KR20170131270A - 매크로 다이버시티를 갖는 무선 통신 시스템 - Google Patents

매크로 다이버시티를 갖는 무선 통신 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20170131270A
KR20170131270A KR1020170062008A KR20170062008A KR20170131270A KR 20170131270 A KR20170131270 A KR 20170131270A KR 1020170062008 A KR1020170062008 A KR 1020170062008A KR 20170062008 A KR20170062008 A KR 20170062008A KR 20170131270 A KR20170131270 A KR 20170131270A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
base stations
frames
error
frame
message
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
KR1020170062008A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102161979B1 (ko
Inventor
셀러 올리비에 베르나르드 앙드레
루도비치 샹피옹
Original Assignee
셈테크 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 셈테크 코포레이션 filed Critical 셈테크 코포레이션
Publication of KR20170131270A publication Critical patent/KR20170131270A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102161979B1 publication Critical patent/KR102161979B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/12—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using return channel
    • H04L1/16—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using return channel in which the return channel carries supervisory signals, e.g. repetition request signals
    • H04L1/1607—Details of the supervisory signal
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0076—Distributed coding, e.g. network coding, involving channel coding
    • H04L1/0077—Cooperative coding
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L49/00—Packet switching elements
    • H04L49/55—Prevention, detection or correction of errors
    • H04L49/555—Error detection
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69—Spread spectrum techniques
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/022—Site diversity; Macro-diversity
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0045—Arrangements at the receiver end
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0056—Systems characterized by the type of code used
    • H04L1/0061—Error detection codes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/02—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/02—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception
    • H04L1/06—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception using space diversity
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003—Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0058—Allocation criteria
    • H04L5/0062—Avoidance of ingress interference, e.g. ham radio channels
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L69/00—Network arrangements, protocols or services independent of the application payload and not provided for in the other groups of this subclass
    • H04L69/22—Parsing or analysis of headers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L7/00—Arrangements for synchronising receiver with transmitter
    • H04L7/0016—Arrangements for synchronising receiver with transmitter correction of synchronization errors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69—Spread spectrum techniques
    • H04B2001/6912—Spread spectrum techniques using chirp
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L2001/0092—Error control systems characterised by the topology of the transmission link
    • H04L2001/0093—Point-to-multipoint
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/0014—Carrier regulation
    • H04L2027/0024—Carrier regulation at the receiver end
    • H04L2027/0026—Correction of carrier offset
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/10—Frequency-modulated carrier systems, i.e. using frequency-shift keying
    • H04L27/103—Chirp modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/70—Services for machine-to-machine communication [M2M] or machine type communication [MTC]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

일련의 주파수 처프(frequency chirp)들 예를 들면, LoRa 변조된 라디오 신호들의 형태로 변조된 디지털 메시지들을 송신하기 위해 적응되는 무선 라디오 인터페이스에 의해 구비된 하나 또는 몇몇의 노드들(A)을 포함하는 무선 통신 시스템이 개시된다. 메시지는 몇몇 기지국들(C, D, E)에 의해 동시에 수신되고, 서버(S)는 다양한 스테이션들에 의해 프레임들을 분할하고 에러 코드들에 기초하여 의도된 수신자(B)를 위해 정정된 프레임을 재조합하기 위해 배열된다. 이롭게, 에러 코드들이 메시지의 손상을 나타낼 때, 기지국들은 그들의 타이밍 에러 보상 전략에 적응한다.

Description

매크로 다이버시티를 갖는 무선 통신 시스템{WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM WITH MACRO DIVERSITY}
본 발명은 실시예들에서, 무선 네트워크 시스템들 특히, 복수의 저 전력 노드들을 포함하는 무선 네트워크들에 관한 것이고, 통신 에러들의 감소 및 간섭들의 리젝션(rejection)에 관심이 있다.
네트워크 접속 디바이스들은 최근에 상당한 관심 및 노력의 대상이었다. 무선 통신 기술들의 개선들은 "사물인터넷(Internet of Things)"의 생성을 야기하고 있다.
