LoRa网关采用星状网络拓扑，即单个LoRa网关可同时连接通信范围内数千个终端节点。当多个终端节点同时向LoRa网关发送LoRa数据包的上行信号，这些信号将在LoRa网关处发生冲突，造成数据损坏甚至丢包。
传统无线网络系统使用信道侦听和冲突避免机制解决上行信号冲突问题。如，802.11协议中使用CSM/ACA(Carrier Sense Multiple Access with CollisionAvoidance，载波监听和冲突避免)来解决上行信号冲突问题。即，在终端发送信号前持续监听信道状态，若检测到信道持续空闲一段时间后，开始向AP(Access Point，接入点)发送数据包；若传输过程中发生信号冲突，则通过随机回退重新传输信号，避免重传时再次冲突。但这类避免冲突的方法，需要终端节点持续性地侦听信道或与网关周期性地同步，消耗大量额外的终端节点能量。
目前还提出利用干扰消去技术，从冲突信号中还原各数据包的内容。例如，在蜂窝系统中，使用能量控制和连续干扰消去对冲突上行信号进行解码。但这类技术要求冲突信号的能量差异满足特定的要求，并且解码的性能受信道噪声的严重影响，导致解码结果不准确。综上所述，现有的LoRa数据包的冲突上行信号解码方法需要消耗大量额外的终端节点能量，具有很大的局限性且解码结果不准确。
发明内容
本发明实施例提供一种LoRa数据包的冲突上行信号解码方法及装置，用以解决现有技术中LoRa数据包的冲突上行信号解码方法需要消耗大量额外的终端节点能量，具有很大的局限性且解码结果不准确的缺陷，实现不消耗额外的终端节点能量的同时，对LoRa数据包的冲突上行信号进行准确解码。
本发明实施例提供一种LoRa数据包的冲突上行信号解码方法，包括：
获取网关的当前接收窗口接收的多个LoRa数据包的信号，将所述当前接收窗口的起点与任一所述LoRa数据包的起点对齐；
将所述信号划分至对齐后的所述当前接收窗口的多个子接收窗口中；其中，每个子接收窗口的大小与所述LoRa数据包中每个调制符号的接收时长相同；
将任一子接收窗口中的信号进行解扩频后，再进行傅里叶变换，获取该子接收窗口中信号的各波峰的高度；
根据该子接收窗口中信号的各波峰的高度，确定各波峰所属的调制符号是否与该子接收窗口对齐，从该子接收窗口的信号中提取与该子接收窗口对齐的调制符号的波峰，并对所述波峰进行解码。
根据本发明一个实施例的LoRa数据包的冲突上行信号解码方法，所述根据该子接收窗口中信号的各波峰的高度，确定各波峰所属的调制符号是否与该子接收窗口对齐，包括：
基于非均匀函数对该子接收窗口中的信号进行非均匀缩放；
对非均匀缩放后的信号进行解扩频后，再进行傅里叶变换，获取非均匀缩放后的信号的各波峰的高度；
将非均匀缩放前后各波峰的高度进行比较，根据比较结果确定信号的各波峰所属的调制符号是否与该子接收窗口对齐。
根据本发明一个实施例的LoRa数据包的冲突上行信号解码方法，所述将非均匀缩放前后各波峰的高度进行比较，根据比较结果确定信号的各波峰所属的调制符号是否与该子接收窗口对齐，包括：
计算非均匀缩放后与非均匀缩放前每个波峰的高度之间的比值；
计算所述非均匀函数在该子接收窗口内的积分值，并计算所述积分值与每个波峰对应的比值之间的差值；
确定最小差值对应的波峰所属的调制符号与该子接收窗口对齐。
根据本发明一个实施例的LoRa数据包的冲突上行信号解码方法，所述非均匀函数为单调函数，且所述非均匀函数在任一子接收窗口两端的变化程度大于第一预设阈值，在任一子接收窗口中间的变化程度小于第二预设阈值。
根据本发明一个实施例的LoRa数据包的冲突上行信号解码方法，所述将所述当前接收窗口的起点与任一所述LoRa数据包的起点对齐，包括：
按照所述多个LoRa数据包的起点的先后顺序，将所述当前接收窗口的起点与任一所述LoRa数据包的起点对齐。
本发明实施例还提供一种LoRa数据包的冲突上行信号解码装置，包括：
对齐模块，用于获取网关的当前接收窗口接收的多个LoRa数据包的信号，将所述当前接收窗口的起点与任一所述LoRa数据包的起点对齐；
划分模块，用于将所述信号划分至对齐后的所述当前接收窗口的多个子接收窗口中；其中，每个子接收窗口的大小与所述LoRa数据包中每个调制符号的接收时长相同；
获取模块，用于将任一子接收窗口中的信号进行解扩频后，再进行傅里叶变换，获取该子接收窗口中信号的各波峰的高度；
解码模块，用于根据该子接收窗口中信号的各波峰的高度，确定各波峰所属的调制符号是否与该子接收窗口对齐，从该子接收窗口的信号中提取与该子接收窗口对齐的调制符号的波峰，并对所述波峰进行解码。
根据本发明一个实施例的LoRa数据包的冲突上行信号解码装置，所述解码模块具体用于：
基于非均匀函数对该子接收窗口中的信号进行非均匀缩放；
对非均匀缩放后的信号进行解扩频后，再进行傅里叶变换，获取非均匀缩放后的信号的各波峰的高度；
将非均匀缩放前后各波峰的高度进行比较，根据比较结果确定信号的各波峰所属的调制符号是否与该子接收窗口对齐。
