CN114025378B

CN114025378B - 一种基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法及系统

Info

Publication number: CN114025378B
Application number: CN202111194501.4A
Authority: CN
Inventors: 郑霄龙; 于夫; 刘亮; 马华东
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2021-10-13
Filing date: 2021-10-13
Publication date: 2023-08-25
Anticipated expiration: 2041-10-13
Also published as: CN114025378A

Abstract

本发明提供一种基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法及系统，该方法包括以下步骤：对所述初级子信道进行多次信道占用检测，接收所述信道占用检测产生的正向信号个数；根据信道占用检测次数和产生的正向信号个数输出第一对照表；根据预设的本次信道占用检测的次数在所述第一对照表中提取对应的部分，构建第二对照表；根据本次检测产生所述正向信号的个数在所述第二对照表中匹配对应部分，输出被占用的子信道。本申请能够根据对初级子信道的检测，对子信道是否被占用，以及其他子信道的被占用情况进行判断，仅仅对初级子信道的检测即可实现对其他子信道的被占用情况进行判断，实现跨信道检测，提高检测效率。

Description

一种基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法及系统

技术领域

本发明涉及信道检测技术领域，尤其涉及一种基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法及系统。

背景技术

随着低功耗长距离通信技术的发展，LoRa被广泛应用于各类物联网应用中，比如定位服务，环境监测，无线感知。LoRa可以提供灵活的BW以及SF配置来满足不同场景下的传输需求。如今，在全球范围内，已经有超过130家运营商提供大范围的LoRa服务。LoRa设备数量的爆炸式增长显著增加了部署密度和信道占用比例。

面对日益扩展的LoRa网络，监控信道的占用状态是非常关键的。若想要检测LoRa信道是否被占用，则需要对LoRa信道的所有子信道进行CAD(信道活动检测)检测，即若LoRa信道为500khz，需要检测的有4个125khz子信道、2个250khz子信道和1个500khz子信道，共七个子信道，效率低下。

发明内容

鉴于此，本发明实施例提供了一种基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法及系统，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。

本发明的一个方面提供了一种基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法，所述LoRa信道包括多个子信道，所述子信道包括初级子信道、中级子信道和高级子信道，所述初级子信道设置有多个，多个所述初级子信道所处频段不同，每个所述中级子信道覆盖两个所述初级子信道，每个所述高级子信道覆盖两个所述中级子信道，该方法包括以下步骤：

对所述初级子信道进行多次信道占用检测，接收所述信道占用检测所产生的正向信号个数；

根据信道占用检测次数和产生的正向信号个数输出第一对照表，所述第一对照表记录有在对所述初级子信道使用不同信道占用检测次数情况下，产生不同正向信号个数对应被占用的所述子信道；

根据预设的本次信道占用检测的次数在所述第一对照表中提取对应的部分，构建第二对照表；

根据本次检测产生所述正向信号的个数在所述第二对照表中匹配对应部分，输出被占用的子信道。

采用上述方案，本申请能够根据对初级子信道的检测，对子信道是否被占用，以及其他子信道的被占用情况进行判断，仅仅对初级子信道的检测即可实现对其他子信道的被占用情况进行判断，实现跨信道检测，提高检测效率。

在本发明的一些实施方式中，所述第一对照表根据如下公式构建：

为信道占用检测所产生的所述正向信号数量；N_CAD为信道占用检测的次数；/>为在N_CAD次信道占用检测中所包含的符号数量；min表示若子信道被占用，使用N_CAD次信道占用检测在该子信道最少产生正向信号数量。

在本发明的一些实施方式中，所述根据如下公式计算：

T_CAD为每次信道占用检测的持续时间，T_cal为最后一次信道占用检测的计算时间，信道占用检测一次执行分为两部分，接收信道中的信号和计算相关，对于最后一次信道占用检测，计算时已经不再接收信号；一个LoRa符号的持续时间。

在本发明的一些实施方式中，所述基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法的步骤还包括第二对照表优化，所述第二对照表优化的步骤包括第一优化，所述第一优化包括步骤：

接收原始第二对照表，对原始第二对照表中每个子信道对应的正向信号数量进行拓宽，拓宽至

在本发明的一些实施方式中，公式计算出的为检测窗口与符号完全对齐的情况下进行计算得到的结果，但在实际状况中，两者未必对齐，使得更多的符号被包含进来，因此，对原始第二对照表中每个子信道对应的正向信号数量进行拓宽，拓宽至/>

