[發(fā)明專利]用于低功耗廣域網(wǎng)的上行沖突信號(hào)解碼方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011148767.0
• 申請(qǐng)日: 2020-10-23
• 公開（公告）號(hào): CN112399472B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 童率;王繼良;劉云浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W28/02
• 分類號(hào): H04W28/02;H04W74/08
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 鄭朝然

本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于低功耗廣域網(wǎng)的上行沖突信號(hào)解碼方法及系統(tǒng)，該方法包括：通過多個(gè)預(yù)設(shè)解碼窗口，對(duì)上行沖突信號(hào)進(jìn)行分割，獲取每個(gè)預(yù)設(shè)解碼窗口中的上行沖突分段信號(hào)；對(duì)預(yù)設(shè)解碼窗口中的上行沖突分段信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)，并對(duì)解擴(kuò)結(jié)果進(jìn)行傅里葉變換，得到對(duì)應(yīng)的頻域波峰特征；對(duì)頻域波峰特征中頻域上每個(gè)能量波峰進(jìn)行測量，得到上行沖突信號(hào)中每個(gè)編碼符號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率波峰能量比值以及頻率波峰能量和，并基于貝葉斯聚類算法，對(duì)每個(gè)編碼符號(hào)進(jìn)行聚類，獲取對(duì)應(yīng)的上行沖突信號(hào)數(shù)據(jù)包，以根據(jù)上行沖突信號(hào)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解碼，得到上行沖突信號(hào)的解碼結(jié)果。本發(fā)明實(shí)施例提高低功耗廣域網(wǎng)上行傳輸效率，避免沖突數(shù)據(jù)包重傳，延長節(jié)點(diǎn)工作壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于低功耗廣域網(wǎng)的上行沖突信號(hào)解碼方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)連接中被廣泛采用，其低功耗和遠(yuǎn)距離的傳輸特點(diǎn)，使得物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)可以僅使用幾毫瓦的通信能耗達(dá)到數(shù)十千米的傳輸距離。基于低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)難預(yù)警、目標(biāo)追蹤等方面都有廣泛應(yīng)用。然而，受制于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和實(shí)際網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，在現(xiàn)實(shí)中部署的低功耗廣域網(wǎng)系統(tǒng)普遍存在嚴(yán)重的上行信號(hào)沖突問題：當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)關(guān)發(fā)送數(shù)據(jù)包，來自不同節(jié)點(diǎn)的上行信號(hào)將在網(wǎng)關(guān)處發(fā)生沖突，造成數(shù)據(jù)包損壞甚至丟包。信號(hào)沖突導(dǎo)致的丟包一方面影響了上行信道的傳輸效率，另一方面也增加了節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)重傳負(fù)擔(dān)，從而影響節(jié)點(diǎn)的實(shí)際工作壽命。

Wi-Fi等傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)，使用CSMA/CA、RTS/CTS等基于載波偵聽的沖突避免技術(shù)解決上行信號(hào)沖突問題，此類技術(shù)要求節(jié)點(diǎn)對(duì)信道進(jìn)行持續(xù)監(jiān)聽，以判斷信道當(dāng)前是否處于空閑狀態(tài)。然而，在進(jìn)行信道偵聽時(shí)，射頻模塊一直處于工作狀態(tài)，需要消耗大量的能量，因此不適用于低功耗廣域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。在現(xiàn)有的低功耗廣域網(wǎng)研究中，有研究者使用擴(kuò)頻參數(shù)或硬件頻率偏移對(duì)沖突數(shù)據(jù)包進(jìn)行分解。前者為不同的節(jié)點(diǎn)分配不同的擴(kuò)頻因子，使不同節(jié)點(diǎn)的信號(hào)近似正交，從而在接收端可以同時(shí)解碼多路沖突的信號(hào)，但此方法受限于可選的擴(kuò)頻參數(shù)的數(shù)量，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，不同節(jié)點(diǎn)將無可避免地被賦予相同的擴(kuò)頻參數(shù)，因此無法從根本上解決信號(hào)沖突問題；后者利用晶振硬件頻率偏移區(qū)分沖突信號(hào)，其核心思想是將沖突信號(hào)變換到頻域后，提取每一組波峰的頻率偏移，然后根據(jù)波峰的頻率偏移量對(duì)來自不同節(jié)點(diǎn)的信號(hào)分別聚類和解碼，但此方法的性能受制于硬件頻率偏移的測量精度，當(dāng)信噪比較低時(shí)硬件頻率偏移很難被精確測量。除此之外，環(huán)境溫度和濕度也會(huì)對(duì)信號(hào)頻率偏移產(chǎn)生影響，當(dāng)環(huán)境動(dòng)態(tài)變化時(shí)，上述沖突解碼方法的性能將顯著降低。

因此，現(xiàn)在亟需一種用于低功耗廣域網(wǎng)的上行沖突信號(hào)解碼方法及系統(tǒng)來解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于低功耗廣域網(wǎng)的上行沖突信號(hào)解碼方法及系統(tǒng)。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于低功耗廣域網(wǎng)的上行沖突信號(hào)解碼方法，包括：

通過多個(gè)預(yù)設(shè)解碼窗口，對(duì)上行沖突信號(hào)進(jìn)行分割，獲取每個(gè)所述預(yù)設(shè)解碼窗口中的上行沖突分段信號(hào)；

對(duì)每個(gè)所述預(yù)設(shè)解碼窗口中的上行沖突分段信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)，并對(duì)解擴(kuò)結(jié)果進(jìn)行傅里葉變換，得到對(duì)應(yīng)的頻域波峰特征；

對(duì)所述頻域波峰特征中頻域上每個(gè)能量波峰進(jìn)行測量，得到所述上行沖突信號(hào)中每個(gè)編碼符號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率波峰能量比值以及頻率波峰能量和；

基于貝葉斯聚類算法，根據(jù)所述頻率波峰能量比值以及所述頻率波峰能量和，對(duì)每個(gè)編碼符號(hào)進(jìn)行聚類，并根據(jù)聚類結(jié)果，獲取對(duì)應(yīng)的上行沖突信號(hào)數(shù)據(jù)包，以根據(jù)所述上行沖突信號(hào)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解碼，得到所述上行沖突信號(hào)的解碼結(jié)果。

進(jìn)一步地，所述多個(gè)預(yù)設(shè)解碼窗口按照時(shí)序依次排列，且每個(gè)預(yù)設(shè)解碼窗口的長度等于編碼符號(hào)的長度。

進(jìn)一步地，所述對(duì)所述頻域波峰特征中頻域上每個(gè)能量波峰進(jìn)行測量，得到所述上行沖突信號(hào)中每個(gè)編碼符號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率波峰能量比值以及頻率波峰能量和，包括：