[发明专利]用于低功耗广域网的上行冲突信号解码方法及系统

说明书

本发明实施例提供一种用于低功耗广域网的上行冲突信号解码方法及系统，该方法包括：通过多个预设解码窗口，对上行冲突信号进行分割，获取每个预设解码窗口中的上行冲突分段信号；对预设解码窗口中的上行冲突分段信号进行解扩，并对解扩结果进行傅里叶变换，得到对应的频域波峰特征；对频域波峰特征中频域上每个能量波峰进行测量，得到上行冲突信号中每个编码符号对应的频率波峰能量比值以及频率波峰能量和，并基于贝叶斯聚类算法，对每个编码符号进行聚类，获取对应的上行冲突信号数据包，以根据上行冲突信号数据包进行解码，得到上行冲突信号的解码结果。本发明实施例提高低功耗广域网上行传输效率，避免冲突数据包重传，延长节点工作寿命。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种用于低功耗广域网的上行冲突信号解码方法及系统。

背景技术

低功耗广域网技术在物联网连接中被广泛采用，其低功耗和远距离的传输特点，使得物联网节点可以仅使用几毫瓦的通信能耗达到数十千米的传输距离。基于低功耗广域网技术的物联网系统在环境监测、灾难预警、目标追踪等方面都有广泛应用。然而，受制于网络架构和实际网络规模，在现实中部署的低功耗广域网系统普遍存在严重的上行信号冲突问题：当多个节点同时向网关发送数据包，来自不同节点的上行信号将在网关处发生冲突，造成数据包损坏甚至丢包。信号冲突导致的丢包一方面影响了上行信道的传输效率，另一方面也增加了节点的数据重传负担，从而影响节点的实际工作寿命。

Wi-Fi等传统无线网络，使用CSMA/CA、RTS/CTS等基于载波侦听的冲突避免技术解决上行信号冲突问题，此类技术要求节点对信道进行持续监听，以判断信道当前是否处于空闲状态。然而，在进行信道侦听时，射频模块一直处于工作状态，需要消耗大量的能量，因此不适用于低功耗广域网节点。在现有的低功耗广域网研究中，有研究者使用扩频参数或硬件频率偏移对冲突数据包进行分解。前者为不同的节点分配不同的扩频因子，使不同节点的信号近似正交，从而在接收端可以同时解码多路冲突的信号，但此方法受限于可选的扩频参数的数量，随着网络规模的扩大，不同节点将无可避免地被赋予相同的扩频参数，因此无法从根本上解决信号冲突问题；后者利用晶振硬件频率偏移区分冲突信号，其核心思想是将冲突信号变换到频域后，提取每一组波峰的频率偏移，然后根据波峰的频率偏移量对来自不同节点的信号分别聚类和解码，但此方法的性能受制于硬件频率偏移的测量精度，当信噪比较低时硬件频率偏移很难被精确测量。除此之外，环境温度和湿度也会对信号频率偏移产生影响，当环境动态变化时，上述冲突解码方法的性能将显著降低。

因此，现在亟需一种用于低功耗广域网的上行冲突信号解码方法及系统来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种用于低功耗广域网的上行冲突信号解码方法及系统。

第一方面，本发明实施例提供了一种用于低功耗广域网的上行冲突信号解码方法，包括：

通过多个预设解码窗口，对上行冲突信号进行分割，获取每个所述预设解码窗口中的上行冲突分段信号；

对每个所述预设解码窗口中的上行冲突分段信号进行解扩，并对解扩结果进行傅里叶变换，得到对应的频域波峰特征；

对所述频域波峰特征中频域上每个能量波峰进行测量，得到所述上行冲突信号中每个编码符号对应的频率波峰能量比值以及频率波峰能量和；

基于贝叶斯聚类算法，根据所述频率波峰能量比值以及所述频率波峰能量和，对每个编码符号进行聚类，并根据聚类结果，获取对应的上行冲突信号数据包，以根据所述上行冲突信号数据包进行解码，得到所述上行冲突信号的解码结果。

进一步地，所述多个预设解码窗口按照时序依次排列，且每个预设解码窗口的长度等于编码符号的长度。

进一步地，所述对所述频域波峰特征中频域上每个能量波峰进行测量，得到所述上行冲突信号中每个编码符号对应的频率波峰能量比值以及频率波峰能量和，包括：