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基于lora调制的协作通信网络性能分析与资源分配研究

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基于LoRa调制的协作通信网络性能分析与资源分配研究

作者：许文洋广东工业大学

学位级别：硕士

随着物联网技术的高速发展,智慧交通、智慧城市等节点需要大规模部署的物联网应用场景对无线传输技术提出了新的要求,而传统无线传输技术已经无法再满足物联网传输所需的低功耗、远距离、低成本三大特性。低功耗广域网传输技术(low powe... 详细信息

随着物联网技术的高速发展,智慧交通、智慧城市等节点需要大规模部署的物联网应用场景对无线传输技术提出了新的要求,而传统无线传输技术已经无法再满足物联网传输所需的低功耗、远距离、低成本三大特性。低功耗广域网传输技术(low power wide area network,LPWAN)的提出正是为了解决这一痛点,作为LPWAN技术中的有力竞争者,lora通信技术具有良好的抗干扰、抗多径衰落、抗多普勒效应等优秀性能,因而已成为物联网通信技术中具有竞争力和前景的选择。在传统的星型拓扑lora网络中,lora设备之间的信息传输往往在远距离传输环境下进行,因此传统lora网络面临着的一大难题是如何处理设备远距离通信时因为衰落信道造成的传输性能恶化。协作通信在无线抗衰落方面具有天然的优势,这种允许网络中的节点相互合作的通信方式能够有效地提高无线网络的可靠性。因此,本文将协助通信技术和lora通信网络相结合,深入分析了其系统性能特性并提出了一种针对该系统的资源分配优化方法。论文的主要贡献在于:(1)在一个二维平面上建立系统模型,提出并探究了一种满足节点间距离随机条件下的双跳放大转发多中继lora系统。为了满足网络的可靠信息传输需要,本文为这一系统提出了一种中继选择机制。该中继选择机制具有良好的移植性,可迅速应用到传统的lora传输系统当中。(2)基于所提出的最佳中继选择协议,推导了该系统在Nakagami-m衰落信道下的误比特率(Bit Error Rate,BER)解析表达式与渐进表达式。基于渐进表达式,本文还进一步推导出系统的分集度、覆盖率、以及系统吞吐量这些性能指标表达式。理论推导与仿真结果共同验证了本文所提出的双跳放大转发多中继lora系统在误比特率性能、覆盖率方面要优于传统的lora传输系统。(3)为了最大化该系统的吞吐量,还在限制总能量与限制吞吐量阈值的条件下提出和分析了一个双变量联合的资源分配优化方案(即扩频因子选择与功率分配优化)。在扩频因子选择中,本文所提出的算法能够根据系统吞吐量阈值灵活选择系统传输所需的最佳扩频因子。在功率分配优化方面,本文分别针对对称与非对称Nakagami-m衰落信道利用了凸优化与数值优化方法以解出最优的功率分配比。经过验证,本文提出的优化方案比起其他两个基准方案可以更有效地提高所提出系统的BER性能与吞吐量性能。

关键词： lora调制协助通信技术双跳中继系统资源分配优化

基于lora的卫星物联网系统接收机同步与非相干软解调方案

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电子学报 2023年第5期51卷 1291-1299页

作者：余忠洋高继勋郭小波李博何栎黄治国河南工程学院计算机学院、河南省智慧城市多模态智能交互系统工程研究中心河南郑州451191 西安电子科技大学综合业务网理论及关键技术国家重点实验室陕西西安710071

lora(Long Range)技术是一种改进的高阶啁啾扩频(Chirp Spread Spectrum,CSS)调制技术,如今已经成为了地面物联网(Internet of Things,IoT)的主流调制技术之一.不同于地面物联网,卫星IoT将会实现全球范围内的无缝覆盖,但其通信距离遥远... 详细信息

lora(Long Range)技术是一种改进的高阶啁啾扩频(Chirp Spread Spectrum,CSS)调制技术,如今已经成为了地面物联网(Internet of Things,IoT)的主流调制技术之一.不同于地面物联网,卫星IoT将会实现全球范围内的无缝覆盖,但其通信距离遥远和高速移动使得接收机通常工作在极低信噪比下并面临较大时延和多普勒频移.鉴于此,本文将lora技术应用到卫星IoT系统中并研究相应的接收机同步与非相干软解调方案.首先给出了卫星IoT上行链路的系统模型和数据帧结构.接着根据lora信号的特点,设计了一种联合时延与多普勒频移估计方案.为了进一步消除相偏和其他残留项的影响以及考虑采用基于软判决译码的编码方案,又设计了一种低复杂度的非相干软解调算法.仿真结果表明基于所提同步方案和软解调算法的turbo-lora系统可以在极低信噪比和较小导频开销下获得接近于理想情况的误码性能,且在BER=10-5下优于Hamming-lora系统3 dB.

