本发明专利技术涉及一种基于信噪比冗余和干扰消除技术的异构网络智能共存方法，射频前端收到的信号首先经过频谱搬移和聚合模块的处理。当检测到WiFi信号干扰，利用信噪比冗余特性进行WiFi信号的解码，并使用解码得到的数据进行WiFi信号信道参数估计，通过异构干扰消除技术来减掉WiFi信号的影响，从残余的信号就可以用来进行ZigBee数据的解码，本发明专利技术基于信噪比冗余来实现异构网络智能共存，可以恢复受WiFi的信号干扰而无法解码的ZigBee信号，从而实现了WiFi和ZigBee异构网络的智能共存。本发明专利技术设计时充分考虑与现有的ZigBee和WiFi网络的异同之处，不需要对WiFi和ZigBee节点进行任何修改和干预，只需将通常的ZigBee汇聚节点替换成我们所提出的智能汇聚节点即可实现WiFi和ZigBee异构网络的智能共存。ZigBee异构网络的智能共存。ZigBee异构网络的智能共存。
【技术实现步骤摘要】
一种基于信噪比冗余和干扰消除技术的异构网络智能共存方法
[0001]本专利技术涉及一种基于信噪比冗余和干扰消除技术的异构网络智能共存方法，属于无线网络通信领域。
技术介绍
[0002]十几年来，基于802.15.4的无线传感器网络(如ZigBee网络)在诸如医疗健康，环境监测等领域得到了广泛的应用。特别是人们越来越关注于将无线传感器网络部署于城市区域以提供在线和长期的监测，如CitySee等。ZigBee网络和WiFi网络共享同样的2.4GHz ISM(Industrial,Scientific and Medical,工业，科学和医用)频段。但是WiFi网络已经在城市得到了广泛的部署以用于提供Internet接入服务。从而引入了ZigBee和WiFi网络之间的共存问题。最近的研究表明繁忙的WiFi网络流量会导致ZigBee网络性能的显著下降。
[0003]多种类型的方案已经被提出来以解决异构网络之间的共存问题。第一种类型的方案是在事先进行频谱规划，针对不同的网络使用不同的频谱资源。第二种类型的方案要求宽带设备(如WiFi)将窄带设备(如ZigBee)所使用的频谱资源主动让出来，从而实现频率上无干扰的共存。第三种类型的方案设计一些新的ZigBee协议(如预测，恢复，保护等)或者定制前导码，以实现时间上无干扰的共存。
[0004]但是，由于以下原因，这些方案都很难部署于城市监测环境。首先，市区尤其是居民区的WiFi网络都是不受控制且不可预测的，这使得对WiFi设备的协调和修改都不可行。其次，之前所提到的这些新协议要么在弱小的感知节点消耗较多的计算资源，要么需要网络间的协调，从而导致较大的开销。第三，之前提到的部分方法需要对ZigBee节点重新编程，并且导致WiFi网络性能下降，从而不适用于大规模长期的城市监测。
[0005]为了解决这些困难，我们提出了智能汇聚节点方案，来增强现有的ZigBee网络抗干扰性能。我们发现，当WiFi和ZigBee的信号发生冲突时，尤其是在对称区域，WiFi的信号强度通常显著高于ZigBee的信号强度，从而为应用干扰消除技术带来了机会。智能汇聚节点的设计方案受到这一观察的启发。为了能够在WiFi和ZigBee的信号冲突时恢复ZigBee的数据，智能汇聚节点首先解出WiFi数据，然后将WiFi干扰消除，最后再解ZigBee数据。为了提供解决冲突的能力，智能汇聚节点增加了WiFi干扰管理模块，并且重新设计了现有的汇聚节点结构。这一全新设计可以使WiFi和ZigBee网络同时进行数据传输。进而，重新设计的结构可以使用正交信道来同时连接多个ZigBee网络。
[0006]注意到，这样的设计是复杂并且有挑战性的。智能汇聚节点利用信噪比冗余和干扰消除技术来实现ZigBee信号和WiFi信号的共存，从而与之前基于MIMO的方案和需要辅助节点的方案有着本质的不同。对于单天线设计来说，需要更加健壮并且准确的WiFi信号解码方案，即使WiFi信号受到了ZigBee信号的干扰。同时，由于需要将解码之后的信号重新生成以完成干扰消除，也需要更加准确的信道参数估计和有效的干扰边界检测。
[0007]我们使用了两种全新的方案来解决这两个挑战。首先，我们使用了基于软判决的
Viterbi译码来计算每个子载波的置信度。在异构技术体制下，每个子载波所受到的干扰情况是不一样的，这一信息可以用来提高WiFi数据解码的健壮性。其次，不同于使用短训练序列来估计频偏和使用长训练序列来估计信道参数，我们使用了全部解调得到的数据来作为训练序列来估计频偏和信道参数。我们的主要发现是在异构技术体制共存下可以利用能量、频率和编码方面的机会。因为不同的配置可以为缓解干扰和数据恢复提供一些多维的信息。同时，我们所采用的方案缩小了WiFi和其它ISM频段技术的鸿沟，因为ZigBee信号在很多方面都与WiFi信号类似并且包含很多语义信息。