몇몇 무선 통신 프로토콜들은 이 맥락으로 제안되어 왔다. 특허 출원들 EP2767847 및 EP2449690에 의해 다른것들 중에서 공지된, LoRa 통신 시스템은 저 전력 소비 및 복잡도로 긴 송신 범위들을 성취하기 위해 처프 스펙트럼 확산 변조(Chirp spread-spectrum modulation)를 이용한다.
노이지(noisy) 통신 채널로부터 정보를 추출하기 위해 다이버시티 기술들을 이용하는 것이 또한 공지된다. 안테나 다이버시티, 사이트(site) 다이버시티, 및 주파수 다이버시티는 예를 들면, 동일한 메시지를 수신하기 위해 몇몇 물리적 안테나들, 위치 또는 주파수 대역들의 이용을 예측한다. 몇몇 복조 기술들이 손상된 신호들로부터 메시지를 재구성하기 위해 고안되었다.
IoT 시스템에서의 무선 통신은 종종 라이센스 없는(licence-free) ISM 대역들에 걸쳐 배치된다. 이것은 메시지 교환들이 동시에 동일한 주파수들을 이용하여 다른 디바이스들로부터 간섭 신호들과 경쟁해야함을 의미한다.
동일한 시스템은 상이한 간섭 채널들에 걸쳐 송신할 필요가 있을 수 있다. LoRa 변조 시스템은 예를 들면, 상이한 확산 인자들에서 동시 송신을 허용한다. 상이한 확산 인자들과의 중첩하는 신호들은 독립적으로 변조될 수 있지만, 그들은 서로 간섭한다. LoRa 변조 시스템의 일부 변형들은 또한, 처프 변조된 신호들과 동시에 FSK 변조된 데이터의 송신을 예측하고, 이들 신호들은 또한 간섭할 수 있다.
종래적으로, 송신 에러들은 손상된 메시지 또는 그것의 일부의 재송신을 야기함으로써 처리된다. 자동 반복 요청(ARQ) 시스템들에서, 수신기는 수신된 프레임이 일부 내장된 에러 정정 데이터 예를 들면, CRC 코드를 이용함으로써 정확하게 수신되었는지의 여부를 검증한다. 검증이 실패하면, 재송신 요청이 송신기로 다시 전송된다. 다른 경우들에서, 수신기는 임의의 정확하게 수신된 프레임에 대해 확인응답(acknowledgement)을 전송할 것이고, 이는 프레임이 자동으로 재송신될 것을 피한다.
이들 방식들의 단점은 그들이 네트워크 용량에 관한 오버헤드를 나타내고, 교환된 데이터의 양이 간섭들의 수에 따라 빠르게 증가한다는 것이다. 일부 경우들에서, 간섭으로 인한 에러 레이트는 50%에 접근할 수 있다. 이러한 상황들에서, 재송신 요청들 및 이전 프레임들의 반복은 네트워크 용량의 대부분을 소비할 수 있다. 요청들, 확인응답들, 및 재송신들은 또한, 동일한 주파수들을 위해 경쟁하는 다른 네트워크들에 의한 간섭들로서 느껴질 수 있고, 이는 또한 상기 네트워크들에서 시그널링의 증가를 야기할 것이며, 간섭의 증가를 야기할 수 있다.
대략적으로 "하이브리드 ARQ"로 칭해진 더 증진된 방식들은 분실된 프레임의 서브세트의 재송신, 또는 상이한 버전의 리던던시(redundancy)의 재송신을 예측한다. 이러한 조치들은 또한, 수신기로부터 능동 신호를 요구하고, 그들이 상기 제한들을 완화하는 동안, 그들을 완전하게 해결할 수 없다.
IoT 네트워트에서, 상기 전략은 부적절한 것으로 입증되는데, 이는 일반적으로 기지국의 듀티 사이클(duty-cycle)이 제한되기 때문이다. 따라서, 프레임 에러들을 취급하기 위한 바람직한 방식은 시스템적으로 리던던시를 적용하는 것이다: 각각의 프레임은 가능하게 상이한 주파수들에 걸쳐 몇 회 전송된다. 이것은 물론 배터리 수명, 네트워크 용량, 및 다른 네트워크들로의 간섭에 부정적인 영향을 미친다.