根据本发明一个实施例的LoRa数据包的冲突上行信号解码装置，所述解码模块进一步用于：
计算非均匀缩放后与非均匀缩放前每个波峰的高度之间的比值；
计算所述非均匀函数在该子接收窗口内的积分值，并计算所述积分值与每个波峰对应的比值之间的差值；
确定最小差值对应的波峰所属的调制符号与该子接收窗口对齐。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述LoRa数据包的冲突上行信号解码方法的步骤。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述LoRa数据包的冲突上行信号解码方法的步骤。
本发明实施例提供的LoRa数据包的冲突上行信号解码方法及装置，通过将当前接收窗口的起点与任一LoRa数据包的起点对齐，将信号划分到对齐后的当前接收窗口的多个子接收窗口中，对任一子接收窗口中的信号进行解扩频后，再进行傅里叶变换，获取该子接收窗口中信号的各波峰的高度，根据各波峰的高度的差异，将与该子接收窗口中唯一对齐的调制符号的波峰提取出来，并对提取的波峰进行解码，获得提取的波峰对应的LoRa数据包的信号准确的解码结果；此外，获取多个LoRa数据包的信号后，根据波峰的特征获取各个LoRa数据包的解码结果，节约了终端节点为避免信号冲突而重新传输LoRa数据包带来的额外的节点能量消耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种LoRa数据包的冲突上行信号解码方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种LoRa数据包的冲突上行信号解码方法中信号划分的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种LoRa数据包的冲突上行信号解码方法中波峰提取的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种LoRa数据包的冲突上行信号解码方法中非均匀函数的分布示意图；
图5是本发明实施例提供的一种LoRa数据包的冲突上行信号解码方法中非均匀缩放后的信号的分布示意图；
图6是本发明实施例提供的一种LoRa数据包的冲突上行信号解码装置的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1描述本发明实施例的LoRa数据包的冲突上行信号解码方法，包括：步骤101，获取网关的当前接收窗口接收的多个LoRa数据包的信号，将所述当前接收窗口的起点与任一所述LoRa数据包的起点对齐；
其中，网关是网络与网络之间的连接器，在网络层以上实现网络互连，是一种复杂的网络互连设备。在组网时，LoRa(Long Range Radio，远距离无线电)网关采用星状网络拓扑，单个网关可同时连接多个终端节点。LoRa数据包在物理层包括前导码、可选报头和数据有效负载。
获取到网关的当前接收窗口接收的多个LoRa数据包的信号后，根据各LoRa数据包的前导码结构，可以获取各LoRa数据包的起点。首先，计算接收的各LoRa数据包的前导码对应的信号与标准前导码对应的信号之间的相关性，得到各LoRa数据包的前导码对应的信号与标准前导码对应的信号之间的相关程度。然后，通过对相关程度进行分析，得到各LoRa数据包的起点。将任一LoRa数据包作为目标数据包，对当前接收窗口的起点进行调整，使当前接收窗口的起点与目标数据包的起点对齐。
步骤102，将所述信号划分至对齐后的所述当前接收窗口的多个子接收窗口中；其中，每个子接收窗口的大小与所述LoRa数据包中每个调制符号的接收时长相同；
具体地，将对齐后的当前接收窗口划分为多个连续的子接收窗口，根据划分的多个子接收窗口对信号进行分段。每个子接收窗口的大小与LoRa数据包中每个调制符号的接收时长相同。并且，对齐后的当前接收窗口的起点与目标数据包的起点对齐。所以，使用划分的多个子接收窗口对信号进行分段后，目标数据包中的每个调制符号都恰好落入一个接收窗口。
将多个数据包中除了目标数据包以外的其他的数据包定义为冲突数据包。由于冲突数据包的起点与当前接收窗口的起点不完全对齐，因此，任意相邻的两个子接收窗口将冲突数据包中的某个调制符号划分为两段，该调制符号占据所述两个子接收窗口的左侧或右侧部分。综上所述，每个子接收窗口有一个与该子接收窗口对齐的调制符号，以及多个与该子接收窗口不完全对齐的调制符号。
步骤103，将任一子接收窗口中的信号进行解扩频后，再进行傅里叶变换，获取该子接收窗口中信号的各波峰的高度；
其中，傅里叶变换表示能将满足一定条件的某个函数表示成三角函数，如，正弦函数或余弦函数。也可以将该函数表示为正弦函数和余弦函数的积分的线性组合。通过傅里叶变换可以将时域上的信号转换为频域。
