[发明专利]具有随机介质访问的低功率、跳频广域网

说明书

具有随机介质访问的低功率、跳频广域网。用于IoT应用的跳动扩展频谱无线网络。所述网络包括移动设备，所述移动设备具有未经同步的本地时钟，在前导码部分中传送包括多个同步字，每个同步字都与顺序索引的至少一个实例相组合。传送同步字所用的跳频是不同的。该布置帮助信号的检测和同步，而无论不可避免的频率失配和冲突如何。

技术领域

在实施例中，本发明涉及无线传送器设备以及包括多个所述传送器的无线网络。本发明的特定用例涉及用于IoT（物联网）应用的低功率测量节点，并且涉及IoT广域网，所述IoT广域网除了测量节点之外包括多个接收网关，但是本发明不限于那些应用。本发明利用用于数据容量和对抗干扰的稳健性的窄带跳频无线电接口。

背景技术

若干竞争低功率无线电网络用于在IoT应用中提供连接性。局域网、比如WiFi和蓝牙已经被成功地使用在一些应用中，但是它们需要被连接到因特网的、不总是可用或合期望的局部基础设施，并且几乎不可适用于移动应用，其中传感器节点可以移动到WiFi或蓝牙网关的可访问的范围外部。还已经提出了用于IoT应用的广域网，尤其是LoRa网络和Sigfox网络。在这些网络的情况下存在若干挑战：

1. 如果——如通常所是的情况那样——网络在未经许可的带中运作，则高的抗干扰力是必需的。

2. 必须确保遵从规程。

LoRa网络采用啁啾扩展频谱调制，并且在其强点之中具有：低硬件复杂度、无需准确的频率基准或计时、容易的同步和定位。然而，在针对低数据速率的容量中具有某些限制。

低功率WAN倾向于有利于随机介质访问，比如针对传感器节点的ALOHA，这是最功率高效的解决方案。Sigfox技术和超窄带技术与系统负载相比一般遭受非常高的冲突率。在超窄带网络中，冲突出现在三维中：时间、频率和功率。时间维度是通常的ALOHA理论维度。因为没有频率栅格（frequency grid），所以发生频率冲突；传感器节点的本地振荡器与传送带宽相比更不准确得多，并且它们引起针对相同系统负载的冲突率的加倍。功率维度意指在任何冲突中，边缘传感器节点或者“弱节点”将总是失败。另外，传送器的相位噪声限制可通过相邻用户实现的拒绝水平。

总而言之，如果监测最弱节点性能的度量，则这些效应将系统负载限制到1%或更少。不能通过添加更多接收网关的简单应急手段来补救该情形。

本发明提出了一种新颖的传送器设备和对应的无线网络，其实现经修改的形式的超窄带调制，从而允许克服或减轻以上限制。

发明内容

根据本发明，这些目的借助于所附权利要求的对象被实现。

附图说明

借助于作为示例被给出并且通过附图所图示的实施例的描述，将更好地理解本发明，在所述附图中：

图1是根据本发明的包括传感器节点和网关的广域低功率网络的简化表示。

图2图式化由本发明的传送器和接收器所使用的数据帧，所述数据帧包括多个跳频。

图3示出了在传送器和接收器端处在子带中的有用无线电频谱的细分。

图4示出了在信道中的子带的可能的细分。

图5示出了具有邻接的子带的频率规划。

图6和图7绘制了在ALOHA网络中的错失检测率——而无论它是否包括本发明的特征——以及作为网络负载的函数的误包率。

图8示出了扩展频谱传送前导码和数据区段，每个都被拆分成多个跳频。

图9图示了一实施例，其中一些跳频被移位标称步进的一分数。

图10-13图示了在不同假定下在前导码中的重复冲突。