在本发明的一些实施方式中，所述第二对照表优化的步骤包括第二优化，所述第二优化包括步骤：

对空闲信道情况下的正向信号数量拓宽至包括正向信号数0、1两种情况。

在本发明的一些实施方式中，对所述初级子信道进行检测时，若子信道为空闲信道，则不会出现正向信号，但在噪声影响下也存在出现一个正向信号的情况，因此，对空闲信道情况下的正向信号数量进行拓宽，即包括正向信号数0、1两种情况。

在本发明的一些实施方式中，若信道占用检测次数为7，则当正向信号出现4次时，存在中级子信道或高级子信道被占用的两种情况，所述第二对照表优化的步骤包括第三优化，所述第三优化包括步骤：

则若信道占用检测次数为7，正向信号出现4次，则判断是否满足跳变准则，所述跳变准则为，4次正向信号中存在跳变点，且在该跳变点之后存在两个连续的正向信号；

若是，则被占用的为中级子信道；

若否，则被占用的为高级子信道。

在本发明的一些实施方式中，在进行信道占用检测时，首先对处于最低频带的初级子信道1进行检测，再对处于同一中级子信道的另一个初级子信道2进行检测，所述基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法的步骤还包括条件加速，所述条件加速包括步骤：

若对所述初级子信道1的多次信道占用检测中未出现正向信号，则接收第一检测阈值，所述第一检测阈值大于1小于对所述初级子信道1的检测次数；

对与所述初级子信道1处于同一中级子信道的另一个初级子信道2进行第一检测阈值次信道占用检测，参考所述第二对照表得出所述初级子信道2的占用情况。

在本发明的一些实施方式中，所述基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法根据多个所述初级子信道所处频带不同，由低频带向高频带逐一对所述初级子信道进行信道占用检测，即所述LoRa信道由低频带向高频带包括初级子信道1、初级子信道2、初级子信道3、初级子信道4，中级子信道1所处的频带为由初级子信道1和初级子信道2组成的频带，中级子信道2所处的频带初级子信道3和初级子信道4组成的频带，高级子信道所处的频带中级子信道1和中级子信道2组成的频带。

在本发明的一些实施方式中，当对所述初级子信道1进行信道占用检测时，能够对初级子信道1，以及初级子信道1所在的中级子信道1和高级子信道是否被占用进行判断；当对所述初级子信道2进行信道占用检测时，能够对所述初级子信道2是否被占用进行判断；当对所述初级子信道3进行信道占用检测时，能够对所述初级子信道3和中级子信道2是否被占用进行判断；当对所述初级子信道4进行信道占用检测时，能够对所述初级子信道4是否被占用进行判断。

在本发明的一些实施方式中，所述基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法还包括步骤更新阈值参数，去除噪声，包括步骤：

接收当前LoRa信道在没有噪声干扰时的接收信号强度指示(RSSI，ReceivedSignalStrength Indication)值，记为RSSI_min；接收当前LoRa信道的接收信号强度指示值，记为RSSI_ave；根据如下公式计算偏移常数k：

接收步长值R_step和计算出的偏移常数k，根据如下公式计算偏移量δ：

δ＝k×R_step；

将计算出的偏移量δ与基础值相加，将二者的和输入LoRa芯片中，得出在该接收信号强度指示值的情况下的阈值参数，即CadDetPeak。

所述LoRa芯片根据所述阈值参数CadDetPeak调整监测阈值th，以提高门限值，防止噪声干扰。

由于LoRa信道中的噪声会对信道占用检测产生干扰，提高LoRa芯片的阈值参数CadDetPeak，能够降低噪声干扰。

本发明的基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法，能够根据对初级子信道的检测，对当下子信道是否被占用，以及其他子信道的被占用情况进行判断，仅仅对初级子信道的检测即可实现对其他子信道的被占用情况进行判断，实现跨信道检测，且不需要再对中级子信道和高级子信道进行检测，提高检测效率。