对任一子接收窗口中的信号进行解扩频和傅里叶变换后，可以将该子接收窗口中的信号由时域转换至频域，得到该子接收窗口中信号的波峰高度。其中，每个子接收窗口中存在多个波峰，每个波峰对应一个调制符号。例如，图2中将信号划分至四个子接收窗口，其中第二个子接收窗口包含3个调制符号分别为调制符号1、调制符号2和调制符号3，将该子接收窗口的信号进行解扩频和傅里叶变换后，可以得到调制符号1、调制符号2和调制符号3的波峰的高度分别为h1、h2和h3。
步骤104，根据该子接收窗口中信号的各波峰的高度，确定各波峰所属的调制符号是否与该子接收窗口对齐，从该子接收窗口的信号中提取与该子接收窗口对齐的调制符号的波峰，并对所述波峰进行解码。
具体地，任一子接收窗口中的信号经过解扩频和傅里叶变换后，可以获得多个波峰的高度。其中，每个波峰的高度表示与其所属的调制符号的能量。根据各调制符号的能量差异，可以确定与该子接受窗口对齐的调制符号，从而可以将该调制符号的波峰提取出来。该波峰对应目标数据包在该子接收窗口的信号。通过将每个子接收窗口提取的波峰传输给LoRa解码器，可以得到目标数据包的信号解码结果。
网关的当前接收窗口同时接收到多个LoRa数据包的信号，造成信号冲突。为了对每个LoRa数据包的信号进行准确解码，本实施例通过提取与每个子接收窗口对齐的调制符号的波峰，对提取的波峰进行解码，得到所述波峰对应的数据包的信号准确的解码结果，从而提高LoRa数据包的信号的传输效率和延长终端节点的使用寿命。
本实施例通过将当前接收窗口的起点与任一LoRa数据包的起点对齐，将信号划分到对齐后的当前接收窗口的多个子接收窗口中，对任一子接收窗口中的信号进行解扩频后，再进行傅里叶变换，获取该子接收窗口中信号的各波峰的高度，根据各波峰的高度的差异，将与该子接收窗口中唯一对齐的调制符号的波峰提取出来，并对提取的波峰进行解码，获得提取的波峰对应的LoRa数据包的信号准确的解码结果；此外，获取多个LoRa数据包的信号后，根据波峰的特征获取各个LoRa数据包的解码结果，节约了终端节点为避免信号冲突而重新传输LoRa数据包带来的额外的节点能量消耗。
在上述实施例的基础上，本实施例中所述根据该子接收窗口中信号的各波峰的高度，确定各波峰所属的调制符号是否与该子接收窗口对齐，包括：基于非均匀函数对该子接收窗口中的信号进行非均匀缩放；对非均匀缩放后的信号进行解扩频后，再进行傅里叶变换，获取非均匀缩放后的信号的各波峰的高度；将非均匀缩放前后各波峰的高度进行比较，根据比较结果确定信号的各波峰所属的调制符号是否与该子接收窗口对齐。
具体地，采用多个子接收窗口将信号进行分段后，任一子接收窗口只有唯一的与该子接收窗口完全对齐的调制符号，其他调制符号都只占据该子接收窗口的左侧或右侧的部分区域。为了准确识别出与该子接收窗口对齐的调制符号，采用非均匀函数对该子接收窗口中的信号进行非均匀缩放调整，使得与该子接收窗口对齐的调制符号对应的信号与其他调制符号对应的信号具有较大差异。非均匀缩放后，该子接收窗口中不同位置的信号进行了不同程度地缩放，且各位置的信号表现出较大的差异。
将非均匀缩放后的信号进行解扩频和傅里叶变换后，可以获取的非均匀缩放后的信号的各波峰，各波峰也发生了不同程度的变化。其中，每个波峰的高度表示与其所属的调制符号的能量。该子接收窗口中不同位置的信号进行了不同程度地缩放，所以非均匀缩放前后每个波峰所属的调制符号的能量也发生了不同程度的变化。通过分析各调制符号的能量变化情况，可以确定各调制符号是否与该子接收窗口对齐。
例如，图3所示为某个子接收窗口中的信号进行非均匀缩放前后的变化情况，以及对非均匀缩放前后的信号进行解扩频和傅里叶变换后，各波峰的变化情况。通过分析可知，非均匀缩放前后该子接收窗口中不同位置的信号发生了很大的变化，且各位置的信号的波峰的高度也发生了变化。
在上述实施例的基础上，本实施例中所述将非均匀缩放前后各波峰的高度进行比较，根据比较结果确定信号的各波峰所属的调制符号是否与该子接收窗口对齐，包括：计算非均匀缩放后与非均匀缩放前每个波峰的高度之间的比值；计算所述非均匀函数在该子接收窗口内的积分值，并计算所述积分值与每个波峰对应的比值之间的差值；确定最小差值对应的波峰所属的调制符号与该子接收窗口对齐。
具体地，为了获取各调制符号的能量变化情况，将非均匀缩放后任一波峰的高度除以非均匀缩放前该波峰的高度，计算公式如下：
Figure BDA0002751835500000101
其中，αi为非均匀缩放后与非均匀缩放前第i个波峰的高度之间的比值，h′i表示非均匀缩放后的第i个波峰的高度，hi表示非均匀缩放前的第i个波峰的高度。
通过在该子接收窗口内对非均匀函数进行积分，得到非均匀函数在该子接收窗口内积分值。当子接收窗口中的某个调制符号与该子接收窗口对齐，则该调制符号的能量变化值等于非均匀函数在该子接收窗口内的积分值。因此，可以将非均匀函数在接收窗口内的积分值作为参照值，在该子接收窗口中搜索调制符号的能量变化值与参照值最接近的波峰。即，计算积分值与每个波峰对应的比值之间的差值，确定最小差值对应的波峰所属的调制符号与该子接收窗口对齐。
