[发明专利]LoRa系统多设备上行数据传输接收端信号解调方法和接收机

说明书

本发明公开了LoRa系统多设备上行数据传输接收端信号解调方法和接收机，属于通信技术领域。本发明对接收信号欠采样并变换到最优分数域，每个设备的每一径信号在最优分数域中均对应一个特定位置特定幅度的脉冲。由于设备多径参数的独特性，可将设备的多径参数作为区分不同设备信号的特征，利用各设备的多径时延和多径衰减构造对应的特征窗，特征窗中的特征位置对应该设备的多径时延，特征位置上的幅度对应着多径衰减。通过特征窗在接收信号的最优分数域内进行滑动匹配，匹配成功时，特征窗所在的最优分数域位置即对应着当前特征窗对应的设备信号，从而完成信号的分离解调，使得LoRa系统中多个用户可以共用相同的SF和频带，显著提升了LoRa中的频谱利用率。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更具体地，涉及LoRa系统多设备上行数据传输接收端信号解调方法和接收机。

背景技术

近年来，5G技术的逐步成熟极大地促进了物联网的发展。在物联网中，设备需要与周围环境进行广泛的通信，以低功耗的方式收集或传输信息。针对物联网中设备的这种需求，目前已经提出了三种技术：NB、LoRa和SigFox。在LoRa物联网系统中，采用了啁啾扩频(Chirp Spread Spectrum，CSS)调制技术将设备信息调制到载波频率上，并给不同设备分配不同扩频因子(Spreading Factor，SF)和频带，保证不同设备的调制信号在接收端互不干扰。然而由于频带资源和SF的有限性，不同设备可能同时使用相同的频带和相同的SF，此时不论采样匹配滤波还是最优分数域变换的解调方式，接收信号的处理结果中都将出现不可区分的峰值，从而解调多设备信号失败。

目前对于这种情况采取的措施是使两个设备信号的接收功率相差较大以从功率上进行分离。然而，这种方法必须付出较大的功率代价。此外，当系统处于多径环境时，由于时延拓展的影响，设备之间的干扰会更加严重。进一步增加了多设备信号在接收端分离的难度。C Goursaud等人2015年“Dedicated networks for IoT：PHY/MAC state of the artand challenges”提出让共用相同SF和频带的多个用户的发射功率相差至少6dB，在接收端通过功率的差异，以串行干扰消除的方式进行多用户信号的分离解调。然而，当用户数较多时，该方案将带来的较大的功率消耗。ANGESOM ATAKLITY TESFAY等人2020年“MultiuserDetection for Downlink Communication in LoRa-Like Networks”考虑的是下行链路，发送到所有用户的数据使用相同的SF和频带进行调制，并且假设发送给所有用户的数据相同，通过求解使接收信号与发送信号的欧几里得距离最小的概率来进行接收信号的解调。然而，该方法计算复杂度大，且只针对下行链路。而对于上行链路，由于用户发送的数据是互不相同的且彼此不知道对方的发送数据，这个方法对于上行传输无效。

现有技术均不能很好解决多径环境下LoRa物联网系统中多设备同时使用相同频带和相同SF导致的接收端信号混叠问题。

发明内容

针对现有技术多径环境下LoRa物联网系统中多设备同时使用相同频带和相同SF导致的接收端信号混叠的缺陷和改进需求，本发明提供了LoRa系统多设备上行数据传输接收端信号解调方法和接收机，其目的在于在多个设备不满足功率差，对发送数据先验未知的情况下解决该技术问题，提高了频谱利用率，极大的节省频带资源，增加系统的负载能力。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种LoRa系统多设备上行数据传输接收端信号解调方法，该方法包括以下步骤：

S1.对上行数据传输阶段接收到的混合多径信号进行频率为LoRa系统带宽的欠采样，将欠采样后的信号变换到最优分数域，得到一系列脉冲信号，其中，每个发送设备对应一组脉冲信号，所述多径信号是由多个发送设备的调制信号经过信道之后得到的信号，所述调制信号是各个发送设备对各自待发送信号通过使用相同的LoRa系统的扩频因子SF和具有相同频带的载波信号调制得到；