[发明专利]基于自适应虚拟MIMO传输的LoRa信道资源分配方法

说明书

本发明涉及一种基于自适应虚拟MIMO传输的LoRa信道资源分配方法，将虚拟MIMO技术引入到LoRa上行系统中，通过先进的接收机消除co‑SF之间带来的干扰问题，从而获得分集增益提升系统的性能。提出了一种LoRa上行系统中联合信道资源分配和自适应虚拟MIMO的传输策略。将该场景下的优化问题主要分解为两个步骤，用户分配和用户‑信道分配去进行研究。利用多种用户分配方法在降低LoRa系统功耗的同时，通过二次分配联合SF优化的分配策略提升了系统的性能。

技术领域

本发明属于无线通信传输领域，具体涉及一种基于自适应虚拟MIMO传输的LoRa信道资源分配方法。

背景技术

自从物联网在90年代末诞生以来，其相关技术不断发展并对人们的日常生活产生了重大影响。随着第四次工业革命爆发，物联网进入快速发展阶段，近年来物联网更加广泛应用于商业、工业、消费电子产品、汽车等各种领域。

LPWAN支持远距离传输，Sigfox、LoRa和NB-IoT是LPWAN中领先的新兴技术，而LoRa(Long Range)工作在免授权的频段,能够为物联网、智能城市、机器对机器 (M2M)和工业应用提供安全的双向、低成本的移动通信。由于其独特的调制方式， CSS(Chirp SpreadingSpectrum)调制，使得LoRa具有非常好的鲁棒性，能抵抗远距离传输带来的衰落。LoRa调制时有许多关键参数，而扩频因子(SF)则是最为关键的参数之一。

多个LoRa节点在同一时频资源传输时，系统性能受制于终端节点的扩频因子。LoRaWAN理论上认为LoRa中不同SF之间是完全正交的，但有论文表明不同SF之间不是完全正交的，这会对LoRa系统性能产生一定影响。更加糟糕的是，相同SF之间的干扰将导致LoRa系统性能的进一步恶化。考虑到LoRa系统中SF的取值数量有限，当需要更多的终端节点同时访问LoRa网络时，其中一些节点将不可避免地采用相同的SF。这无可避免的会在系统中引入具有相同SF(co-SF)节点的干扰，这样会降低系统性能。当多个配置相同SF的LoRa节点同时在同一频段传输时，当前LoRa接收机只能在最强信号功率至少比其他干扰节点的总功率大6dB时对信号最强的节点能正确解码，而较弱的信号会被强信号淹没。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于自适应虚拟MIMO传输的LoRa信道资源分配方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种基于自适应虚拟MIMO传输的LoRa信道资源分配方法，其特征在于，包括：

S1：获取LoRa上行系统中所有节点在每个信道上的初始信噪比以及每个信道的最小数据速率，根据所述节点在每个信道上的初始信噪比以及所述信道的最小数据速率，将所述节点分配至所述信道上，完成节点-信道分配初始化；

S2：根据节点-信道分配的初始化结果，以及LoRa上行系统中所有节点的初始信噪比，利用用户配对算法对每个信道上的所述节点进行配对，得到所述信道对应的配对节点组合；

S3：根据所述信道容纳扩频因子对应的节点数量，对所述配对节点组合中节点的扩频因子进行调整，得到调整节点组合；

S4：判断所述调整节点组合的吞吐量是否满足信道的最小数据速率，若不满足，

则对所述调整节点组合进行再分配得到再分配节点组合；

S5：对吞吐量满足信道的最小数据速率的所述调整节点组合和吞吐量满足信道的最小数据速率的所述再分配节点组合，进行功率迭代优化，得到LoRa上行系统最大能效的传输方式。

在本发明的一个实施例中，所述S1包括：

S11：计算得到LoRa上行系统中所有节点在每个信道上的初始信噪比；

S12：获取每个信道的最小数据速率，根据每个信道的最小数据速率，对信道的优先级进行排序；