LoRa多符号速率的接收处理方法技术

本发明专利技术提出了LoRa多符号速率的接收处理方法。方法按照以下步骤进行处理：待发送数据的LoRa节点使用任意扩频因子，将信源数据经过LoRa扩频调制后发到空口。待接收数据的LoRa节点初始化扩频因子为7，持续监测空口RSSI信号强度，一旦RSSI超过门限值，则认为空口有LoRa数据。一旦检测到有效数据，则采用CAD信道检测方法来检测当前扩频因子下是否有LoRa数据帧前导码，如果检测到有效前导码，则进入接收模式，将完整数据接收下来；如果未检测到有效前导码，则切换到下一个扩频因子，继续检测此符号速率下的空口是否有有效前导码。通过在不同扩频因子下前导码快速检测及切换，实现不同符号速率的LoRa数据的接收。

LoRa multi symbol rate reception processing method

The invention proposes a LoRa multi symbol rate reception processing method. Methods The LoRa nodes used any spread spectrum factor to transmit the data. The source data was modulated by LoRa spread spectrum and then sent to the gap. The LoRa node initializes the spread spectrum factor of the received data to be 7, and continuously monitors the RSSI signal strength of the air port. Once RSSI exceeds the threshold value, it is considered that the air port has LoRa data. Once valid data is detected, a CAD channel detection method is used to detect whether there is a LoRa data frame preamble under the current spread spectrum factor. If valid preamble is detected, the whole data is received in the receiving mode; if valid preamble is not detected, the next spread spectrum factor is switched to continue detection. Is there a valid preamble at the symbol rate? LoRa data with different symbol rates are received by fast detection and switching of preambles under different spread spectrum factors.

【技术实现步骤摘要】
LoRa多符号速率的接收处理方法
本专利技术提出了一种LoRa多符号速率的接收处理方法，涉及物联网、低功耗广域网络领域。
技术介绍
LoRa是LPWAN通信技术中的一种，是Semtech公司基于CSS扩频技术开发的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统。截至2018年1月，根据LoRa联盟官网介绍(https://www.lora-alliance.org/)，全球已有包括中国在内的67个公开部署LoRaWAN网络的国家。目前LoRa传输方案均使用Semtech的LoRa传输芯片，国内使用量最大的为SX1278芯片(https://www.semtech.com/uploads/documents/sx1276.pdf)。LoRa扩频调制技术采用多个信息码片来代表有效负载信息的每个位。扩频信息的发送速度称为符号速率（Rs），而码片速率与标称符号速率之间的比值即为扩频因子，其表示每个信息位发送的符号数量。在章节《4.1.1.2.SpreadingFactor》中有LoRa扩频因子的详细定义。ThespreadspectrumLoRaTMmodulationisperformedbyrepresentingeachbitofpayloadinformationbymultiplechipsofinformation.Therateatwhichthespreadinformationissentisreferredtoasthesymbolrate(Rs),theratiobetweenthenominalsymbolrateandchiprateisthespreadingfactorandrepresentsthenumberofsymbolssentperbitofinformation。从LoRa芯片手册的介绍，可以看到，因为不同扩频因子(SpreadingFactor)之间为正交关系，发送端使用一个扩频因子发送数据时，接收端必须配置为相同的扩频因子，双方使用相同的扩频因子，即相同的符号速率才能接收到相应数据。由此，LoRa自组网应用中需要约定好通讯的符号速率，整个网络的节点都在相同符号速率下进行通信。中国专利技术专利申请《CN106385303A》以及《CN106255137A》分别公开了提升LoRa网络通信速率的方法，其基础的节点通信建立方法是通过不同速率从低到高调整，不停试探，确认可用速率，从而建立通信连接。此类通信方案效率不高，本专利技术提供一种无需预知当前符号速率即可进行正常通信的多符号速率通信方法。另外，Semtech提供了SX1301的LoRaWAN基站方案(https://www.semtech.com/products/wireless-rf/lora-gateways/SX1301)，可同时接收不同符号速率的LoRa数据，但基站方案成本过于高昂(目前价格约为SX127X芯片的100倍)，对于大部分应用资源也过于庞大。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了LoRa多符号速率的接收处理方法，在低成本的LoRa单信道传输芯片上，实现无需预知当前符号速率即可进行正常通信。该方法，具体包括以下过程：在需要通信的LoRa节点上使用LoRa帧格式，该帧格式至少包含前导码、数据载荷两部分；待发送数据的LoRa节点使用任意扩频因子，将信源数据经过LoRa扩频调制后发到空口；待接收数据的LoRa节点初始化扩频因子为7，处于持续接收模式，监测空口RSSI信号强度，一旦RSSI超过门限值，则认为空口有LoRa数据；一旦检测到有效数据，则采用ChannelActivityDetection(CAD)的信道检测方法来检测当前扩频因子下是否有LoRa数据帧前导码，如果检测到有效前导码，则进入接收模式，将完整数据接收下来；如果未检测到有效前导码，则切换到下一个扩频因子，继续检测此符号速率下的空口是否有有效前导码；通过在不同扩频因子下前导码快速检测及切换，实现不同符号速率的LoRa数据的接收。进一步的，所述LoRa帧格式，该传输帧格式至少包含前导码、数据载荷两部分，其中前导码长度设置为典型值8个symbol，业界在LoRaWAN等典型应用中通常会将前导码长度设置为8个symbol，因此可覆盖大部分LoRa传输应用场景。进一步的，所述空口RSSI信号强度判断方法，其门限值数值确认方式为取环境噪声强度与节点最小信号强度的平均值，一旦空口RSSI信号强度超过该门限值，则表明空口有有效LoRa数据。进一步的，所述CAD的检测方法是LoRa芯片提供的一种可检测无线信道上低于接收机底噪的LoRa前导码的操作方法，检测耗时约2个symbol。进一步的，所述扩频因子的切换方法，扩频因子的取值范围是7到12，扩频因子的切换是从SF7到SF12进行顺序切换，具体步骤如下：先使用扩频因子SF7来执行CAD前导码检测，判断该扩频因子下是否有LoRa数据的前导码，如果检测到有效前导码，则进入接收模式，将完整数据接收下来；如果未检测到有效前导码，则执行下一步；下一步使用扩频因子SF8来执行CAD前导码检测。判断该扩频因子下是否有LoRa数据的前导码，如果检测到有效前导码，则进入接收模式，将完整数据接收下来；如果未检测到有效前导码，则执行下一步；以此类推，分别进行扩频因子SF9、SF10、SF11、SF12的CAD检测，判断该扩频因子下是否有LoRa数据的前导码，如果检测到有效前导码，则进入接收模式，将完整数据接收下来；如果未检测到有效前导码，则执行下一步；当切换到SF9时，前面几步的前导码检测耗时等于SF9下的(1+0.5)个symbol耗时，因此前导码还剩余6.5个symbol可进行CAD检测；当切换到SF10时，前面几步的前导码检测耗时等于SF10下的(1+0.5+0.25)个symbol耗时，因此前导码还剩余6.25个symbol可进行CAD检测；当切换到SF11时，前面几步的前导码检测耗时等于SF10下的(1+0.5+0.25+0.125)个symbol耗时，因此前导码还剩余6.125个symbol可进行CAD检测；当切换到SF12时，前面几步的前导码检测耗时等于SF10下的(1+0.5+0.25+0.125+0.0625)个symbol耗时，因此前导码还剩余6.0625个symbol可进行CAD检测；通过此方法，就可以在LoRa前导码的8个symbol内对所有扩频因子下的空口信号都进行了捕捉检测，如果某一扩频因子有数据，则会被CAD检测到，进而接受完整数据，从而实现对LoRa多符号速率数据的接收。本专利技术采用上述的顺序切换扩频因子，结合CAD监测LoRa前导码的方法，实现了对任意符号速率LoRa数据的接收。相比于
技术介绍
中介绍的预知当前符号速率才能接收该符号速率LoRa数据的使用方法，大大提高了灵活性。在自适应速率的大规模节点网络，以及LoRa未知速率的数据嗅探等应用中可发挥较大作用。附图说明图1是本专利技术LoRa多符号速率接收处理的工作流程图；图2是本专利技术中切换扩频因子捕捉前导码的优选示例图；具体实施方式为了使本专利技术的技术方案更加清楚明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.LoRa多符号速率的接收处理方法，其特征在于，包括以下过程：在需要通信的LoRa节点上使用LoRa帧格式，该帧格式至少包含前导码、数据载荷两部分；待发送数据的LoRa节点使用任意扩频因子，将信源数据经过LoRa扩频调制后发到空口；待接收数据的LoRa节点初始化扩频因子为7，处于持续接收模式，监测空口RSSI信号强度，一旦RSSI超过门限值，则认为空口有LoRa数据；一旦检测到有效数据，则采用Channel Activity Detection(CAD)的信道检测方法来检测当前扩频因子下是否有LoRa数据帧前导码，如果检测到有效前导码，则进入接收模式，将完整数据接收下来；如果未检测到有效前导码，则切换到下一个扩频因子，继续检测此符号速率下的空口是否有有效前导码；通过在不同扩频因子下前导码快速检测及切换，实现不同符号速率的LoRa数据的接收。

