[发明专利]一种带权错误检测的低功耗广域网抗干扰方法

说明书

本发明实现了一种带权错误检测的低功耗广域网抗干扰方法，设计带权重恢复的错误检测码，在接收端检测出错误后，利用投票权重算法进行数据包恢复。本发明无需修改任何硬件；与原始LoRa相比，当数据包具有81％的损坏时，本发明仍可以实现对数据包的准确解码，而计算时间仅增加了20％。

技术领域

本发明涉及一种带权错误检测的低功耗广域网抗干扰方法，属于通信技术领域。

背景技术

LoRa技术是一种由Semtech公司推出的，具备低功耗长距离特点的通信协议。但真实环境中，LoRa协议的工作场景是长距离。LoRa接收端的覆盖范围可达数平方公里，LoRa信号通过数公里的路径损耗后，信噪比会急剧下降，进一步导致自身的抗干扰能力不足，极易被附近的同频设备影响，使网络整体通信流量大幅降低。最新的研究OPR通过将损坏的数据包和接收信号强度指示序列传输到接收端中来还原损坏的数据包，并通过枚举寻找与错误检测字段匹配的替代片段。但是，这些基于接收端的抗干扰方法导致了额外的传输开销和计算开销，因而极大地限制了它们在实际系统中的可行性。

发明内容

技术问题：本发明通过一种带权错误检测的低功耗广域网抗干扰方法在不修改硬件的情况下实现抗干扰。设计并实现了利用重恢复的错误检测码，在解码数据包之前检测损坏的位置，并利用投票权重算法利用多个接收端进行数据包恢复。利用带权重信号恢复的独特优势，进一步减小数据传输和计算开销。

技术方案：

一种带权错误检测的低功耗广域网抗干扰方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：基于带权重信号恢复编码的错误检测；

S2：基于权重投票算法的信号恢复。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1具体如下：在LoRa物理层有效载荷进行编码后添加本发明检错码，以便在LoRa解码过程之前在接收端检测到由干扰引起的损坏，其中，本发明检错码采用七位数据对应四位冗余的方式，编码后每十一个比特位包含四个交织组；在对信号进行解调之后，接收端在解码数据包之前利用本发明检测来检测数据包是否已损坏，如果位置k处出现错误，则对它进行索引的交织组将无法通过带权重恢复的错误检测；其中，“1”表示错误，“0”表示正确；此外，交织组的正确错误情况的二进制序列在转换为十进制之后恰好为错误的具体位置，通过本发明进制转化之间的映射关系实现错误位置的检测；在检测到损坏之后，接收端将每个数据包中的损坏位置报告给接收端；接收端利用来自多个接收端的数据包并通过带权重投票的公式来恢复数据包。

作为本发明的进一步改进，需要添加的数据包冗余位的数量用以下公式计算：2^r≥m+r+1，其中，r是校验位的数量，m是数据位；由于2^4≥7+4+1，本发明校验码仅将4位加到7位有效载荷中；具体地说，校验位位于2^k位，4个校验位分别是本发明编码后的数据中的第1、2、4、8位；每个校验位代表一个交织组，组Gk包含着位于该位置的数的二进制表示的第k位为1的位置。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2具体如下：当多个接收端中面临相互独立的干扰时，接收到的LoRa数据包的有效载荷在不同的位置被破坏，本发明进一步利用检错码来检测数据包中的损坏，然后通过以太网将错误报告给接收端，接收端利用来自多个接收端的数据包，根据损坏的情况比例为其分配权重，并利用带权重的投票公式恢复正确的数据包。

作为本发明的进一步改进，通过以太网将错误报告给接收端的过程中，LoRaWAN利用128位AES进行完整性保护和数据加密。

作为本发明的进一步改进，如果存在一些符号位置，每个数据包在其位置的符号权重均为0，即索引此符号位置的每个交织组都出现错误，则本发明在该符号位置均等地对待每个数据包，即每个数据包在该位置权重相同。

有益效果：本发明与原始LoRa相比，当数据包具有51.76％的损坏时，本发明仍可以实现对数据包的准确解码，而计算时间仅增加了20％。

附图说明