無線通信方法
【技術領域】
[0001] 本發明針對用于在無線網絡中由多個基站控制多個端點的方法和幀，特別是但非 排他地在網絡系統的吞吐量是限制因素并且網絡采用合成的啁嗽（Chirp)調制方案時。
【背景技術】
[0002] 在多種系統中使用數字無線數據傳輸，所述系統在數據速率、傳輸范圍和功率消 耗方面皆呈現極大的可變性。使用頻譜調制技術來改進對無線電通信中噪聲和干擾的免疫 性，各種Bluetooth?協議是這樣的技術的示例。這些調制方案使用跳頻擴頻并且實現低消 耗和優良的帶寬，但是它們的范圍被限制為幾米。
[0003] 直接序列擴頻技術也是已知的并且可以達到非常高水平的編碼增益。在某些情況 下，像在GPS系統中，已經顯示出在遠距離上的優秀的噪聲免疫性。然而這些技術的限制是 接收機的相當高的復雜度、對于弱信號而言可以非常長的獲取時間以及它們的功耗。
[0004] 歐洲專利申請EP2449690描述了使用數字合成啁嗽符號作為調制的通信系統和 合適的基于FFT的接收機。
[0005] 已知在各種射頻電路中的啁嗽產生，例如US6549562描述了用于生成調制的啁嗽 信號的方法，而EP0952713示出了基于啁嗽信號的同步過程。除其他之外，US6940893和 US6614853通過經過波散濾波器傳遞脈沖信號來描述啁嗽信號的生成和使用以及基于此的 通信方案。
[0006] 在本領域中已知的其他參考描述了使用數字合成啁嗽符號作為調制的通信系統 和合適的基于FFT的接收機。除其他之外，歐洲專利申請EP2763321描述了一個這樣的 調制方法，其中信號的相位基本上鄰接，并且以這樣的方式將啁嗽嵌入到數據幀中以便允 許在發射機和接收機節點之間的同步以及確定它們之間的傳播范圍。該調制方案被用在 Semtech公司的遠程LoRa?RF技術中，并且其將在該文檔的下文中被簡稱為'LoRa'。
[0007] 上文提及的啁嗽擴頻(也是下文中的CSS)通信系統在大量的端節點的網絡的部署 中特別有用，其利用低功率并且在長距離上傳輸有限量的數據。然而，當在網絡中的節點的 數量增加時，通信可以受到最大可用網絡容量的限制。因此存在關于基于啁嗽擴頻調制對 無線網絡的聚合的容量的改進的可能性和需要。
[0008] CSS網絡和其他聯網系統可以實施不同的策略以避免沖突或者至少減少它們的可 能性，并且因此更好地利用可用容量。已知例如使用載波感測或者'發送前監聽'協議來獲 得該益處。然而這些系統不可以超過網絡的理論容量并且與直隨機訪問（straigh random access)(也被稱為ALOHA)相比總是在功耗和電池壽命方面施加成本。
[0009] 已知被共同指定為窄帶或超窄帶（UNB)調制的其他調制技術，其通過多個非常低 的帶寬信道傳輸數據。這些系統可以實現長傳輸距離，并且承諾交付優秀的譜效率。CDM 是使得非常高效地使用可用頻譜的另一種已知的調制。然而，這兩種技術需要相當大的處 理能力和高質量的基準(溫度補償的）振蕩器，這限制了在低功率、低成本應用中的它們的 有用性。在某些應用中，在上行鏈路中窄帶或超窄帶傳輸供標準的振蕩器使用。然而，在這 樣的情況下，本地振蕩器的隨機頻率漂移改變頻率，使得信道邊界不能被精確地定義、沖突 概率增加并且消極地影響網絡容量。
[0010] 因此，本發明的目的是提出能夠改進現有啁嗽擴頻網絡的譜效率的裝置和方法。
【發明內容】
[0011] 如將在以下描述中證明的那樣，已經設想和開發本發明，目的在于向上述客觀技 術需求提供技術方案。
[0012] 根據本發明的實施例，提出了通過多個基站的在多個端點之間的無線通信方法， 因為其是所附權利要求書的目的。特別地，本發明涉及一種通過多個基站的在多個端點之 間的無線通信方法，包括：由發射機發送消息，所述消息包括根據啁嗽擴頻格式調制的前導 和包括利用比前導窄的帶寬調制的數據的主體，鏈接前導的數據速率和主體的數據速率， 在接收機中接收所述消息，檢測所述啁嗽擴頻前導，借助于所述啁嗽擴頻前導將接收機的 本地時間基準對齊到發射機的時間基準，并且解調所述主體。