본 발명은 복수의 별개의 무선 상호접속 노드들로부터 수신된 메시지들을 재구성한다.
LoRa와 같은, 스펙트럼 확산 시스템들의 경우에, 간섭기들은 종종, 송신 프레임들보다 시간이 짧다.
본 발명의 네트워크는 고 주파수 재이용 인자로 동작하고 종종, 단일 주파수 네트워크로서 배치된다. 특정 수신자로 향할 임의의 송신은 수신 범위 내에서 몇몇 다른 노드들, 가능하면 모든 노드들에 의해 픽 업(pick up)될 것이다. 이 리던던시 덕택에, 노드들은 그들 중 어느 것도 정확하게 수신하지 않은 프레임을 복원하기 위해 협력할 수 있다.
도 1은 2개의 노드들 사이의 메시지의 송신, 및 네트워크에서 다른 노드들에 의해 도움 받은 그것의 복원을 표현한 도면.
도 2는 본 발명의 일 양태에 따른 프레임의 구조를 개략적으로 표현한 도면.
도 3은 본 발명의 일 양태에 따른 에러 정정 블록들에서 메시지의 가능한 분할을 단순화된 방식으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 양태에 따른 다이버시티 데이터를 비교하고 조합하는 방법을 개략적으로 도시한 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명의 방법에 대한 성공 레이트의 표시를 도시한 도면들.
도 1에 관하여 논의된, 본 발명의 일 양태에 따라, 무선 네트워크(82)에서 송신기 노드(A)는, 구조가 이후에 논의될 일련의 프레임들로 인코딩된 메시지를 수신기 노드(B)로 전송한다.
수신기(B)는 A와 동일한 무선 네트워크(82)에 속할 수 있지만 일반적으로, 임의의 종류의 네트워크 접속에 의해 액세스가능한 일반 노드이다. 가능한 시나리오는 A가 그것의 위치의, 그리고 가능하게 다른 변수들의 주기적 업데이트들을 인터넷 또는 일반 네트워크(84)에서의 서버(B)로 전송하는 모바일 센서일 수 있다는 것이다. 송신은 송신기 노드(A)와 동일한 주파수로 송신하는(화살표들(35)) 간섭기(I)에 의해 분산된다. 도입부에 언급된 바와 같이, I는 가능하게 주파수가 A에 의해 이용된 것과 중첩하는 상이한 변조 시스템을 이용하여, 무선 네트워크(82)에, 또는 또 다른 통신 네트워크에 속할 수 있다.
라디오 메시지는 노드들(C, D, E)에 의해 수신되고(화살표들(21)), 상기 노드들은 바람직하게, 무선 네트워크(82)의 인프라스트럭처(infrastructure)의 일부이다. 그들은 무선 네트워크(82)에서 기지국들일 수 있다. 재송신들(21)은 부분적으로 I에 의해 커버되고 기지국들은 메시지를 완전하게 디코딩하는데 성공할 수 없지만, 가능하게 그들이 얻는 메시지들은 동일한 방식으로 손상되지 않는다.
메시지(21)는 에러 정정 방식을 통해 종래의 LoRa 프레임들의 구조를 이용할 수 있다. 이것은 본 분야 예로서, (이에 의해 참조로써 통합되는) EP2767847에서 설명되고, 본 명세서에서 단지 약식으로 소환될 것이다.
LoRa 송신의 특수한 장점은 그것이 정확한 동기화를 허용한다는 것이다. 이것은 모바일 노드들이 저 비용 발진기들을 갖고 저 전력 상태들로 가능한 한 오래 남아야 하는 IoT 네트워크들에서 중요하다. LoRa 수신기들은 그들 자신들을 전송기의 시간 기준으로 동기화하고 그것의 드리프트(drift)를 추적할 수 있어서, 송신기의 시간 기준의 내재하는 에러들을 정정한다.