在上述实施例的基础上，本实施例中所述非均匀函数为单调函数，且所述非均匀函数在任一子接收窗口两端的变化程度大于第一预设阈值，在任一子接收窗口中间的变化程度小于第二预设阈值。
具体地，任一子接收窗口有一个与该子接收窗口完全对齐的调制符号，其他调制符号位于该子接收窗口的两端。为了最大化与该子接收窗口对齐的调制符号和其他调制符号的差异，采用一个单调的非均匀函数对该子接收窗口的信号进行缩放。采用的非均匀函数在该子接收窗口两端大于第一预设阈值，在该子接收窗口中间的变化程度小于第二预设阈值。其中第一预设阈值远大于第二预设阈值。如图4所示为非均匀函数的示意图。采用这种非均匀函数对该子接收窗口的信号进行缩放，使得该子接收窗口两端的信号发生剧烈的变化，该子接收窗口中间的信号发生平稳的变化。如图5所示为非均匀缩放前与非均匀缩放后的某子接收窗口的信号分布图。
在上述各实施例的基础上，本实施例中所述将所述当前接收窗口的起点与任一所述LoRa数据包的起点对齐，包括：按照所述多个LoRa数据包的起点的先后顺序，将所述当前接收窗口的起点与任一所述LoRa数据包的起点对齐。
其中，LoRa数据包的起点的先后顺序为各个LoRa数据包到达当前接收窗口的顺序。为了使得先到达当前接收窗口的数据包先进行解码，可以按照多个LoRa数据包的起点的先后顺序，将任一LoRa数据包作为目标数据包。调整当前接收窗口的起点，使得当前接收窗口的起点与目标数据包的起点对齐，然后采用上述LoRa数据包的冲突上行信号解码方法，获取所有LoRa数据包的信号的解码结果。
下面对本发明实施例提供的LoRa数据包的冲突上行信号解码装置进行描述，下文描述的LoRa数据包的冲突上行信号解码装置与上文描述的LoRa数据包的冲突上行信号解码方法可相互对应参照。
如图6所示，本实施例提供一种LoRa数据包的冲突上行信号解码装置，包括对齐模块601、划分模块602、获取模块603和解码模块604，其中：
对齐模块601用于获取网关的当前接收窗口接收的多个LoRa数据包的信号，将所述当前接收窗口的起点与任一所述LoRa数据包的起点对齐；
获取到网关的当前接收窗口接收的多个LoRa数据包的信号后，对齐模块601根据各LoRa数据包的前导码结构，可以获取各LoRa数据包的起点。首先，计算接收的各LoRa数据包的前导码对应的信号与标准前导码对应的信号之间的相关性，得到各LoRa数据包的前导码对应的信号与标准前导码对应的信号之间的相关程度。然后，通过对相关程度进行分析，得到各LoRa数据包的起点。将任一LoRa数据包作为目标数据包，对当前接收窗口的起点进行调整，使当前接收窗口的起点与目标数据包的起点对齐。
划分模块602用于将所述信号划分至对齐后的所述当前接收窗口的多个子接收窗口中；其中，每个子接收窗口的大小与所述LoRa数据包中每个调制符号的接收时长相同；
具体地，划分模块602将对齐后的当前接收窗口划分为多个连续的子接收窗口，根据划分的多个子接收窗口对信号进行分段。每个子接收窗口的大小与LoRa数据包中每个调制符号的接收时长相同。并且，对齐后的当前接收窗口的起点与目标数据包的起点对齐。所以，使用划分的多个子接收窗口对信号进行分段后，目标数据包中的每个调制符号都恰好落入一个接收窗口。
将多个数据包中除了目标数据包以外的其他的数据包定义为冲突数据包。由于冲突数据包的起点与当前接收窗口的起点不完全对齐，因此，任意相邻的两个子接收窗口将冲突数据包中的某个调制符号划分为两段，该调制符号占据所述两个子接收窗口的左侧或右侧部分。综上所述，每个子接收窗口有一个与该子接收窗口对齐的调制符号，以及多个与该子接收窗口不完全对齐的调制符号。
获取模块603用于将任一子接收窗口中的信号进行解扩频后，再进行傅里叶变换，获取该子接收窗口中信号的各波峰的高度；
其中，傅里叶变换表示能将满足一定条件的某个函数表示成三角函数，如，正弦函数或余弦函数。也可以将该函数表示为正弦函数和余弦函数的积分的线性组合。通过傅里叶变换可以将时域上的信号转换为频域。
获取模块603对任一子接收窗口中的信号进行解扩频和傅里叶变换后，可以将该子接收窗口中的信号由时域转换至频域，得到该子接收窗口中信号的波峰高度。其中，每个子接收窗口中存在多个波峰，每个波峰对应一个调制符号。
解码模块604用于根据该子接收窗口中信号的各波峰的高度，确定各波峰所属的调制符号是否与该子接收窗口对齐，从该子接收窗口的信号中提取与该子接收窗口对齐的调制符号的波峰，并对所述波峰进行解码。
具体地，任一子接收窗口中的信号经过解扩频和傅里叶变换后，可以获得多个波峰的高度。其中，每个波峰的高度表示与其所属的调制符号的能量。根据各调制符号的能量差异，可以确定与该子接受窗口对齐的调制符号，从而可以将该调制符号的波峰提取出来。该波峰对应目标数据包在该子接收窗口的信号。通过将每个子接收窗口提取的波峰传输给LoRa解码器，可以得到目标数据包的信号解码结果。