【技术特征摘要】
1.LoRa多符号速率的接收处理方法，其特征在于，包括以下过程：在需要通信的LoRa节点上使用LoRa帧格式，该帧格式至少包含前导码、数据载荷两部分；待发送数据的LoRa节点使用任意扩频因子，将信源数据经过LoRa扩频调制后发到空口；待接收数据的LoRa节点初始化扩频因子为7，处于持续接收模式，监测空口RSSI信号强度，一旦RSSI超过门限值，则认为空口有LoRa数据；一旦检测到有效数据，则采用ChannelActivityDetection(CAD)的信道检测方法来检测当前扩频因子下是否有LoRa数据帧前导码，如果检测到有效前导码，则进入接收模式，将完整数据接收下来；如果未检测到有效前导码，则切换到下一个扩频因子，继续检测此符号速率下的空口是否有有效前导码；通过在不同扩频因子下前导码快速检测及切换，实现不同符号速率的LoRa数据的接收。2.根据权利要求1所述LoRa多符号速率的接收处理方法，其特征在于，所述LoRa帧格式，该传输帧格式至少包含前导码、数据载荷两部分，其中前导码长度设置为8个symbol，业界在LoRaWAN等典型应用中通常会将前导码长度设置为8个symbol，因此可覆盖大部分LoRa传输应用场景。3.根据权利要求1所述LoRa多符号速率的接收处理方法，其特征在于，所述空口RSSI信号强度判断方法，其门限值数值确认方式为取环境噪声强度与节点最小信号强度的平均值，一旦空口RSSI信号强度超过该门限值，则表明空口有有效LoRa数据。4.根据权利要求1所述LoRa多符号速率的接收处理方法，其特征在于，所述CAD的检测方法是LoRa芯片提供的一种可检测无线信道上低于接收机底噪的LoRa前导码的操作方法，检测耗时约...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑冬冬，
申请(专利权)人：厦门四信通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35