A에 의해 송신된 메시지는 바람직하게, 일련의 주파수 처프들을 포함하는 LoRa 변조된 신호이고, 이는 그들의 순시 주파수의 시간 프로파일(f(t))에 의해 또는 또한, 위상을 시간의 함수로서 설명하는 함수(Φ(t))에 의해 설명될 수 있다. 메시지는 복수의 상이한 프로파일들을 포함할 수 있고, 각각은 변조 알파벳에서의 심볼에 대응한다.
종종, 변조 알파벳은 특정 그리고 미리 결정된 주파수 프로파일 예를 들면, 최소값으로부터 최대값까지 증가하는 주파수의 선형 램프(linear ramp)를 가지는 또한, 베이스 처프(base chirp)들로 불리는 변조되지 않은 처프들, 및 베이스 프로파일을 주기적으로 시간 시프팅함으로써 베이스 처프들로부터 얻어진 변조된 처프들을 포함한다.
베이스 처프의 주파수는 초기값(f0=-BW/2)으로부터 최종값(f1=BW/2)까지 선형적으로 증가할 수 있고 여기서, BW는 확산하는 대역폭의 양을 나타내지만, 하강 처프들, 또는 켤레 처프(conjugate chirp)들이 또한 가능하다. 하나의 심볼로부터 다음 심볼까지 교차할 때 신호의 위상이 지속적인 경우가 이롭다. 이것은 하한 및 상한에서 동일한 위상(Φ(t0)=(Φ(t1))을 산출하는 베이스 프로파일을 선택함으로써 얻어질 수 있다.
도 2는 LoRa 변조된 메시지에서 프레임의 가능한 구조를 개략적으로 표현한다. 각각의 직사각형은 처프, 또는 변조 심볼을 표현하고, 하나 또는 몇몇 인코딩된 비트들에 대응할 수 있다. 프레임은 베이스 (변조되지 않은) 심볼들의 검출 시퀀스(411)를 포함하는 프리엠블(preamble)로 시작한다. 검출 시퀀스는 신호의 시작을 검출하고, 바람직하게 송신기의 시간 기준과의 수신기의 시간 기준의 제 1 동기화를 수행하기 위해 수신기에서 이용된다. 주파수 시프트는 예를 들면, 베이스 심볼들을 처핑해제함으로써 즉: 그들을 로컬적으로 합성된 켤레 처프들로 곱함으로써, 그리고 푸리에 변환을 그 결과에 적용함으로써 얻어질 수 있다.
검출 시퀀스의 끝은 동기화를 개선하기 위해 수신기에서 이용되는 다양한 심볼들에 의해 표시된다. 이들은 언급된 미리 결정된 값들로 변조된 처프들인 프레임 동기화 심볼들(412), 베이스 처프들의 복소 켤레인 주파수 동기화 심볼들(413) 및 미세 동기화 심볼들(414)을 포함할 수 있다. 프레임은 다음의 데이터를 식별하기 위한 정보를 포함하는 헤더(415), 및 송신이 의도된 메시지를 포함하는 가변 길이의 페이로드를 더 포함한다.
중요하게, 처프 신호들의 시간 주파수 이중성은, EP2767847에서 설명된 바와 같이, 프리엠블을 검출할 때 그리고 페이로드를 복조할 때 그들의 시간 기준들을 송신기의 시간 베이스로 동기화하기 위해 LoRa 수신기들에서 활용된다. 전형적으로, 수신기는 타이밍 보상 루프에 의해 그 자신의 시간 베이스와 송신기의 시간 베이스 사이의 주파수 오프셋의 값을 지속적으로 추정하고 추적할 것이다.
프레임의 길이는 확산 인자에 관한 프로토콜 사양에 의해 결정된다. 표 1은 심볼들에서, 다양한 블록들의 가능한 길이의 일례를 제공한다.
보상 루프의 대역폭은 간섭기의 신호의 그리고 LoRa 심볼들과 프레임들의 길이와 관련하여, 수신의 품질에 중요한 역할을 한다. LoRa가 확산을 이용하기 때문에, 간섭기들은 특히, 고 확산 인자들에 대해 종종 프레임들보다 짧다.
