[发明专利]一种LoRa冲突解码中消除信号干扰的方法及系统

说明书

本发明提供一种LoRa冲突解码中消除信号干扰的方法及系统，包括：采集预设窗口内的若干冲突信号；对所述若干冲突信号进行振幅非均匀缩放，识别获取各信号段的时域分布特征；对所述时域分布特征中目标波峰对应时域范围外的信号进行抑制，消除异步波峰的能量泄漏对所述目标波峰的干扰；采用协同最优化估计算法对所述目标波峰进行重构，得到所述目标波峰的最终测量结果。本发明采用的LoRa冲突解码中消除信号干扰方法，能显著提高冲突解码算法的解码准确度，使现有的冲突解码算法可以在具有更低信噪比以及更高冲突并发数的场景下正常工作。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种LoRa冲突解码中消除信号干扰的方法及系统。

背景技术

LoRa(Long Range)作为一种典型的低功耗广域网技术，广泛应用于各类物联网系统中。借助LoRa通信技术，物联网节点可以在几毫瓦的能耗开销下，将信号传输至数公里外的接收端。由于LoRa具有低功耗、远距离的传输特点，因此被广泛应用在野外环境监测、野生动物追踪、火灾预警等场景中。

现有的基于LoRa的物联网系统大多使用星型网络拓扑，即在部署区域内使用单个或多个网关直接与终端节点进行连接。在终端侧，LoRa节点采用Aloha协议，在发包前不进行信道监听，可以在任意时刻发起到网关的上行传输。在这种网络模式下，当多个节点同时使用上行链路时，不同节点的信号将在网关处发生冲突。一方面，信号冲突严重浪费了原本就紧张的信道资源；另一方面，参与冲突的节点需要经过随机回退后重新传输数据，从而加重了节点的通信负担，影响了节点的工作寿命。

近年来，大量旨在解决LoRa冲突问题的工作被提出。这些工作利用冲突数据包的物理信号特征，对属于不同节点的信号进行识别与分离，最终实现网关在信号冲突时仍可以分离并正确解码各数据包。LoRa在物理层使用调频线性波调制信号，接收端解码时将调频线性波解扩频至单频信号，并通过傅里叶变换转换为频域的能量波峰。现有冲突解码算法，大多依赖于冲突信号变换到频域后形成的能量波峰互不重叠，由此可以根据波峰的频率、高度、相位等特征对不同节点的信号进行区分。此类算法实现的前提，是实现对每个频域波峰的准确测量，但由于截断效应的存在，每个频域波峰周围实际都聚集着周期性的旁瓣，造成波峰的能量泄露至整个频谱。由于频谱泄露的存在，不同波峰的能量互相干扰，严重影响了波峰特征的测量，从而限制了冲突解码算法在实际系统中的应用。

发明内容

本发明提供一种LoRa冲突解码中消除信号干扰的方法及系统，用以解决现有技术中存在的缺陷。

第一方面，本发明提供一种LoRa冲突解码中消除信号干扰的方法，包括：

采集预设窗口内的若干冲突信号；

对所述若干冲突信号进行振幅非均匀缩放，识别获取各信号段的时域分布特征；

对所述时域分布特征中目标波峰对应时域范围外的信号进行抑制，消除异步波峰的能量泄漏对所述目标波峰的干扰；

采用协同最优化估计算法对所述目标波峰进行重构，得到所述目标波峰的最终测量结果。

在一个实施例中，所述对所述若干冲突信号进行振幅非均匀缩放，识别获取各信号段的时域分布特征，具体包括：

采用预设缩放函数，对所述若干冲突信号的振幅进行非均匀缩放，得到多个冲突信号段对应的能量特征；

通过LoRa解扩频和傅里叶变换，得到所述多个冲突信号段对应的频域波峰，所述能量特征与所述频域波峰一一对应；

由所述频域波峰的缩放比例推导得到所述各信号段的时域分布特征。

在一个实施例中，所述时域分布特征包括每个信号段的持续长度和在所述预设窗口内的位置分布。