【摘 要】
:
LoRa(Long Range)作为一种低功率广域网(Low-Power Wide-Area Network,LPWAN)技术,以其低功耗、远距离、低成本的特性迅速发展成为世界范围内最成熟、商业化程度最高的物联网技术之一。但是其媒体访问控制(Medium Access Control,MAC)层采用ALOHA随机接入协议,在面对未来物联网海量接入的场景时会产生严重碰撞,导致网络质量严重下降,因此如
【基金项目】
:
中国电子科技集团公司第五十四研究所合作项目“基于线性频率调制的空频域联合抗截获无线传输信号设计”; 通信网信息传输与分发技术重点实验室基金课题资助(6142104200202);
论文部分内容阅读
LoRa(Long Range)作为一种低功率广域网(Low-Power Wide-Area Network,LPWAN)技术,以其低功耗、远距离、低成本的特性迅速发展成为世界范围内最成熟、商业化程度最高的物联网技术之一。但是其媒体访问控制(Medium Access Control,MAC)层采用ALOHA随机接入协议,在面对未来物联网海量接入的场景时会产生严重碰撞,导致网络质量严重下降,因此如何提高LoRa的多址接入能力、避免碰撞成为了LoRa成功应对未来物联网挑战的关键瓶颈。因此本文主要针对如何提升LoRa的多址接入能力进行研究,使其能够满足未来物联网的发展需求。首先,推导并分析了LoRa的时域表达式;分析了分数阶傅里叶变换的表达式和物理意义;推导了LoRa的最佳接收解调算法和基于分数阶傅里叶变换的解调算法的原理,并以最佳接收解调算法作为后文章节解调算法;介绍了LoRa广域网(LoRa Wide Area Network,LoRa WAN)中与本文相关的具体内容。本章为后文对LoRa多址接入算法的研究奠定了基础。其次,通过将LoRa传输比特分割为地址码和信息码,利用地址码区分用户,提出了正交LoRa多址接入(Orthogonal LoRa Multiple Access,OLMA)算法;分析了OLMA算法在时域和分数域上的实现方法和表现形式,推导证明了不同用户信号之间的正交性;通过碰撞概率计算和仿真实验验证了OLMA算法能够大幅降低碰撞概率,大幅提高用户接入数量,且地址码长度越长多址接入性能越优。然后,为进一步提高OLMA算法的多址接入能力,同时提高OLMA算法的解调效率,以时隙ALOHA(Slot-ALOHA,S-ALOHA)作为LoRa的多址接入协议,提出基于S-ALOHA的OLMA算法;研究了S-ALOHA在A类工作状态下的实现方法,借助上行时间戳和确认(Acknowledgement,ACK)信息设计了实现简单、低成本的同步算法,使终端无论远近发送的信息能够同时到达网关;利用随机几何理论建立了LoRa网络模型,定义了碰撞强度,分析了所提算法以及现有几种接入算法的碰撞强度,证明了所提算法具有更低的碰撞强度;利用仿真实验分析了所提算法和现有算法的性能,证明了所提算法具有更加优秀的多址接入性能。最后,为使基于S-ALOHA的OLMA算法能够面对动态变化的用户接入数量,减少碰撞和比特浪费,提出了基于碰撞概率的自适应碰撞抑制算法。该算法以碰撞概率为参考,根据碰撞概率大小自适应调整OLMA算法的地址码长度以适应动态变化的接入需求,同时在地址码长度过长时采用串行干扰消除(Successive Interference Cancellation,SIC)算法辅助解调;利用仿真实验验证了地址码的长度能够实时跟随用户接入数量的变化而变化,既避免了比特浪费又减少了碰撞,使LoRa在面对动态变化的用户数量时也能展现出优越的性能。
其他文献
在2015年2月27日,在中央全面深化改革领导小组第十次会议上,审议通过了《中国足球改革发展总体方案》,要求各地中小学要把足球列入体育课教学内容,加大学时比重[1]。此方案通过后,该如何对如今校园足球的教学进行改善与创新,专家和老师们开始从不同的角度与方式不断地对其进行研讨与探索。在传统的足球教学当中,教师注重的是战术、动作原理、要领的讲解等这种显性知识的传授,但足球教学的过程中蕴含了大量的不可言