本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。

图1为本发明基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法第一种实施方式的示意图；

图2为本发明基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法第二种实施方式的示意图；

图3为本发明基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法第三种实施方式的示意图；

图4为本发明基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法第四种实施方式的示意图；

图5为信道占用检测次数总数为7的前提下，正向信号个数为0情况的波形示例图；

图6为信道占用检测次数总数为7的前提下，正向信号个数为1情况的波形示例图；

图7为信道占用检测次数总数为7的前提下，正向信号个数为2情况的波形示例图；

图8为信道占用检测次数总数为7的前提下，正向信号个数为3情况的波形示例图；

图9为信道占用检测次数总数为7的前提下，正向信号个数为4情况的波形示例图；

图10为信道占用检测次数总数为7的前提下，正向信号个数为5情况的波形示例图；

图11为信道占用检测次数总数为7的前提下，正向信号个数为6情况的波形示例图；

图12为信道占用检测次数总数为7的前提下，正向信号个数为7情况的波形示例图；

图13为满足所述跳变准则的波形示例图；

图14为在915MHz频段上需要检测的LoRa信道；

图15为对第二对照表进行第一优化后的结果验证示意图；

图16为不满足所述跳变准则的波形示例图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

如图1所示，本发明的一个方面提供了一种基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法，所述LoRa信道包括多个子信道，所述子信道包括初级子信道、中级子信道和高级子信道，所述初级子信道设置有多个，多个所述初级子信道所处频段不同，每个所述中级子信道覆盖两个所述初级子信道，每个所述高级子信道覆盖两个所述中级子信道，该方法包括以下步骤：

步骤S100，对所述初级子信道进行多次信道占用检测，接收所述信道占用检测所产生的正向信号个数；

在本发明的一些实施方式中，所述信道占用检测可以为对LoRa使用的CAD检测，所述正向信号即为CAD检测所出现的positive信号，每次CAD检测均可能出现positive信号或negative信号(即负向信号)，输出的positive信号或negative信号用于表示信道是否被占用。

步骤S200，根据信道占用检测次数和产生的正向信号个数输出第一对照表，所述第一对照表记录有在对所述初级子信道使用不同信道占用检测次数情况下，产生不同正向信号个数对应被占用的所述子信道；

在本发明的一些实施方式中，所述第一对照表可以为如下的表格，表中Idle表示空闲信道，(4bw，sf+4)表示被占用的为高级子信道，(2bw，sf+2)表示被占用的为中级子信道，(bw，sf)表示被占用的为初级子信道，(BW，SF)表示带宽与扩频因子组合，用于表示信道，bw表示带宽，sf为扩频因子，带宽每增加一倍，扩频因子需要加2，因此，信道包括有(4bw，sf+4)和(2bw，sf+2)的情况；N_CAD为信道占用检测次数，信道和N_CAD为所夹的为正向信号个数；minimum difference表示最小距离；

步骤S300，根据预设的本次信道占用检测的次数在所述第一对照表中提取对应的部分，构建第二对照表；

在本发明的一些实施方式中，若所述信道占用检测的次数为7，则所述第二对照表可以为如下所示表格：

信道	空闲	(4bw,sf+4)	(2bw,sf+2)	(bw,sf)
					CADpositive个数	{0}	{3}	{5}	{7}

表中CAD positive个数即为正向信号个数。

步骤S400，根据本次检测产生所述正向信号的个数在所述第二对照表中匹配对应部分，输出被占用的子信道。

根据上表能够得出，若在所述信道占用检测的次数为7的情况下出现3次正向信号，则被占用的信道为高级子信道，通过对初级子信道的检测实现对高级子信道占用情况的判断。

采用上述方案，本申请能够根据对初级子信道的检测，对当下子信道是否被占用，以及其他子信道的被占用情况进行判断，仅仅对初级子信道的检测即可实现对其他子信道的被占用情况进行判断，实现跨信道检测，提高检测效率。

为多次信道占用检测所产生的所述正向信号数量；N_CAD为信道占用检测的次数；/>为在N_CAD次信道占用检测中所包含的符号数量；min表示若子信道被占用，使用N_CAD次信道占用检测在该子信道最少产生正向信号数量。

在本发明的一些实施方式中，所述根据如下公式计算：

T_CAD为每次信道占用检测的持续时间，T_cal为最后一次信道占用检测的计算时间，信道占用检测一次执行分为两部分，接收信道中的信号和计算相关，对于最后一次CAD，计算时已经不再接收信号；一个LoRa符号的持续时间。

上述信道占用检测均为CAD检测。

即T_det为CAD检测的接收时间、T_cal为CAD检测的计算时间、T_CAD为每次CAD检测的持续时间，如果要执行7次CAD(下面我也以7次CAD为例)，只减去第七次CAD的计算时间，CAD的过程是先接收信号，再计算，如果LoRa符号出现在T_cal内，是不会被接收并检测到的。这里我们是为了计算在7次CAD能够包含几个LoRa符号，所以如果有LoRa符号落在第七次CAD的计算时间内，仍然不会触发CAD positive，这对于通过CAD positive的次数判断是没有意义的，因此减掉。