网关的当前接收窗口同时接收到多个LoRa数据包的信号，造成信号冲突。为了对每个LoRa数据包的信号进行准确解码，解码模块604通过提取与每个子接收窗口对齐的调制符号的波峰，对提取的波峰进行解码，得到所述波峰对应的数据包的信号准确的解码结果，从而提高LoRa数据包的信号的传输效率和延长终端节点的使用寿命。
本实施例通过将当前接收窗口的起点与任一LoRa数据包的起点对齐，将信号划分到对齐后的当前接收窗口的多个子接收窗口中，对任一子接收窗口中的信号进行解扩频后，再进行傅里叶变换，获取该子接收窗口中信号的各波峰的高度，根据各波峰的高度的差异，将与该子接收窗口中唯一对齐的调制符号的波峰提取出来，并对提取的波峰进行解码，获得提取的波峰对应的LoRa数据包的信号准确的解码结果；此外，获取多个LoRa数据包的信号后，根据波峰的特征获取各个LoRa数据包的解码结果，节约了终端节点为避免信号冲突而重新传输LoRa数据包带来的额外的节点能量消耗。
在上述实施例的基础上，本实施例中解码模块具体用于：基于非均匀函数对该子接收窗口中的信号进行非均匀缩放；对非均匀缩放后的信号进行解扩频后，再进行傅里叶变换，获取非均匀缩放后的信号的各波峰的高度；将非均匀缩放前后各波峰的高度进行比较，根据比较结果确定信号的各波峰所属的调制符号是否与该子接收窗口对齐。
在上述实施例的基础上，本实施例中解码模块，还用于计算非均匀缩放后与非均匀缩放前每个波峰的高度之间的比值；计算所述非均匀函数在该子接收窗口内的积分值，并计算所述积分值与每个波峰对应的比值之间的差值；确定最小差值对应的波峰所属的调制符号与该子接收窗口对齐。
在上述实施例的基础上，本实施例中所述非均匀函数为单调函数，且所述非均匀函数在任一子接收窗口两端的变化程度大于第一预设阈值，在任一子接收窗口中间的变化程度小于第二预设阈值。
在上述各实施例的基础上，本实施例中对齐模块具体用于：按照所述多个LoRa数据包的起点的先后顺序，将所述当前接收窗口的起点与任一所述LoRa数据包的起点对齐。
图7示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图7所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)701、通信接口(Communications Interface)702、存储器(memory)703和通信总线704，其中，处理器701，通信接口702，存储器703通过通信总线704完成相互间的通信。处理器701可以调用存储器703中的逻辑指令，以执行LORA数据包的冲突上行信号解码方法，该方法包括：获取网关的当前接收窗口接收的多个LoRa数据包的信号，将所述当前接收窗口的起点与任一所述LoRa数据包的起点对齐；将所述信号划分至对齐后的所述当前接收窗口的多个子接收窗口中；其中，每个子接收窗口的大小与所述LoRa数据包中每个调制符号的接收时长相同；将任一子接收窗口中的信号进行解扩频后，再进行傅里叶变换，获取该子接收窗口中信号的各波峰的高度；根据该子接收窗口中信号的各波峰的高度，确定各波峰所属的调制符号是否与该子接收窗口对齐，从该子接收窗口的信号中提取与该子接收窗口对齐的调制符号的波峰，并对所述波峰进行解码。
此外，上述的存储器703中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的LORA数据包的冲突上行信号解码方法，该方法包括：获取网关的当前接收窗口接收的多个LoRa数据包的信号，将所述当前接收窗口的起点与任一所述LoRa数据包的起点对齐；将所述信号划分至对齐后的所述当前接收窗口的多个子接收窗口中；其中，每个子接收窗口的大小与所述LoRa数据包中每个调制符号的接收时长相同；将任一子接收窗口中的信号进行解扩频后，再进行傅里叶变换，获取该子接收窗口中信号的各波峰的高度；根据该子接收窗口中信号的各波峰的高度，确定各波峰所属的调制符号是否与该子接收窗口对齐，从该子接收窗口的信号中提取与该子接收窗口对齐的调制符号的波峰，并对所述波峰进行解码。
又一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的LORA数据包的冲突上行信号解码方法，该方法包括：获取网关的当前接收窗口接收的多个LoRa数据包的信号，将所述当前接收窗口的起点与任一所述LoRa数据包的起点对齐；将所述信号划分至对齐后的所述当前接收窗口的多个子接收窗口中；其中，每个子接收窗口的大小与所述LoRa数据包中每个调制符号的接收时长相同；将任一子接收窗口中的信号进行解扩频后，再进行傅里叶变换，获取该子接收窗口中信号的各波峰的高度；根据该子接收窗口中信号的各波峰的高度，确定各波峰所属的调制符号是否与该子接收窗口对齐，从该子接收窗口的信号中提取与该子接收窗口对齐的调制符号的波峰，并对所述波峰进行解码。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种LoRa数据包的冲突上行信号解码方法，其特征在于，包括：
