一种基于微弱信号检测的LoRa和WiFi并发传输方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112153652A(43)申请公布日2020.12.29(21)申请号202010877295.6(22)申请日2020.08.27(71)申请人浙江大学地址310058浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号申请人西蒙电气（中国）有限公司(72)发明人董玮高艺陈共龙曹丁越乔成刘佰强(74)专利代理机构杭州天正专利事务所有限公司33201代理人王兵(51)Int.Cl.H04W16/10(2009.01)H04W24/08(2009.01)H04W28/26(2009.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称一种基于微弱信号检测的LoRa和WiFi并发传输方法(57)摘要本发明公开了一种基于微弱信号检测的LoRa和WiFi并发传输方法，先将LoRa信号转换为特定小频率的信号，然后通过低通滤波器过滤频率较大的信号，再利用随机共振这一典型物理现象，通过增加适当的白噪声，令该特定频率的微弱信号得到提高，从而可以被检测到；而后根据检测到的信号给LoRa传输预留频谱，从而实现LoRa和WiFi的并发传输。CN112153652ACN112153652A权利要求书1/2页1.一种基于微弱信号检测的LoRa和WiFi并发传输方法，包括以下步骤：(1)在预定长度的滑动窗口中采样并记录信号；每个通道的信号分别存储；(2)将接收到的信号通过三角恒等变换，转换成具有特定频率的信号，这些特定频率的信号只能由一种LoRa信号转换而来；(3)低通滤波器过滤频率较大的WiFi信号；(4)将预处理后的信号送入随机共振模型中进行微弱信号检测，一旦在信号中发现特定频率的信号，就会捕获LoRa信号；(5)根据检测到的LoRa信号频谱占用情况，预留频谱给LoRa传输；(6)通过保留检测到的频谱，实现LoRa和WiFi并发传输。2.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于：步骤(2)中的信号转换，包含以下步骤：(2.1)三角恒等变换积化和差公示如下：其中θ表示LoRa信号使用的频率；(2.2)选择一个合适的频率用于和LoRa信号使用的频率相乘，将这两个频率的积转化成另外两个频率的和；(2.3)为了使频率的数量更少，将频率步长的一半作为目标频率fg，然后选择LoRa信号中的两个相邻频率的中间频率为使得一个频率可以同时将两个相邻频率转化为目标频率；(2.4)该目标频率fg比所有的LoRa信号的频率都要小，通过低通滤波器后，仅有频率为fg的信号被保留下来，并加入到转换队列Q中；(2.5)迭代执行上述操作，直到LoRa信号中所有频率都被处理过；最终得到的信号是Q中频率为fg的所有信号之和；为了产生其他的LoRa参数，需要推断出频率的集合假设扩频因子为S，带宽为B，则目标频率fg为：则用于公式(1)的频率集为：。3.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于：为了减少WiFi信号带来的错误检测问题，步骤(2)中需要跳过一些频率变换，同时使影响最小化：侦查WiFi现在占用的信道，并给出LoRa的信道分配策略；据此推断可能会引起WiFi信号被误判为LoRa信号的频率并从频率集中删除这些频率；评估移除的频率占的比值：假定可以转换为目标频率的LoRa信号频率数为Rl，可以转换为目标频率的WiFi信号频率数为Rw，优化目标是找到一个最优频率集Fφ使得Rl和Rw的差值最大，也可以表示为：2CN112153652A权利要求书2/2页。4.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于：步骤(4)中微弱信号检测包含以下步骤：(4.1)为了获得随机共振模型的分析结果，采用四阶龙格-库塔法得到目标频率fg的增强信号；(4.2)当目标频率fg在频域上出现一个清晰的峰值时，就可以检测到LoRa信号；(4.3)为了确定哪个信道被LoRa占用，迭代地对每个与WiFi信道重叠的LoRa信道进行信道采样、频率变换。5.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于：步骤(5)将预留频谱给LoRa传输具体包括：(5.1)先根据LoRa检测时占用的带宽保留了适当数量的子载波；由于只有当LoRa传输使用了正确的带宽时，LoRa信号才能被正确检测到，LoRa的带宽是在LoRa信号检测时推断出来的；(5.2)为了进一步减少WiFi的吞吐量损失，利用了LoRa中内置的纠错能力：扩频因子、FEC和符号交错；(5.3)只要高功率突发干扰占比小于LoRa信号的50％，LoRa信号的保留频谱减少到完美频谱保留方法的一半。3CN112153652A说明书1/5页一种基于微弱信号检测的LoRa和WiFi并发传输方法技术领域[0001]本发明涉及通信技术领域，特别是一种基于微弱信号检测的LoRa和WiFi并发传输方法。背景技术[0002]近些年来，低功耗广域网(LPWA