关键词： lora调制接收机同步非相干解调极低信噪比卫星物联网 6G通信

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基于二元指数后退算法的loraWAN协议

计算机工程 2019年第12期45卷 103-108,133页

作者：屈春晓任久春朱谦复旦大学信息科学与工程学院

通过对loraWAN协议信道接入过程进行分析,发现其在网络负载大的情况下数据传输成功率较低。考虑到提高传输成功率能够有效减少终端重传的次数,降低功耗从而延长终端寿命,因此将loraWAN协议与二元指数后退算法相结合,提出一种改进协议。... 详细信息

通过对loraWAN协议信道接入过程进行分析,发现其在网络负载大的情况下数据传输成功率较低。考虑到提高传输成功率能够有效减少终端重传的次数,降低功耗从而延长终端寿命,因此将loraWAN协议与二元指数后退算法相结合,提出一种改进协议。采用简单状态机描述原始协议和改进协议的数据传输过程,并利用概率分析进行数学建模。基于MATLAB的仿真结果表明,改进协议能够有效提升网络传输成功率,虽然网络平均延时相应增加,但可通过增大带宽补偿此方面不足。

关键词：低功耗广域网 loraWAN协议 lora调制二元指数后退算法信道接入

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抗双色散衰落的折叠Chirp键控调制技术

抗双色散衰落的折叠Chirp键控调制技术

作者：聂小红桂林电子科技大学

学位级别：硕士

随着低轨卫星和无人飞行器等平台的出现,动态多普勒和双色散问题给现有物联网技术带来了新的挑战。而Chirp的斜率特征具有天然的时频移不变性,有利于抵抗双色散信道的影响。因此,本文对多斜率Chirp调制展开研究,利用抗动态多普勒较强的... 详细信息

随着低轨卫星和无人飞行器等平台的出现,动态多普勒和双色散问题给现有物联网技术带来了新的挑战。而Chirp的斜率特征具有天然的时频移不变性,有利于抵抗双色散信道的影响。因此,本文对多斜率Chirp调制展开研究,利用抗动态多普勒较强的折叠Chirp键控调制(Folded Chirp-Rate Shift Keying,FCrSK)系统,在双色散信道下展开最佳判决准则的设计,并通过仿真验证其可行性。此外,对FCrSK受分数采样时间偏移(Sampling Time Offsets,STO)影响下的模型进行详细分析,并提出同步估计与补偿方案,通过仿真验证其可行性。论文主要内容如下:(1)给出了多种多斜率Chirp调制的基本原理,比较了其抵抗动态多普勒的性能;并详细阐述了 FCrSK系统解调端具有能量聚集性判决准则的证明过程。针对双色散问题,进行最佳判决准则的设计。针对具有抗动态多普勒的FCrSK系统,提出了基于能量聚集性的判决算法,获得优异的检测性能。理论推导及仿真结果表明,所提判决算法对双色散信道不敏感。(2)lora调制中存在的Chirp折叠结构对分数STO 比较敏感,但未给出进一步分析说明。因此,本文分析FCrSK中折叠Chirp信号在存在分数STO下的模型,提出了一种高精度的分数STO估计算法。该算法充分利用多个符号的相位信息,对估计分数STO之前峰值位置的提取更加准确。仿真结果表明,与当前lora-Chirp中的估计方式相比,该算法对分数STO的估计精度更高。最后,针对FCrSK系统中的分数STO问题,设计了补偿方案。理论推导及仿真结果表明,FCrSK系统通过分数STO的估计和补偿后性能得到明显提升。

关键词：物联网动态多普勒双色散 lora调制折叠Chirp 分数STO

基于PIC24的户用水表无线远传抄表装置的设计

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测控技术 2017年第12期36卷 100-105页

作者：武永华左瑞娟陈炜翁伟杰姜华福建江夏学院电子信息科学学院福建福州350108 福建师范大学软件学院福建福州350007

农村等偏远山区用户分散居住,水表抄收都采用人工方式,为了解决上述问题,设计了一种基于PIC24单片机的户用水表的低功耗无线抄表装置。装置通过霍尔传感器采集水表脉冲信号,并通过GPRS模块M35把4路水表数据传送给水务监控部门。装置同... 详细信息

农村等偏远山区用户分散居住,水表抄收都采用人工方式,为了解决上述问题,设计了一种基于PIC24单片机的户用水表的低功耗无线抄表装置。装置通过霍尔传感器采集水表脉冲信号,并通过GPRS模块M35把4路水表数据传送给水务监控部门。装置同时接收监控部门的命令,完成对现场阀门等相关参数的远程控制,现场也可以通过无线lora模块SX1278完成校表、校时等基本参数设置。装置采用电池供电,低功耗、低成本、高可靠性,实现了偏远地区户用水表的无线远传抄表,大大提高了水务管理部门的管理水平,具有广阔的应用前景。

关键词： SX1278 无线抄表 lora调制 GPRS网络 PIC单片机

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基于SX1278的水表端无线抄表控制器

电子质量 2015年第12期 67-68,74页

作者：王瑞李跃忠东华理工大学江西南昌330000

介绍了一种水表无线抄表控制器的设计方法。设计通过SX1278的lora调制技术,具有信号强高、传输距离远、功耗低、可靠性高等优点,实现了对水表远程集中管理和控制。

关键词： SX1278 无线抄表 lora调制

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一种容量可调的多并发反向散射通信系统设计

信息技术 2021年第6期45卷 73-77页

作者：林苏冬宫新保刘涛上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240

随着物联网应用场景及规模的不断扩大,现有的物联网设备无法满足高速率、远距离及低功耗等需求。文中利用不同频率循环移位的lora调制信号间的正交性结合OOK调制技术,在433MHz频段搭建适用于工业电力应用场景的多标签并发的低功耗反向... 详细信息

随着物联网应用场景及规模的不断扩大,现有的物联网设备无法满足高速率、远距离及低功耗等需求。文中利用不同频率循环移位的lora调制信号间的正交性结合OOK调制技术,在433MHz频段搭建适用于工业电力应用场景的多标签并发的低功耗反向散射通信系统。在此基础上利用在数字域生成啁啾信号时的相位量化特性,实现一种容量可调的多并发反向散射通信系统,进一步提高系统灵活性。

关键词：物联网反向散射 lora调制系统容量