협소한 대역폭 미세 타이밍 보상 루프가 종종 이롭다는 것이 발견되었다. "협소한 대역폭"에 의해, 전형적인 LoRa 프레임보다 짧은 임펄스들을 감쇠하거나 무시하는 전달 함수가 의도된다. 타이밍 보상 루프의 대역폭이 낮으면, 프레임의 중간에서의 짧은 간섭들은 타이밍 보상 데이터에 영향을 미치지 않을 것이고 외란(disturbance)이 지났을 때 프레임의 끝의 정확한 수신을 방지하지 않을 것이다.
시간 드리프트들의 빠른 (넓은 대역폭) 정정은 또한, 일부 경우들에서 예를 들면, 송신기 온도가 자기 가열로 인해 빠르게 변화하고 있을 때, 바람직할 수 있고, 이는 결과적으로 그것의 수정 발진기의 증가된 드리프트로 그리고 신호의 주파수 오프셋으로 변화시킨다. 이 접근법의 제한은 신호가 수신되고 복조될 수 있을 때만 드리프트 에러가 실시간으로 결정될 수 있다는 것이다. 수신이 간섭에 의해 방해될 때, 드리프트 에러가 곧 없어지고, 드리프트 정정은 가능하지 않다.
바람직하게, 신호들(21)을 수신하는 기지국들(C, D, E)은 간섭의 검출 시에 타이밍 에러 보상에 적응하도록 배열된다. 예를 들면, 기지국들은 2개 이상의 타이밍 추적 루프들을 구현할 수 있고, 하나는 빠른 시간 드리프트 정정을 가지며, 하나는 더 느린 정정, 또는 심지어 어떠한 추적도 없는 주파수의 정적이고, 일정한 정정을 갖는다.
기지국들(C, D, E)의 수신기들은 바람직하게, 정상 조건들에서, 가장 빠른 루프에 의해 드리프트를 정정하고, 더 느린 정정으로, 또는 심지어 정적 정정으로 후퇴하도록(fall back to) 배열되어, 수신 에러들의 경우에 추적하려는 모든 시도를 포기한다.
기지국들은 에러 정정 코드들 예를 들면, 선택된 에러 정정 방식에 따라 삽입된 CRC 코드들에 의해 수신 에러들을 검출할 수 있다. 물론, CRC 코드들이 정확하지 않으면, 신호가 빠르고 느린 추적 둘 모두로 프로세싱될 때, 느린 추적으로의 스위칭은 간섭에서 분실된 데이터를 복원하지 않을 것이지만, 일단 간섭이 끝났으면 정확한 수신을 재개하는 것에 도움을 줄 수 있다.
몇몇 타이밍 정정 루프들을 구현하기 위해, 본 발명의 기지국은 느리고 빠른 타이밍 정정 루프들을 갖는, 병렬의 다수의 수신기들, 또는 넓고 협소한 대역폭들을 가지는 다수의 평행한 하드웨어 제어 유닛들을 가질 수 있다. 기지국이 일반적으로 매우 많은 수들로 배치되지 않기 때문에, 이 하드웨어 복제는 결점이 아니다. 본 발명은 또한, 타이밍 에러를 결정하고 추적하는 제어 유닛들이 그러나 완전하게 또는 부분적으로 소프트웨어로 구현되는 실시예들을 포함한다.
바람직하게, 주파수 오프셋 정정 루프는 주파수 드리프트 모델, 및/또는 송신기 발진기의 열 드리프트 모델을 포함한다. 이들 모델들은 간섭이 중단된 후에 주파수 드리프트를 추론하고 복조를 재개하기 위해 이용된다.
에러 정정 방식은 프레임을 몇몇 심볼들의 블록들 예를 들면, 5개 내지 8개의 심볼들의 블록들로 분할하고, 수는 필요 및 코딩 레이트에 따라 달라진다. 이들 블록들은 독립적으로 인코딩된다. 확산 인자(SF10)에서 송신된 40 바이트들의 단일 프레임은 변조 셋 업으로부터 의존하여, 8개 또는 10개의 블록들을 포함할 수 있다.
