[發明專利]LoRa系統多設備上行數據傳輸接收端信號解調方法和接收機

有效

• 申請號: 202011514231.6
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112672325B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 彭薇;謝一梅;江濤
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04W4/70
• 分類號: H04W4/70;H04W16/14
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 胡秋萍;李智

本發明公開了LoRa系統多設備上行數據傳輸接收端信號解調方法和接收機，屬于通信技術領域。本發明對接收信號欠采樣并變換到最優分數域，每個設備的每一徑信號在最優分數域中均對應一個特定位置特定幅度的脈沖。由于設備多徑參數的獨特性，可將設備的多徑參數作為區分不同設備信號的特征，利用各設備的多徑時延和多徑衰減構造對應的特征窗，特征窗中的特征位置對應該設備的多徑時延，特征位置上的幅度對應著多徑衰減。通過特征窗在接收信號的最優分數域內進行滑動匹配，匹配成功時，特征窗所在的最優分數域位置即對應著當前特征窗對應的設備信號，從而完成信號的分離解調，使得LoRa系統中多個用戶可以共用相同的SF和頻帶，顯著提升了LoRa中的頻譜利用率。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，更具體地，涉及LoRa系統多設備上行數據傳輸接收端信號解調方法和接收機。

背景技術

近年來，5G技術的逐步成熟極大地促進了物聯網的發展。在物聯網中，設備需要與周圍環境進行廣泛的通信，以低功耗的方式收集或傳輸信息。針對物聯網中設備的這種需求，目前已經提出了三種技術：NB、LoRa和SigFox。在LoRa物聯網系統中，采用了啁啾擴頻(Chirp Spread Spectrum，CSS)調制技術將設備信息調制到載波頻率上，并給不同設備分配不同擴頻因子(Spreading Factor，SF)和頻帶，保證不同設備的調制信號在接收端互不干擾。然而由于頻帶資源和SF的有限性，不同設備可能同時使用相同的頻帶和相同的SF，此時不論采樣匹配濾波還是最優分數域變換的解調方式，接收信號的處理結果中都將出現不可區分的峰值，從而解調多設備信號失敗。

目前對于這種情況采取的措施是使兩個設備信號的接收功率相差較大以從功率上進行分離。然而，這種方法必須付出較大的功率代價。此外，當系統處于多徑環境時，由于時延拓展的影響，設備之間的干擾會更加嚴重。進一步增加了多設備信號在接收端分離的難度。C Goursaud等人2015年“Dedicated networks for IoT：PHY/MAC state of the artand challenges”提出讓共用相同SF和頻帶的多個用戶的發射功率相差至少6dB，在接收端通過功率的差異，以串行干擾消除的方式進行多用戶信號的分離解調。然而，當用戶數較多時，該方案將帶來的較大的功率消耗。ANGESOM ATAKLITY TESFAY等人2020年“MultiuserDetection for Downlink Communication in LoRa-Like Networks”考慮的是下行鏈路，發送到所有用戶的數據使用相同的SF和頻帶進行調制，并且假設發送給所有用戶的數據相同，通過求解使接收信號與發送信號的歐幾里得距離最小的概率來進行接收信號的解調。然而，該方法計算復雜度大，且只針對下行鏈路。而對于上行鏈路，由于用戶發送的數據是互不相同的且彼此不知道對方的發送數據，這個方法對于上行傳輸無效。

現有技術均不能很好解決多徑環境下LoRa物聯網系統中多設備同時使用相同頻帶和相同SF導致的接收端信號混疊問題。

發明內容

針對現有技術多徑環境下LoRa物聯網系統中多設備同時使用相同頻帶和相同SF導致的接收端信號混疊的缺陷和改進需求，本發明提供了LoRa系統多設備上行數據傳輸接收端信號解調方法和接收機，其目的在于在多個設備不滿足功率差，對發送數據先驗未知的情況下解決該技術問題，提高了頻譜利用率，極大的節省頻帶資源，增加系統的負載能力。

為實現上述目的，按照本發明的第一方面，提供了一種LoRa系統多設備上行數據傳輸接收端信號解調方法，該方法包括以下步驟：

S1.對上行數據傳輸階段接收到的混合多徑信號進行頻率為LoRa系統帶寬的欠采樣，將欠采樣后的信號變換到最優分數域，得到一系列脈沖信號，其中，每個發送設備對應一組脈沖信號，所述多徑信號是由多個發送設備的調制信號經過信道之后得到的信號，所述調制信號是各個發送設備對各自待發送信號通過使用相同的LoRa系統的擴頻因子SF和具有相同頻帶的載波信號調制得到；