获取网关的当前接收窗口接收的多个LoRa数据包的信号，将所述当前接收窗口的起点与任一所述LoRa数据包的起点对齐；
将所述信号划分至对齐后的所述当前接收窗口的多个子接收窗口中；其中，每个子接收窗口的大小与所述LoRa数据包中每个调制符号的接收时长相同；
将任一子接收窗口中的信号进行解扩频后，再进行傅里叶变换，获取该子接收窗口中信号的各波峰的高度；
根据该子接收窗口中信号的各波峰的高度，确定各波峰所属的调制符号是否与该子接收窗口对齐，从该子接收窗口的信号中提取与该子接收窗口对齐的调制符号的波峰，并对所述波峰进行解码。
2.根据权利要求1所述的LoRa数据包的冲突上行信号解码方法，其特征在于，所述根据该子接收窗口中信号的各波峰的高度，确定各波峰所属的调制符号是否与该子接收窗口对齐，包括：
基于非均匀函数对该子接收窗口中的信号进行非均匀缩放；
对非均匀缩放后的信号进行解扩频后，再进行傅里叶变换，获取非均匀缩放后的信号的各波峰的高度；
将非均匀缩放前后各波峰的高度进行比较，根据比较结果确定信号的各波峰所属的调制符号是否与该子接收窗口对齐。
3.根据权利要求2所述的LoRa数据包的冲突上行信号解码方法，其特征在于，所述将非均匀缩放前后各波峰的高度进行比较，根据比较结果确定信号的各波峰所属的调制符号是否与该子接收窗口对齐，包括：
计算非均匀缩放后与非均匀缩放前每个波峰的高度之间的比值；
计算所述非均匀函数在该子接收窗口内的积分值，并计算所述积分值与每个波峰对应的比值之间的差值；
确定最小差值对应的波峰所属的调制符号与该子接收窗口对齐。
4.根据权利要求2所述的LoRa数据包的冲突上行信号解码方法，其特征在于，所述非均匀函数为单调函数，且所述非均匀函数在任一子接收窗口两端的变化程度大于第一预设阈值，在任一子接收窗口中间的变化程度小于第二预设阈值。
5.根据权利要求1-4任一所述的LoRa数据包的冲突上行信号解码方法，其特征在于，所述将所述当前接收窗口的起点与任一所述LoRa数据包的起点对齐，包括：
按照所述多个LoRa数据包的起点的先后顺序，将所述当前接收窗口的起点与任一所述LoRa数据包的起点对齐。
6.一种LoRa数据包的冲突上行信号解码装置，其特征在于，包括：
对齐模块，用于获取网关的当前接收窗口接收的多个LoRa数据包的信号，将所述当前接收窗口的起点与任一所述LoRa数据包的起点对齐；
划分模块，用于将所述信号划分至对齐后的所述当前接收窗口的多个子接收窗口中；其中，每个子接收窗口的大小与所述LoRa数据包中每个调制符号的接收时长相同；
获取模块，用于将任一子接收窗口中的信号进行解扩频后，再进行傅里叶变换，获取该子接收窗口中信号的各波峰的高度；
解码模块，用于根据该子接收窗口中信号的各波峰的高度，确定各波峰所属的调制符号是否与该子接收窗口对齐，从该子接收窗口的信号中提取与该子接收窗口对齐的调制符号的波峰，并对所述波峰进行解码。
7.根据权利要求6所述的LoRa数据包的冲突上行信号解码装置，其特征在于，所述解码模块具体用于：
基于非均匀函数对该子接收窗口中的信号进行非均匀缩放；
对非均匀缩放后的信号进行解扩频后，再进行傅里叶变换，获取非均匀缩放后的信号的各波峰的高度；
将非均匀缩放前后各波峰的高度进行比较，根据比较结果确定信号的各波峰所属的调制符号是否与该子接收窗口对齐。
8.根据权利要求7所述的LoRa数据包的冲突上行信号解码装置，其特征在于，所述解码模块进一步用于：
计算非均匀缩放后与非均匀缩放前每个波峰的高度之间的比值；
计算所述非均匀函数在该子接收窗口内的积分值，并计算所述积分值与每个波峰对应的比值之间的差值；
确定最小差值对应的波峰所属的调制符号与该子接收窗口对齐。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5任一项所述LoRa数据包的冲突上行信号解码方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述LoRa数据包的冲突上行信号解码方法的步骤。
CN202011187777.5A 2020-10-29 2020-10-29 LoRa数据包的冲突上行信号解码方法及装置 Active CN112437464B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011187777.5A CN112437464B (zh) 2020-10-29 2020-10-29 LoRa数据包的冲突上行信号解码方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011187777.5A CN112437464B (zh) 2020-10-29 2020-10-29 LoRa数据包的冲突上行信号解码方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112437464A true CN112437464A (zh) 2021-03-02