设则/>则将各个值带入上述公式，可求得对于不同/>对应的/>

代表一个LoRa符号的持续时间；/>表示带宽为125Khz的LoRa符号在对应拓频因子参数下，每个LoRa符号的持续时间；/>表示带宽为250Khz的LoRa符号在对应拓频因子参数下，每个LoRa符号的持续时间；/>表示带宽为500Khz的LoRa符号在对应拓频因子参数下，每个LoRa符号的持续时间；

可以根据公式/>计算，BW为带宽，SF为拓频因子参数。

如图2所示，在本发明的一些实施方式中，所述基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法的步骤还包括步骤S310，第二对照表优化，所述第二对照表优化的步骤包括S311，第一优化，所述第一优化包括步骤：

在本发明的一些实施方式中，第一优化后的第二对照表可以如下表所示：

信道	空闲	(4bw,sf+4)	(2bw,sf+2)	(bw,sf)
					CADpositive个数	{0}	{3,4}	{5,6}	{7}

由于在正常的空闲情况下不会出现positive信号，因此，不对空闲信道情况下的正向信号数量进行拓宽；由于信道占用检测次数一共为7次，最多出现7个正向信号，因此不对初级子信道的正向信号数量进行拓宽。

得到上述表后，为了验证我们以上的推导和设置是否有效，我们针对不同的CAD次数设置进行了实验，得到了如图15所示的结果，图中Error Rate为错误率，TimeConsumption为时间消耗，当CAD次数7已经可以将错误率降至0.1左右，因此，我们选择7作为CAD的次数。

在本发明的一些实施方式中，所述第二对照表优化的步骤包括S312，第二优化，所述第二优化包括步骤：

在本发明的一些实施方式中，第二优化后的第二对照表可以如下表所示：

信道BW/SF	空闲	(4bw,sf+4)	(2bw,sf+2)	(bw,sf)
					CADpositive个数	{0,1}	{3,4}	{5,6}	{7}

在本发明的一些实施方式中，对于250KHz/SF9，500KHz/SF11，即(2bw,sf+2)与(4bw,sf+4)时，会出现值的左偏或右偏，对于右偏，即CAD positive数量增加而超出上表中的数量，我们认为是环境噪声产生的影响，即空闲信道+1，空闲信道包括0、1的两种情况，对于左偏，其原因仍然是由于检测窗口与符号不对齐造成，对于500KHz/SF11，偏移到2并不会对空闲状态的判断产生影响，因此我们直接将2认为是500KHz/SF11的合法值，即对于(4bw,sf+4)，CAD positive的数量应该为{2,3,4}，因此，优化后的所述第二对照表还可以为如下所示的表格：

信道BW/SF	空闲	(4bw,sf+4)	(2bw,sf+2)	(bw,sf)
					CADpositive个数	{0,1}	{2,3,4}	{5,6}	{7}

如图5-12为上表信道占用检测次数总数为7的前提下，图6中的interference为干扰，CAD positive个数从0-7分布的8种情况的波形示例，图中frequency为频率，time为时间，T_det为CAD的接收时间、T_cal为CAD的计算时间、T_CAD为每次CAD的持续时间。

在本发明的一些实施方式中，上述步骤还包括节点首先会周期性的执行h次CAD，h＜7。一旦出现CAD positive，随后会执行7次连续CAD，若全部为CAD Negative，则说明信道是空闲的。

如图13、16所示，图13中Trip Point为跳变点，在本发明的一些实施方式中，若信道占用检测次数为7，则当正向信号出现4次时，存在中级子信道或高级子信道被占用的两种情况，所述第二对照表优化的步骤包括S313，第三优化，所述第三优化包括步骤：

若是，则被占用的为中级子信道；

若否，则被占用的为高级子信道。

采用上述方案，提高对信道占用检测的精准度，防止中级子信道或高级子信道的误判。

如图3所示，在本发明的一些实施方式中，所述基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法在进行信道占用检测时，首先对处于最低频带的初级子信道1进行检测，再对处于同一中级子信道的另一个初级子信道2进行检测，所述基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法的步骤还包括步骤S410，条件加速，所述条件加速包括步骤：

在本发明的一些实施方式中，若设定的信道占用检测次数为7，且初级子信道1的7次检测均未出现正向信号，则说明不存在信号出现在中级子信道1和高级子信道，因此，处于同一中级子信道1的另一初级子信道2，仅存在空闲和单独被占用的两种情况，根据所述第二对照表可知，当对初级子信道2检测的正向信号数量大于1时，即可判断为单独被占用的情况，因此仅需要设置第一检测阈值大于1即可完成检测。

