[發明專利]一種基于分段神經網絡解碼的LoRa剪接通信方法及系統

有效

• 申請號: 202110590420.X
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113395683B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 徐丹;胡王倩;任仲遠;孫雪;陳少杰;王薇;房鼎益;陳曉江
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: H04W4/70
• 分類號: H04W4/70;H04W24/02;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 孫雅靜

本發明公開了一種基于神經網絡解碼的LoRa剪接通信方法及系統，考慮到LoRa通信吞吐過低且節點的實際壽命低于其官方數據的問題，提出一種發送端剪接發送，接收端通過多特征神經網絡解碼的通信系統。步驟一：信號發送；以chirp信號為處理單位，網關對節點發送來的原始LoRa信號進行信噪比計算得到對應的剪接率，根據剪接率對chirp信號進行剪切和拼接形成新Payload信號，新Payload信號與Preamble信號拼接形成新LoRa信號，節點將新LoRa信號發送給網關；步驟二：信號接收；步驟三：模型訓練；步驟四：利用步驟三獲得的神經網絡訓練模型對接收的LoRa信號進行解碼。本發明大幅度降低了LoRa的傳輸功耗并提升了吞吐。

技術領域

本發明屬于通信領域，具體涉及一種基于分段神經網絡解碼的LoRa剪接通信方法及系統。

背景技術

LoRa基于線性擴頻調制技術，其調制的每一個信號即chirp，是頻率線性增大(upchirp)或減小(downchirp)的sin波。在頻帶范圍內(-BW/2,BW/2)chirp的頻率從初始頻率f₀開始線性上升，直至bw/2，然后回到頻帶下邊界-bw/2，從而掃過整個帶寬。不同chirp對應不同的起始頻率，共具有2^SF種。解調時對原始chirp進行脈沖壓縮得到起始頻率，由于upchirp和downchirp存在著共軛的關系，因此此處可以直接使用upchirp與標準的downchirp相乘，并做傅里葉變換，得到其在這一區間的頻率能量峰值。能量峰值所對應的頻率即為其初始頻率從而進行解調。

線性擴頻調制技術使得LoRa信號一直存在吞吐過低的情況，目前的技術LoRa吞吐最高僅為27kbps。其以數據傳輸速率為代價換取了通信距離遠，功耗低。同時通過對實際應用情況的分析，LoRa網絡的實際壽命通常小于理論預期。

在降低功耗方面，LoRa功耗的早期工作依賴于資源調度和參數優化。例如：利用LoRa網絡的重傳率估計其能量消耗，再通過調整模型參數來降低LoRa網絡的整體能量消耗。以及通過優化LoRa傳輸過程中的參數設置，使LoRa節點能夠在不同的環境中選擇自己的信道傳輸參數，最終降低LoRa節點的能耗。

降低LoRa功耗的另一種方法是對其硬件模塊進行優化。Eletreby等人提出的Chior系統。可以并發傳輸和解碼十個LoRa節點的數據包，在保證相同數據速率的前提下，將LoRa節點的解碼距離提高了2.65倍，降低了LoRa節點的能耗。反向散射通信通過設計反向散射模塊可以檢測環境中的LoRa數據包，從而不需要產生載波，可以功耗更低的情況下傳輸LoRa數據包。

發明內容

為了進一步提高LoRa的能量效率與吞吐，本發明提出了對信號在發送端進行剪接發送并在接收端利用神經網絡解碼的方法，本發明能夠同時提高吞吐、降低功耗，并且在提升傳輸距離上也有非常好的表現力；該方法結合了滑動窗口檢測，利用其脈沖壓縮后的接收信號與先驗信號的頻域相關性分析，即使LoRa節點接收到不完整的數據包，也能保證準確的數據包檢測。

為了實現上述任務，本發明采用以下技術方案，包括：

一種基于神經網絡解碼的LoRa剪接通信方法，按照以下步驟執行：

步驟一：信號發送；

以chirp信號為處理單位，網關對節點發送來的原始LoRa信號進行信噪比計算得到對應的剪接率，根據剪接率對chirp信號進行剪切和拼接形成新Payload信號，新Payload信號與Preamble信號拼接形成新LoRa信號，節點將新LoRa信號發送給網關；

步驟二：信號接收；