[发明专利]基于LoRa编码和解码机制的检错和自适应纠错方法

说明书

本发明公开了基于LoRa编码和解码机制的检错和自适应纠错方法，所述方法包括：改进FEC的检错机制；对符号错误及其错误模式进行建模，分别用不同的数学模型对被发出和接收的LoRa信号s(t)和r(t)、被处理后的混合信号p(t)以及其快速傅里叶变换和原始符号So被错误地识别为另一个符号Sw的可能性P{Sw|Sw≠So}进行分析；数据传输并利用自适应纠错方法纠错。本发明相对于现有的方法显著提升了检错和纠错的能力，同时提高了不可靠无线条件下的分组接受率(PRR)，改善了LoRa链路的可靠性。

技术领域

本发明涉及低功耗无线通信研究领域，具体涉及基于LoRa编码和解码机制的检错和自适应纠错方法。

背景技术

最近低功耗广域网络(LPWANs)越来越多的受到大规模物联网(IOT)部署研究的关注，LPWANs使能量受限的物联网设备能够以低数据速率长距离传输数据(通常几千米)，运行时间最长可达十年。LoRa是其中最成熟的技术的技术之一，因为它具有低复杂性、开放链路标准和对物联网设备的可扩展性。虽然LoRa支持长距离传输，但是受到诸如密集的城市建筑和运行在相同频带上的其他共址网络之列的障碍物导致信号衰减并发生丢包。LoRa采用循环冗余检测(CRC)来验证分组的完整性和正确性，并使用向前纠错来纠正错误的位，但是所使用的FEC(N，4)汉明码不足以用于LoRa中的纠错。LoRa提供四种可用的编码率：4/5、4/6、4/7和4/8，根据汉明码的基本原理(2^k-1≥N和2^k-1N),使用4/5和4/6码率的FEC不能用于纠错，而是退化为奇偶校验只能用于检错；使用4/7和4/8编码率使用过长的校验位，带来很大的延迟和能量消耗，并且只能提供单个比特的纠错，然而LoRa中的符号错误往往多个比特错误，因此也有很大局限性。

发明内容

本发现提供了一种基于LoRa编码和解码机制的检错和自适应纠错方法，包括一种改进的检错机制和一种自适应纠错方法，提高现有FEC纠错能力的同时解决现有方法不能纠正多个位错误的问题，并且适用于动态无线环境。

本发明通过下述技术方案实现：

基于LoRa编码和解码机制的检错和自适应纠错方法，包括以下步骤：

步骤S1，改进FEC的检错机制；

步骤S2，对LoRa信号中的符号错误及其错误模式进行建模和分析；

步骤S3，基于步骤S2中建立的模型和分析，提出一种自适应纠错机制。

优选的，所述步骤S1具体包括：

步骤S1.1，考虑FEC原序列的有效信息位中所有“1”的位置信息，依次对原序列中为“1”的位所在位置序号进行判断，如果所在位置序号为奇数，则添加一个数字为“1”的位，否则添加一个数字为“0”的位，生成一个新序列；

步骤S1.2，生成新序列的奇偶校验位，与原序列的奇偶校验位一起使用作为原序列的校验位。

优选的，所述步骤S2具体包括：

步骤S2.1，对被发出的LoRa信号s(t)建模；

步骤S2.2，对被接收的LoRa信号r(t)建模；

步骤S2.3，对处理后的混合信号p(t)建模并对其进行快速傅里叶变换；

步骤S2.4，对错误识别的可能性P{Sw|Sw≠So}建模。

优选的，对被发出的LoRa信号s(t)建模：

其中，E_s代表LoRa符号周期期间的单位能量，T_s是LoRa符号的持续时间，由带宽BW和传播因子SF决定，f₀是信号的载波频率，F代表瞬时频率的范围。