采用上述方案，当满足初级子信道1的7次检测均未出现正向信号的条件时，能够缩小信道占用检测的次数，且不影响检测准确度，提高检测效率。

在本发明的一些实施方式中，当所述初级子信道3出现7次检测均未出现正向信号的条件时，也能进行条件加速，减少对所述初级子信道4的检测次数为所述第一检测阈值。

如图4所示，在本发明的一些实施方式中，由于LoRa信道中的噪声会对信道占用检测产生干扰，提高LoRa芯片的阈值参数CadDetPeak，能够降低噪声干扰，所述基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法还包括步骤S110，噪声去除，包括步骤：

接收当前LoRa信道在没有噪声干扰时的RSSI(Received Signal StrengthIndication，接收的信号强度指示)值，记为RSSI_min；接收当前LoRa信道的接收信号强度指示值，记为RSSI_ave；根据如下公式计算偏移常数k：

δ＝k×R_step；

将计算出的偏移量δ与基础值相加，将二者的和输入LoRa芯片中，得出在该接收信号强度指示值的情况下的阈值参数即CadDetPeak。

所述基础值为对于不同带宽、不同拓频因子的LoRa信道所给出的定值，如：

BW:125 SF:7-基础值：22

BW:125 SF:8-基础值：22

BW:125 SF:9-基础值：23

BW:125 SF:10-基础值：24

BW:125 SF:11-基础值：25

BW:125 SF:12-基础值：28

在本发明的一些实施方式中，所述基础值由Semtech公司官方给定。

面对日益扩展的LoRa网络，监控信道的占用状态是非常关键的。首先，在嗅探信道流量(获取网络上的流量)和检测非法传输之前，我们必须要知道哪个信道正在被占用。除此之外，当自然灾害发生时，快速的信道检测可以帮助救援团队搜索可以用的通信信道甚至幸存者。其次，获取信道占用状态也有助于MAC层介质访问控制(在发送数据的时候，MAC协议可以事先判断是否可以发送数据，如果可以发送将给数据加上一些控制信息，最终将数据以及控制信息以规定的格式发送到物理层；在接收数据的时候，MAC协议首先判断输入的信息并是否发生传输错误，如果没有错误，则去掉控制信息发送至LLC(逻辑链路控制)层)的协议设计，帮助分布式节点选择空闲的信道进行传输。

而现有的信道检测方案可以分为两类，对于单个信道的占用状态检测，最近型号的LoRa芯片提供CAD(信道活动检测)功能来检测单个信道的状态；

CAD技术可以在给定的BW/SF(信道)上检测是否存在LoRa符号，检测过程包含3步[1]，首先，在信道中接收一段时间信号，接收窗口长度为该BW/SF信道所对应LoRa符号长度的整数倍，然后，将接收到的信号与本地的up-chirp信号(该BW/SF所对应的up-chirp(正向线性调频脉冲)信号)进行互相关计算，若互相关值超过阈值th，则产生CadDetected中断来表示检测到了正在传输的LoRa符号，本申请中我们用CAD positive来代替CadDetected，CAD negative表示CAD未检测到正在传输的LoRa符号。

所述互相关计算根据如下公式计算：

Xcorr(S_receive(t),S_upchirp(t))＝∫S_receive(t)*×S_upchirp(t)dt

各符号含义：

Xcorr(S_receive(t)，S_upchirp(t))为接受到的信号与本地upchirp互相关计算结果，

S_receive(t)表示接受到的信号，S_receive(t)^*表示接受到的信号的共轭，S_upchirp(t)为本地生成的upchirp信号。

在执行CAD前，有两个相关参数需要根据环境设置，CadDetPeak与监测阈值th存在正相关关系，增加CadDetPeak有助于减少由噪音产生的falsepositive(错误positive信号)，但过高的值会造成针对弱信号的falsenegative。CadSymbolNum代表接收信号长度为几个连续LoRa符号，较高的CadSymbolNum有助于减小falsenegative但是会带来更长的执行时间。对于多个信道的检测，现有的解决方案为基于遍历的信道占用检测技术，即在每个信道上都进行相同的信道占用检测过程，但基于遍历的方案会带来巨大的时间开销,效率低下。