[0013] 因此結合本發明的示例性實施例提供了關于這些和其他方面的更詳細的解釋以 及本發明的優勢。
【附圖說明】
[0014] 本發明的以上和其他的方面、特征和優勢將根據連同下圖呈現的其隨后的描述變 得更加明顯，其中： 圖1是諸如在LoRa協議中提出的啁嗽擴頻中的幀格式的表示； 圖2示意性地表示根據本發明的一個方面的、對與在圖1中的內容相同的內容編碼的 幀； 圖3、4和5圖示了分別根據本發明的實施例以及在窄帶或超窄帶（UNB)調制中的LoRa 協議中的沖突； 圖6圖示了根據本發明的、針對上行鏈路和下行鏈路的、組合啁嗽擴頻和超窄帶技術 的在基站和端節點之間的信息的交換； 圖7表示系統鏈路速率自適應的可能的方案，并且 圖8示出了消息可以如何在時間上重疊而沒有沖突。
【具體實施方式】
[0015] 實行本發明的目前構思的最佳模式的以下描述不以限制意義理解，而是僅出于描 述本發明的一般原理的目的被做出。本發明的范圍應該參照權利要求書來確定。
[0016] 現在將參考圖，其中相同的數字至始至終指相同的部分。
[0017] 針對LoRa調制方案的詳細描述，將讀者引導到歐洲專利申請EP2449690和 EP2763321 (通過引用并入本文)。出于簡潔，本說明書將簡單回顧要點。
[0018] LoRa調制基于一連串頻率啁嗽，其頻率沿著預先確定的時間間隔從初始瞬時頻率 值:爲改變到最終瞬時頻率Λ。為了簡化描述，將假設所有的啁嗽具有相同的持續時間F， 盡管這對于本發明而言不是絕對的要求。
[0019] 啁嗽可以由它們的瞬時頻率的時間分布（prof i Ie ) AO或者還由將信號的相位定 義為時間的函數的函數磷（0來描述。重要地，LoRa設備可以生成和識別具有多個不同分 布的啁嗽，每個對應于在預先確定的調制字母表中的符號。重要地，啁嗽可以是具有具體和 預定義的頻率分布的基磁釋鞭(在下面也被稱為未源凌/釋鞭)，或者通過循環地時移基礎頻 率分布從基礎啁嗽獲得的可能的凌/釋礙的集合中的一個。
[0020] 在通常的實現中，基礎啁嗽的頻率從初始值蠢:--尨吻這線性地增加到最終值 (在基帶表示中)，其中代表帶寬擴展的量，但是下降的啁嗽或其他啁嗽分布 也是可能的。啁嗽的相位優選地由連續函數0(t)描述，其在啁嗽的開始處和末尾處具有 相同的值，使得信號的相位連續跨越符號邊界。該符號間相位連續性使 能有利和簡練的FFT解調算法。
[0021] 如上提及的那樣，間隔@談與啁嗽周期T 一起限定LoRa傳輸的擴展因 子，使得該系統能夠以不同的擴展因子操作。重要的是注意到LoRa信號的解調需要擴展因 子的知識，并且因此該參數優選地由協議預先確定、被傳輸到接收機節點，或者算法上可預 測，以便避免長搜索。施加萬難]共同值使得擴展因子由T單獨意思明確地確定是可能并且 確實優選的。
[0022] 圖1表示在LoRa網絡中的典型傳輸幀。每個矩形在這里表示啁嗽或者等同地表 示符號：水平軸110對應于消逝的時間，并且矩形的高度是每個啁嗽的相應的帶寬的指示。 可以觀察到，所有的啁嗽都具有共同的高度和寬度，對應于共同的帶寬和持續時間。
[0023] 幀116包括前導102,所述前導102包括一連串調制和未調制的啁嗽。前導以在專 利申請EP2763321中解釋的方式使能接收機的時間基準與發射機的時間基準的在時間和 頻率上的即時同步。根據需要它也可以明顯地比在圖中表示的更長或更短。
[0024] 前導102優選地之后是分組報頭104,分組報頭104包括用于解碼之后的數據凈 荷106所需要的信息。報頭在圖中由三個調制的符號表示，但它可以明顯地包括更多并且 事實上它的結構可以被靈活地確定。
[0025] 本發明涉及圖1的傳輸方案的改進，其通過更有效地使用可用帶寬而允許增加 LoRA CSS網絡的總容量。根據圖2中表示的實施例，傳輸包括如在常規的LoRa協議中的前 導部分，之后是對報頭104和凈荷106編碼的一系列符號，其被作為利用較低的帶寬和較低 的擴展因子調制的啁嗽傳