[发明专利]低功率、跳频广域网中的冲突缓解

说明书

提供了低功率、跳频广域网中的冲突缓解。在预定频带中操作的用于IoT应用的跳跃扩频无线网络，具有：具有未同步的本地频率参考的移动设备；以及接收网关，其能够检测调制无线电信号是否将在冲突时间间隔中在频率方面冲突，并且消隐冲突时间中的信号。优选地，频带被细分为子频带，并且移动设备基于指示本地频率参考的频率误差的同步状态来适配用于传输的子频带的宽度。

技术领域

在实施例中，本发明涉及无线传输器设备和包括多个所述传输器的无线网络。本发明的具体用例涉及用于IoT（物联网）应用的低功率测量节点以及除了测量节点之外还包括多个接收网关的IoT广域网，但是本发明不限于那些应用。本发明利用窄带跳频无线电接口以用于数据容量和针对干扰的鲁棒性。

背景技术

若干竞争的低功率无线电网络用于在IoT应用中提供连接性。局域网（如WiFi和蓝牙）已成功地用于一些应用中，但是它们要求连接到互联网的并不始终可用或合期望的本地基础设施，并且几乎不适用于其中传感器节点可能移动到WiFi或蓝牙网关的可访问范围之外的移动应用。还已经提出了用于IoT应用的广域网，特别是LoRa网络和Sigfox网络。在这些网络的情况下，存在若干个挑战：

1. 如在通常情况下那样，如果网络在未授权频带中操作，则对干扰的高抵抗性是必要的。

2. 必须确保依从规章。

LoRa网络采用线性调频扩频调制，并且除了其强项外还具有：低硬件复杂度、无需准确的频率参考或计时、易于同步以及本地化。然而，它在针对低数据率的容量方面具有一些限制。

低功率WAN倾向于支持对传感器节点的随机介质访问（像ALOHA），这是最有功率效率的解决方案。一般而言，Sigfox技术和超窄带技术与系统负载相比遭受非常高的冲突率。在超窄带网络中，冲突发生在三个维度中：时间、频率和功率。时间维度是通常的ALOHA理论维度。频率冲突发生是因为没有频率网格；传感器节点的本地振荡器远远不如传输带宽准确，并且它们引起针对相同系统负载的冲突率加倍。功率维度意味着边缘传感器节点或“弱节点”在任何冲突中将总是会输。附加地，传输器的相位噪声限制了相邻用户可实现的抑制水平（rejection level）。

总而言之，如果监测最弱节点性能的度量，则这些影响将系统负载限制为1％或更少。通过添加更多接收网关的简单计策不能弥补该情形。

本发明提出了一种新颖的传输器设备和对应的无线网络，它们实现了允许克服或缓解上面的限制的修改形式的超窄带调制。

发明内容

根据本发明，这些目标借助于所附权利要求的目的来实现。

附图说明

在通过示例方式给出并由各图图示的实施例的描述的帮助下，本发明将被更好地理解，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将本发明的传输器和接收器使用的数据帧图式化，该数据帧包括多个频率跳跃。

图3示出了传输器的和接收器的端部处的子频带中的有用无线电频谱的细分。

图4示出了信道中的子频带的可能的细分。

图5示出了具有连续子频带的频率规划。

图6和7绘制了作为网络负载的函数的ALOHA网络（无论其是否包括本发明的特征）中的漏检率，以及分组误差率。

图8示出了前导码（preamble）和数据区段的扩频传输，所述前导码和数据区段每个被分成多个频率跳跃。

图9图示了其中一些频率跳跃以标称步长的小部分而移位的实施例。

图10-13图示了在不同假设下的前导码中的重复冲突。