白兔精确时间同步协议(White Rabbit,WR)是一种可达到亚纳秒级别时间同步精度的网络精密时间同步协议。本课题在所内PTP网络精密时间同步协议的研究成果基础上,进一步实现了同步以太网(Sync-E)和全数字双混频鉴相器(DDMTD)的技术研发,完成了WR协议的初步实现。本文采用基于ZYNQ的硬件平台,并通过FMC连接器扩展支持WR协议的物理层芯片板卡进行硬件设计。PHY芯片采用集成了RGM
随着科技水平的进步带来生活方式的变化,人们对室内位置信息的要求与日俱增。目前,室内导航定位技术已经提出不少技术手段,其中超宽带(UWB)定位技术凭借其较高的时间分辨率和良好的测距性能已经展现出在室内定位中的重要性。另外,惯性导航系统(INS)因其不易受环境影响、定位精度高等优点,被广泛用于室内定位。UWB与INS两者的组合定位是近来被广泛研究和关注的组合技术,成为解决室内定位的主流组合方案。因此本
社区是基层治理的基本单元,是推动基层治理的主阵地。加强基层治理是党和政府大力推动的、人民密切关注的基础工程。同时针对现代社会出现的城市问题,国家提出要加强智慧城市建设。社区作为城市的重要组成部分,加强城市智慧社区建设对推动智慧城市向前发展、解决经济社会发展问题和保证基层和谐稳定有积极作用。因此,在基层治理体系和治理能力现代化背景下,加强城市智慧社区建设成为顺应时代潮流发展的必然选择。本文以习近平的
陀螺仪应用于航海、航空航天以及国防工业,是典型的惯性制导器件中的一种,陀螺仪以高精度、微型化和低成本为最终目标,但现有的陀螺仪技术都无法同时达到此目标,因此研究一种新机理指导下的陀螺仪具有非常重要的意义。本文在分析国内外陀螺仪技术的基础上,以改善陀螺仪体积和成本,同时不影响检测精度为目标,通过模型构建、理论分析、仿真验证、原理样机设计与验证对新机理电磁陀螺进行了研究,同时分析了新机理电磁陀螺的正确
标识解析体系作为工业互联网的关键神经系统,是支撑工业互联网网络互联互通的基础设施,也是实现工业互联网数据共享共用的关键。在工业互联网中使用的标识数据有多元化的特点,Handle、OID、Ecode等新型标识体系被提出并得到应用,网络空间呈现出多种标识体系共存的局面。然而多数标识体系只能独立工作而无法实现体系间的标识数据交换,形成了各标识体系互相分离的现状,新型标识体系难以利用现有的设施,部署成本较
外辐射源雷达是一种利用第三方合作或非合作信号源实现目标探测和环境监测的多基地雷达系统,具有架设成本低、隐蔽性强等优势。随着通信技术的发展,越来越多的信号形式也逐渐成为外辐射源雷达领域的研究热点。正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术通过同时发射多个正交的子载波来传输通信信息,具有频谱利用率高、带宽大、调制解调原理简单的特点
基于超宽带(Ultra-Wide Band,UWB)的室内定位技术凭借其高时间分辨率、高测距精准度以及优异的抗干扰能力在众多基于无线电信号的室内定位技术中脱颖而出。本课题以超宽带室内定位系统研究为基础,针对其非视距条件下产生较大非视距误差的问题,研究非视距误差抑制方法,分别给出了基于非视距数据剔除、基于二重粒子滤波算法、基于组合定位三种非视距误差抑制方法,并通过仿真和实验证实了三种方法的有效性。本
单兵班组在室外树林中执行消防或抓捕任务时,身处的环境复杂、处置的情况紧急、卫星信号易被遮挡。在此环境中,单兵之间相互的测距和测向信息,是实现协同导航的前提条件,可以增强单兵环境感知能力,提高任务效率。当前,在提高测距精度方面,学者多针对宽泛环境展开研究,缺乏针对树林环境的特定模型。在UWB测向阵列方面,学者广泛采用单一的干涉式测向技术,不具备抗多径能力。在多节点协调测距方面,大部分研究都集中在移动
半球谐振陀螺是惯性技术领域中最具发展潜力的高精度测量元件,全角模式下半球谐振陀螺可以实现高动态范围测量,扩大了半球谐振陀螺的应用场合。但是,由于加工、制造及装配工艺的缺陷,半球谐振陀螺表头会不可避免地引入检测误差、驱动误差和阻尼不均匀、质量不平衡等特征误差,降低了陀螺的测量精度。因此,本文针对上述误差,提出了检测误差参数、驱动误差参数和特征误差参数的辨识方法,为后续陀螺误差补偿、提高测量精度提供了