제공된 예에 따라, 기지국들(E, F, G)은 수신된 프레임의 CRC와 함께, 그들이 수신하는 모든 유효 패킷들 뿐만 아니라, 수신된 무효 패킷들을 보고한다.
LoRa 중앙 서버(S)는 모든 기지국들(C, D, E)로부터 데이터 및 메타 데이터를 수집한다. 서버는 동일한 송신에 대응하는 또 다른 무효 프레임들을 검출하고 가능하게 프로세싱한다.
동일한 송신된 프레임으로부터 발생하는 수신된 프레임들의 세트들을 식별하는 몇몇 가능성들이 존재한다. 예를 들면, 기지국들은 수신된 프레임들을 타임스탬핑(timestamping)하고 이 메타데이터를 중앙 서버(S)로 송신된 정보에 부가할 수 있다. 송신기 노드(A)를 식별하는 개별적인 노드와 가능하게 조합하는 타임스탬프는 동일한 송신에 대응하는 프레임들을 함께 그룹핑(grouping)하는 것을 허용한다.
전이에 대응하는 프레임들 중 적어도 하나가 유효 CRC를 갖는 운 좋은 만일의 사태에서, 이 프레임은 "정확한" 것으로서 고려되고, 지정된 수신자(B)로 순방향 전송된다(화살표(28)).
LoRa 프레임들은 페이로드의 코딩 레이트 및 측면을 인코딩하는 헤더를 부여받는다. 바람직하게, 송신을 위한 수신된 프레임들 중 적어도 하나는 다음의 프로세싱을 단순화하고 결과의 신뢰성을 증가시키기 위해, 적어도 하나의 기지국에 의해 정확하게 수신되어야 한다. 대안적으로, 크기 및 인코딩 레이트는 미리 결정되거나 공지되거나, 추측될 수 있다.
중요하게, LoRa 네트워크는 중복적이고, 즉 모든 기지국들은 동일한 주파수로 동작하며, 이는 본 발명의 협력 방식의 효율성을 개선한다.
논의를 단순화하기 위해, 송신 세트가 동일한 송신에 관련되는 것으로서 식별되는 2개의 기지국들에 의해 (또는 동일한 기지국에서의 2개의 안테나들/라디오들에 의해) 수신된 2개의 프레임들을 포함한다고 가정될 것이다. 이들 프레임들의 수신 시에, LoRa 서버(S)는 다음의 동작들을 수행한다:
Figure pat00001
각각의 프레임을 에러 정정 블록들의 크기에 대응하는 블록들로 나눈다. 블록의 크기는 미리 결정되고 서버(S)에 공지되거나, 그렇지 않으면 서버(S)에 의해 추론가능하다. 표준 LoRa 송신 및 다양한 확산에 대해, 블록들의 크기는 사실, 하기의 표 1에 의해 주어진 바와 같이, 확산 인자 및 다른 공지된 변수들에 의존하여 미리 결정되지만, 수치 값들은 본 발명의 본질적인 특징이 아니다.
Figure pat00002
블록들의 크기는 하나의 프레임에서 동일할 필요가 없다: 제 1 블록은 특수할 수 있는데, 이는 제 1 데이터 비트들이 특정 방식으로 인코딩되는 헤더와 함께 송신될 수 있고, 마지막 블록이 다른 블록들보다 작을 수 있기 때문이다. 전형적으로, 마지막 블록은 CRC 값을 포함하고 즉, CRC는 분할 전에 데이터 비트들의 끝에 추가되지만, 다른 위치들이 또한 가능하다. 도 3은 표준 LoRa 송신의 경우에 분할의 일례를 도시한다.
Figure pat00003
세트에서의 모든 프레임들에서 같은 대응하는 블록들을 찾는다.
Figure pat00004
세트에서의 모든 프레임들에서 같지 않은 모든 블록들에 대해, 모든 가능한 조합들 중 하나를 선택함으로써 믹싱된 프레임들을 구성하고, 그들이 송신된 CRC와 부합하는 CRC를 산출하는지를 확인한다.