CN112437464B CN112437464B (zh) 2022-04-15

Family

ID=74694791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011187777.5A Active CN112437464B (zh) 2020-10-29 2020-10-29 LoRa数据包的冲突上行信号解码方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112437464B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113285737A (zh) * 2021-04-01 2021-08-20 清华大学 一种LoRa冲突解码中消除信号干扰的方法及系统
CN115052316A (zh) * 2022-06-07 2022-09-13 华中科技大学 一种LoRa数据包碰撞消除的方法、装置和系统
CN115664591A (zh) * 2022-09-30 2023-01-31 清华大学 基于能量聚集的广域物联网数据包冲突解码方法及装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160094269A1 (en) * 2014-09-30 2016-03-31 Semtech Corporation Wireless communication method
CN110677173A (zh) * 2018-07-02 2020-01-10 商升特公司 低功率、跳频广域网中的冲突缓解
CN110809200A (zh) * 2019-11-12 2020-02-18 西北大学 一种无源backscatter长距离通信系统
US20200204251A1 (en) * 2018-12-19 2020-06-25 Pusan National University Industry-University Cooperation Foundation Multi-Access Method and Apparatus for Lora Tag Using Backscatter Communication

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160094269A1 (en) * 2014-09-30 2016-03-31 Semtech Corporation Wireless communication method
CN110677173A (zh) * 2018-07-02 2020-01-10 商升特公司 低功率、跳频广域网中的冲突缓解
US20200204251A1 (en) * 2018-12-19 2020-06-25 Pusan National University Industry-University Cooperation Foundation Multi-Access Method and Apparatus for Lora Tag Using Backscatter Communication
CN110809200A (zh) * 2019-11-12 2020-02-18 西北大学 一种无源backscatter长距离通信系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHUAI TONG: "CoLoRa: Enabling Multi-Packet Reception in LoRa", 《IEEE》 *
郑斯辉; 陈翔: "基于USRP的DBO-CSS系统研究与实现", 《太赫兹科学与电子信息学报》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113285737A (zh) * 2021-04-01 2021-08-20 清华大学 一种LoRa冲突解码中消除信号干扰的方法及系统
CN113285737B (zh) * 2021-04-01 2022-04-15 清华大学 一种LoRa冲突解码中消除信号干扰的方法及系统
CN115052316A (zh) * 2022-06-07 2022-09-13 华中科技大学 一种LoRa数据包碰撞消除的方法、装置和系统