[0008]所提方案具有一些优越的特性。首先，能够实现无干预的共存，而不像之前的方案那样要么牺牲ZigBee的性能要么牺牲WiFi的性能。所提方案不需要抑制WiFi对ZigBee的干扰，从而在提高ZigBee吞吐量的同时不会影响到WiFi网络的时延。其次，是一个平滑的方案，可以提供平滑的后向兼容性。增加一个新的智能汇聚节点是一个非常可行的方案：它不需要对现有的ZigBee协议和已部署的ZigBee节点做任何修改。同时，增加汇聚节点所带来的额外开销相对于重新部署大量的传感节点来说也要小的多。可以预见，这一方案可以平滑地支持未来的家用无线网络。在未来家用无线网络中，很多基于WiFi和ZigBee的无线设备被广泛地部署。
技术实现思路
[0009]本专利技术设计时充分考虑与现有的ZigBee和WiFi网络的异同之处，不需要对WiFi和ZigBee节点进行任何修改和干预，只需将通常的ZigBee汇聚节点替换成我们所提出的智能汇聚节点即可实现WiFi和ZigBee异构网络的智能共存，有效解决WiFi和ZigBee网络共存时的互相干扰问题，提高网络吞吐量；为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种基于信噪比冗余和干扰消除技术的异构网络智能共存方法，包括以下步骤：
[0010](1)频谱搬移和合并。智能汇聚节点采用了宽频的射频前端来将WiFi信号和ZigBee的信号同时接收下来。然后通过频谱搬移来将WiFi和ZigBee的信号分别移到相应的中心频率上去，再进行相应的处理。
[0011](2)干扰检测。智能汇聚节点只有在检测到WiFi信号时才进行干扰消除工作。我们使用了广泛使用的自相关方法来检测WiFi信号是否存在。
[0012](3)WiFi信号解码。使用WiFi信号的短训练序列(Short Training Symbols,STS)来估计频偏，使用长训练序列(Long Training Symbols,LTS)来实现符号同步和信道参数估计。并使用了基于软判决的维特比译码器以提高解码性能。
[0013](4)WiFi信号的精确信道参数估计。使用了解调得到的全部WiFi数据来估计载波频率偏差并对进行补偿。同样使用了解调得到的全部WiFi数据来估计WiFi信号的信道参数。
[0014](5)干扰消除。由于WiFi信号的强度通过比ZigBee信号的强度高，所以即使WiFi和ZigBee同时接入信道也可能将WiFi的数据解出来。方案的关键设计就是基于这一观察，先将ZigBee信号当作背景噪声并用标准的WiFi解码过程得到WiFi数据。然后将解出的数据重新调制，并加入真实信道的影响，然后使用干扰消除(Interference Cancelation，IC)技术来将较强的WiFi信号减掉。最后使用标准的ZigBee解码过程得到ZigBee数据。
[0015](6)ZigBee信号解码。ZigBee数据解调模块完成ZigBee信号的频偏补偿，相位恢
复，解决相位模糊问题，时钟恢复，OQPSK解调，解扩和循环冗余检测。从而实现了对ZigBee信号的相本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于信噪比冗余和干扰消除技术的异构网络智能共存方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)频谱搬移和合并，智能汇聚节点采用了宽频的射频前端来将WiFi信号和ZigBee的信号同时接收下来，然后通过频谱搬移来将WiFi和ZigBee的信号分别移到相应的中心频率上去，再进行相应的处理；(2)干扰检测，智能汇聚节点只有在检测到WiFi信号时才进行干扰消除工作，使用了广泛使用的自相关方法来检测WiFi信号是否存在；(3)WiFi信号解码，使用WiFi信号的短训练序列(Short Training Symbols,STS)来估计频偏，使用长训练序列(Long Training Symbols,LTS)来实现符号同步和信道参数估计，并使用了基于软判决的维特比译码器以提高解码性能；(4)WiFi信号的精确信道参数估计，使用了解调得到的全部WiFi数据来估计载波频率偏差...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫宇博，杨盘隆，李向阳，
申请(专利权)人：德清阿尔法创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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