现有技术的信道占用检测技术为利用CAD针对每一个LoRa信道进行逐个扫描，由于LoRa允许在同一频带内采用不同的SF进行并发传输，因此我们利用BW/SF组合来表示每个信道，图14所示的是在915MHz频段上需要检测的LoRa信道，节点首先会在其中选择一个BW/SF，然后执行多次CAD，根据信道占用检测的结果判断信道是否被占用，然后节点会选择下一个BW/SF并执行相同的操作，将所有的BW/SF全部遍历，得到所有的信道占用情况。

本申请为了降低LoRa信道占用情况检测的开销，提升检测的准确度，我们设计并实现了LoRadar,本申请主要利用不同带宽的LoRa信号在同一个窄带内的不同分布情况提升信道检测速度。

为了使窄带宽信道内的信道占用检测对带宽不同的LoRa符号产生可区分的模式，即不同的CADpositive数量，我们首先要决定CAD的数量，CAD的数量过大会造成较高的探测开销，而较小的CAD数量则无法得到鲁棒的可区分模式，因此，综合上述两方面因素，我们将CAD的数量设置为7，即我们在每个信道上执行7次CAD。

同时，我们将CadSymbolNum设置成1来使得CAD可以对宽带宽LoRa符号产生falsepositive。

在本发明的一些实施方式中，步骤还包括：

硬件准备：该算法实现所需的硬件为商用LoRa节点，每个LoRa节点由两部分组成，STM32L073RZ作为处理模块，SX1262MB2CAS作为LoRa射频模块；

算法实现：利用C语言将算法实现，并通过串口烧写到STM32L073RZ。然后将节点部署到实际的LoRa网络当中，输出每个信道的占用情况。

与上述方法相应地，本发明还提供了一种基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测系统，该系统包括计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机指令，当所述计算机指令被处理器执行时该装置/系统实现如前所述方法的步骤。

本发明实施例还提供一种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以实现前述基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法的步骤。该计算机可读存储介质可以是有形存储介质，诸如随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、软盘、硬盘、可移动存储盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质。

本领域普通技术人员应该可以明白，结合本文中所公开的实施方式描述的各示例性的组成部分、系统和方法，能够以硬件、软件或者二者的结合来实现。具体究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。

需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

本发明中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法，其特征在于，所述LoRa信道包括多个子信道，所述子信道包括初级子信道、中级子信道和高级子信道，所述初级子信道设置有多个，多个初级子信道所处频段不同，每个中级子信道覆盖两个初级子信道，每个高级子信道覆盖两个中级子信道，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一对照表根据如下公式构建：

为信道占用检测所产生的正向信号数量；N_CAD为信道占用检测的次数；为在N_CAD次信道占用检测中所包含的符号数量；min表示若子信道被占用，使用N_CAD次信道占用检测在该子信道最少产生正向信号数量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据如下公式计算：

T_CAD为每次信道占用检测的持续时间，T_cal为最后一次信道占用检测的计算时间，信道占用检测一次执行分为两部分，接收信道中的信号和计算相关，对于最后一次信道占用检测，计算时已经不再接收信号；为一个LoRa符号的持续时间。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法的步骤还包括第二对照表优化，所述第二对照表优化的步骤包括第一优化，所述第一优化包括步骤：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二对照表优化的步骤包括第二优化，所述第二优化包括步骤：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，若信道占用检测次数为7，则当正向信号出现4次时，存在中级子信道或高级子信道被占用的两种情况，所述第二对照表优化的步骤包括第三优化，所述第三优化包括步骤：

若是，则被占用的为中级子信道；

若否，则被占用的为高级子信道。

7.根据权利要求1、5或6所述的方法，其特征在于，在进行信道占用检测时，首先对处于最低频带的初级子信道1进行检测，再对处于同一中级子信道的另一个初级子信道2进行检测，所述基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法的步骤还包括条件加速，所述条件加速包括步骤：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测方法还包括步骤更新阈值参数，去除噪声，包括步骤：

接收当前LoRa信道在没有噪声干扰时的接收信号强度指示值，记为RSSI_min；接收当前LoRa信道的接收信号强度指示值，记为RSSI_ave；根据如下公式计算偏移常数k：

δ＝k×R_step；

将计算出的偏移量δ与基础值相加，将二者的和输入LoRa芯片中，得出在该接收信号强度指示值的情况下的阈值参数。

9.一种基于跨信道扫描的LoRa信道占用检测系统，包括处理器和存储器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机指令，当所述计算机指令被处理器执行时该系统实现如权利要求1至8中任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至8中任一项所述方法的步骤。