Figure pat00005
CRC가 유효하면, 정확한 메시지가 발견되고 지정된 수신기(B)로 송신될 수 있다(화살표(29)).
정보 비트들에서의 에러 정정 블록 크기들
SF5 SF6 SF7 SF8 SF9 SF10 SF11 SF12
제 1 블록, FS=0
내포 헤더		 12 16 20 24 28 32 36 40
제 1 블록, FS=1
내포 헤더		 20 24 28 32 36 40 44 48
제 1 블록, FS=0
헤더 존재		 N/A N/A 0 4 8 12 16 20
제 1 블록, FS=1
헤더 존재		 0 4 8 12 16 20 24 28
다음 블록, ppm 오프셋=0 20 24 28 32 36 40 44 48
다음 블록, ppm 오프셋=1 12 16 20 24 28 32 36 40
일반적으로, 분석할 조합들의 수는 관리가능하다. 전형적인 경우들에서, 하나 또는 2개의 블록들이 간섭될 것이고 기껏해야 4개의 블록들이 상이할 것이다. 이것은 24=16 조합들의 검색 공간에 대응하고, 그들 중 2개 즉, 수신된 것들은 이미 기지국들에서 확인된 그들의 CRC를 가졌고, 무효인 것으로 공지된다.
도 4는 2개의 수신된 신호들에서 2개의 손상된 블록들을 갖는 유효 조합의 조합적 검색의 일례를 그래픽적으로 표현한다.
수신된 프레임들의 세트가 2개보다 많은 블록들을 포함하면, 검색 공간은 다수의 선택을 적용하고 다수의 수신된 프레임들에서 표현되는 상기 블록들을 유효한 것으로서 수용함으로써 단순화될 수 있다. 상기 설명된 조합적 검색은 다수의 후보를 갖지 않는 블록들을 위해 이용된다.
테스트들 및 시뮬레이션들이, 본 발명의 에러 정정 방법이 복수의 성공적으로 송신된 프레임들의 상당한 개선 및 복수의 재송신 요청들의 대응하는 감소를 제공함을 나타낸다. 다음의 표시들은 다음의 가정들 하에서 시뮬레이션들의 결과를 보여준다:
모든 간섭들은 프레임의 1/10과 같은, 동일한 길이를 갖고, 그들의 시간 분포는 푸아송 과정(Poisson process)의 분포이다.
Figure pat00007
하나의 프레임은 20% 헤더+프리엠블, 및 80% 데이터를 포함한다. SF40에 대해, 이것은 40 바이트의 데이터에 대응한다.
Figure pat00008
헤더 또는 프리엠블 동안 발생하는 간섭들은 복원되도록 시도되지 않고, 대응하는 프레임들은 포워딩되지 않는다.
Figure pat00009
모든 기지국들이 동일한 슬롯 또는 블록에서 간섭을 겪으면, 하나의 프레임이 복원될 수 없고, 그렇지 않으면 프레임이 복구되거나, 적어도 하나의 기지국이 완전한 유효 프레임을 수신한다.
도 5 및 도 6은 단일 기지국에 대한 성공 레이트의 함수로서 본 발명의 방법에 대한 성공 레이트의 표시이다. (다이버시티가 없는) 하나의 기지국에 대한 성공 가능성이 50%이면, 2개의 기지국들로부터 하나의 유효 프레임을 수신할 가능성은 75%이다. 상기 설명된 협력적 방법을 통해, 성공 레이트는 16%가 증가한 86%로 증가된다(포인트들(70, 72) 참조). 심하게 간섭된 경우들에 대해, 개선은 50%에 도달한다. 중요하게, 이 성공 레이트의 증가는 도 6에 도시된 바와 같이, 처리량 및 시스템 용량의 비례적 증가로 직접적으로 변환된다.