CN115052316B (zh) * 2022-06-07 2024-09-06 华中科技大学 一种LoRa数据包碰撞消除的方法、装置和系统
CN115664591A (zh) * 2022-09-30 2023-01-31 清华大学 基于能量聚集的广域物联网数据包冲突解码方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN112437464B (zh) 2022-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112437464B (zh) LoRa数据包的冲突上行信号解码方法及装置
EP2932613B1 (en) Adaptive channel reuse mechanism in communication networks
EP2813123B1 (en) Systems and methods for reducing collisions after traffic indication map paging
CN109041253B (zh) 无人机集群测控中基于迭代检测的分集接入方法及系统
Khorov et al. Two-slot based model of the IEEE 802.11 ah restricted access window with enabled transmissions crossing slot boundaries
JP7299222B2 (ja) 無線ウェイクアップパケット送信方法及び装置並びに無線ウェイクアップパケット受信方法及び装置
US11368977B2 (en) Data transmission method and apparatus
CN104811972A (zh) 随机接入信道假警报控制
CN109617649B (zh) 一种基于WiFi设备的ZigBee信号解码方法及装置
US11438204B2 (en) Physical layer convergence procedure protocol data unit communication method and related apparatus
CN114375055B (zh) 一种带宽处理方法、装置、设备及存储介质
CN112399472B (zh) 用于低功耗广域网的上行冲突信号解码方法及系统
CN115988553A (zh) 一种信号监测方法、装置及监测设备
Buratti A mathematical model for performance of IEEE 802.15. 4 beacon-enabled mode
Wang et al. Performance analysis and optimization of IEEE 802.11 DCF with constant contention window
CN109729572B (zh) 无线唤醒包发送与接收方法与装置
US20150080045A1 (en) Base station, wireless communication system, and wireless communication method
EP3753212B1 (en) Packet detection in a wireless communication network for power grid control
CN115664591B (zh) 基于能量聚集的广域物联网数据包冲突解码方法及装置
EP3668053B1 (en) Processing method and device for receiving signal, receiving equipment and storage medium
Jin et al. Formal analysis and evaluation of the back-off procedure in IEEE802. 11P VANET
Medina-Marin et al. Analysis of packet arrival model for 802.11 protocol under hidden terminals and asynchronous MPR detection
Weng et al. Performance study of IEEE 802.11 DCF with optimal contention window
Shin Unsaturated throughput analysis of IEEE 802.11 DCF under imperfect channel sensing
WO2018145348A1 (zh) 一种判定信道忙闲状态的方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant