蜂窝频带中的通信设备和方法技术

本发明专利技术涉及蜂窝频带中的通信设备和方法。一种在包括一个或若干个信标以及多个端点的网络中的无线通信方法，包括：通过信标发送根据啁啾扩频格式调制的定时消息；在一个或若干个终端节点接收器中接收所述定时消息；检测所述定时消息；借助于所述定时消息将终端节点的本地频率参考和/或时间参考与发射器的时间参考对准。

【技术实现步骤摘要】

在实施例中本专利技术涉及旨在充当用于“物联网”网络中的物理层的通信协议。具体地，但不排他地，作为本专利技术对象的协议和设备可以被包括，或者依赖现有蜂窝电话基础设施并且占用分配到蜂窝电话网络的频带。
技术介绍
LoRa通信协议和设备基于组合了低功率和长通信距离的基于啁啾(chirp)的调制。因此，它们理想地适合用于在非常小的电池操作的对象中实现联网能力。窄带和超窄带调制是可以用于在多个节点之间建立无线电无线通信的另一技术。这些调制模式所需的非常窄带宽尤其需要发射器和接收器之间同步的精确性。基于卫星的系统向自定位设备提供了定位能力。GPS是第一个，Glonass系统是非常有用的补充，并且Galileo系统将跟随有新的能力。基于无线电信号的定时中的差异的陆地或海洋位置服务也已经长期存在，例如DECCA和LORAN。所有这些系统共享相同的原理：已知位置的时间或频率同步的站广播无线电信号，端点接收所述信号并得出其位置。如尤其在转让给本申请人并且通过引用合并于此的专利申请EP2449690、US20140225762和WO2014124785中公开的，LoRa设备的位置还可能有测距或者发射端点的位置。所谓的“物联网”是具有用于使用有线和/或无线接口在其之间交换数据的嵌入式软件和电子装置的物理对象、设备和其它物体的网络。有一个共识是许多未来“物联网”应用将涉及既不能接入有线网络也不具有持久能量供应的小型低成本便携设备。连接的对象的开发者的另一个关注是可用于通信的无线电频带必然有限，并且传输被严格调节以便使干扰最小化。在典型的IoT场景中，每个单独的节 点产生适量的数据，并且不频繁地通信，但是，由于所部署的节点的数目非常大，网络容量快速地成为限制因素。在该上下文中，存在对于能量和频谱两者高效的通信系统和方法的需要，以便最大化电池操作的对象的自治，增加通信可能所处的最大距离，并最佳地使用可用无线电空间。出于成本和能量二者考虑，还存在对于具有低计算复杂度的通信方法的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供克服现有技术的缺点的改进的系统，并且具体的通信系统和通信设备，其组合了非常低功率、简单和频谱高效的通信信道，并且允许通过用于资产追踪或者需要位置信息的其它应用的网络基础设施对静止或快速移动对象的精确定位。根据本专利技术，借助于随附权利要求的对象实现该目的。特别地，本专利技术的实施例使用具有异步接入的窄带到超窄带上行链路和下行链路信道化，其提供了最佳频谱效率，而同时针对上行链路和下行链路二者使用LoRa扩频调制来实现定位，其允许数据通信和从深度室内到快速移动的室外设备的定位。两个物理层可以在分离的频谱块同时操作。根据本专利技术的移动设备优选地是能够进行两种操作模式的。物理层的选择(窄带或者LoRa扩频)是应用驱动的。产生大业务量的静态终端设备可能有利于窄带层，而具有定位需要的设备可以使用LoRa层。单个设备可以被配置为动态地并且根据需要与必要一样地经常地从一个通信模式切换到另一个。根据另一独立方面，本专利技术涉及无线系统，其包括可以经由相应无线电接口与移动节点通信的多个固定基站收发信站(BTS)，无线电通信包括在无线电频谱的有限部分中的窄带双向数据传输接口以及由BTS发射到移动节点的扩频啁啾调制信标信号，信标允许移动节点估计和/或校正其自身时间参考的频率/时间误差，由此移动节点获得其用于调制和解调所述窄带双向传输的精确时间和频率参考。词语“信标”通过扩展还将用于表示发射信标信号的基站收发信站。本专利技术还涉及上面详述的系统以及对应的方法，在所述系统中扩频信标在频率上叠加到窄带传输，并且其采用频分将窄带传输划分在(优选地不同宽度的)多个子信道中。在另一独立方面中，本专利技术还涉及无线系统，其包括可以经由相应无线电接口与移动节点通信的多个固定基站收发信站(BTS)，所述系统具有用于移动节点的被动定位模式，由此移动节点被动地从主基站收发信站和从收发信站接收包括测距请求和测距响应的多个交换，所述交换与一个收发信站的时间参考同步，以使得到距离内的移动节点的信号的到达时间差异可以被确定，优选地，不与外部参考同步。本专利技术还包括如上所述的系统，其中无线系统以以下方式被布置：使得多对主收发信站和从收发信站交换测距请求和响应，移动节点接收它们，所述系统被布置在移动节点中、在基础设施中或者在组合中，以确定信号从站对到移动节点的到达时间差异，所述站被布置在多个不同和独立的基线的端。本专利技术还包括上面概述的系统以及对应方法，在所述系统中测距请求从一个主站发送到多个指定的从站，并且其中测距请求包括后同步信号(postamble)，所述后同步信号包括按确定的时间移位延迟的一个或多个啁啾信号。附图说明在通过示例的方式给出并通过附图说明的实施例的描述的帮助下将更好地理解本专利技术，在附图中：·图1示意性地图示了与本专利技术兼容的无线网络的节点的结构。·图2a绘制了根据本专利技术的一个方面的基础啁啾和经调制的啁啾的瞬时频率。在图2b中表示相同信号的相位，而图2c绘制了在时域的基础啁啾的实部分量和虚部分量。·图3示意性地表示在本专利技术的测距方法期间两个设备之间交换的数据帧的结构。·图4a和4b图示了在本专利技术所使用的测距过程中涉及的在主设备和从设备之间的啁啾调制信号的时间对准，其示出了两种可能的定时误差以及所涉及的未对准。·图5绘制了根据本专利技术的一个方面的用于估计距离的校正函数。·图6示意性地示出了在本专利技术的可能的实施例中使用的步骤。·图7和8示意性地表示根据本专利技术的定位系统。·图9示出了根据本专利技术的方面的窄带无线电传输的频率分布方案。·图10示出了图9的频率分布方案的细节。·图11示出了叠加到图9的窄带分布方案的扩频信号。·图12借助于仿真的示例图示了本专利技术的窄带网络的上行链路容量。·图13示出了本专利技术的系统的扩频带宽以及归一化的GSM带宽。·图14示出了根据本专利技术的网关系统的可能结构并图示了根据其的定位系统。·图15a-b和图16示出了无线网络的容量。·图17图示了被动(“侦察(spy)”)测距和定位方法。·图18图示了产生多个分布、方向独立的定位基线的可能网络规划方案。·图19图示了基于啁啾扩频调制的广播测距帧的结构。·图20示出了根据本专利技术的方面的信标接收和冲突的概率。·图21图示了作为小区密度的函数的可以解码信标帧的终端节点的平均数目。·图22是根据本专利技术的方面的具有后同步信号的测距帧。·图23图示了根据本专利技术的方面的依赖于链路质量向移动节点分配窄带宽信道的方法。具体实施方式回忆LoRa调制在本专利技术中所采用的啁啾调制技术的若干方面在欧洲专利申请EP2449690和EP2767848中被描述，其由此通过引用被合并，并且将在此处被概要地提醒。在图1中被示意性表示的无线电收发器是本专利技术的可能的实施例的部分。其包括基带部件200和射频部件100。集中在发射器部分上，基带调制器150基于存在于其输入处的数字数据152而生成基带信号，所述基带信号的I和Q分量被RF部件100转换至期望传输频率、被功率放大器120放大并且被天线传输。在不背离本专利技术的框架的情况下，该架构允许若干变形和修改，并且是非限制性示例。例如收发器可以合成极分量(振幅A和相位φ)而不是笛卡尔分量I和Q。从基带到所意图的频率的信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在包括一个或若干个信标以及多个端点的网络中的无线通信方法，包括：通过信标发送根据啁啾扩频格式调制的定时消息；在一个或若干个终端节点接收器中接收所述定时消息；检测所述定时消息；借助于所述定时消息将终端节点的本地频率参考和/或时间参考与发射器的时间参考对准。

【技术特征摘要】
2015.03.03 US 62/1276171.一种在包括一个或若干个信标以及多个端点的网络中的无线通信方法，包括：通过信标发送根据啁啾扩频格式调制的定时消息；在一个或若干个终端节点接收器中接收所述定时消息；检测所述定时消息；借助于所述定时消息将终端节点的本地频率参考和/或时间参考与发射器的时间参考对准。2.如权利要求1所述的方法，其中除了窄带传输之外还发送信标，以使得信标功率和窄带传输带宽被调整以允许接收或者信标或者任何窄带传输。3.如权利要求1所述的方法，其中所述网络包括多个信标，所述信标被操作地布置用于同时发射啁啾扩频调制定时消息，其中所述定时消息具有公共同时前导、公共报头、以及包括时间移位的未经调制的啁啾的定位部分。4.如权利要求2所述的方法，其中所述时间移位的未经调制的啁啾包括正的和负的未经调制的啁啾二者。5.如权利要求2所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·B·A·塞勒，N·索宁，
申请(专利权)人：商升特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US