21: 메시지 82: 무선 네트워크
84: 일반 네트워크 411: 검출 시퀀스
412: 프레임 동기화 심볼들
413: 주파수 동기화 심볼들 414: 미세 동기화 심볼들
415: 헤더

Claims (6)

  1. 무선 통신 시스템에 있어서,
    무선 라디오 인터페이스에 의해 구비된 하나 또는 몇몇의 노드들로서, 상기 무선 라디오 인터페이스는 결정된 길이의 프레임들로 조직된 일련의 주파수 처프(frequency chirp)들의 형태로 변조되고 에러 코드들을 포함하는 디지털 메시지들을 수신자로 송신하기 위해 적응되는, 상기 하나 또는 몇몇의 노드들,
    상기 라디오 메시지들을 수신하고 복조하기 위해 배열된 복수의 기지국들,
    각각의 기지국으로부터 수신되고 상기 노드로부터 발생하는 프레임들을 수신하도록 배열된 서버를 포함하고, 상기 서버는 상기 기지국들로부터 수신된 프레임들을 블록들로 분할하고, 상기 에러 코드들에 기초하여 다양한 기지국들에 의해 수신된 블록들을 포함하는 정정된 프레임을 재조합하며, 상기 정정된 프레임을 상기 수신자로 송신하기 위해 동작가능하게 배열되는, 무선 통신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기지국들은 상기 노드의 시간 기준과 상기 기지국의 시간 기준 사이의 타이밍 에러를 결정하고 추적하기 위해, 그리고 상기 노드로부터 발생하는 메시지를 복조할 때 상기 타이밍 에러를 보상하기 위해 배열되며, 상기 기지국들은 상기 에러 코드들이 상기 메시지의 손상을 나타낼 때 상기 타이밍 에러의 보상에 적응하기 위해 배열되는, 무선 통신 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기지국은 상기 타이밍 에러의 보상을 위한 제 1 제어 유닛, 및 상기 타이밍 에러의 보상을 위한 제 2 에러 유닛을 갖고, 상기 제 2 유닛은 프레임의 지속기간보다 근본적으로 짧은 임펄스들에 대해 상기 제 1 유닛보다 덜 민감하며, 상기 보상의 적응은 상기 제 2 보상 유닛을 선택하는 것에 있는, 무선 통신 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 유닛 및/또는 상기 제 2 제어 유닛은 상기 노드의 시간 기준에 대한 열 드리프트 모델(thermal drift model)을 포함하는, 무선 통신 시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 제어 유닛은 일정한 주파수 오프셋 정정을 적용하는, 무선 통신 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    모든 상기 기지국들은 동일한 주파수로 동작하는, 무선 통신 시스템.
KR1020170062008A 2016-05-20 2017-05-19 매크로 다이버시티를 갖는 무선 통신 시스템 Active KR102161979B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16170602.3A EP3247046B1 (en) 2016-05-20 2016-05-20 Wireless communication system with macro diversity
EP16170602.3 2016-05-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170131270A true KR20170131270A (ko) 2017-11-29
KR102161979B1 KR102161979B1 (ko) 2020-10-07

Family

ID=56092733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170062008A Active KR102161979B1 (ko) 2016-05-20 2017-05-19 매크로 다이버시티를 갖는 무선 통신 시스템

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10425362B2 (ko)
EP (1) EP3247046B1 (ko)
KR (1) KR102161979B1 (ko)
CN (1) CN107453839B (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11276938B2 (en) 2018-01-11 2022-03-15 Semtech Corporation Single layer antenna

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11101845B2 (en) 2017-09-18 2021-08-24 Semtech Corporation System for wireless power transmission and communication
CN108183909A (zh) * 2017-12-29 2018-06-19 深圳市信锐网科技术有限公司 一种LoRa通信方法及系统
CN108390842A (zh) * 2018-02-26 2018-08-10 厦门四信通信科技有限公司 LoRa多符号速率的接收处理方法
CN108494527B (zh) * 2018-03-20 2020-04-07 清华大学 一种基于LoRa的数据发送和接收方法
US10735047B2 (en) * 2018-04-05 2020-08-04 Carnegie Mellon University Methods, systems, and articles of manufacture for joint decoding of packets in wireless networks using chirp spread-spectrum modulation
US11187783B2 (en) * 2018-08-14 2021-11-30 Nxp B.V. Radar systems and methods for operating radar systems
CN109525367B (zh) * 2018-11-14 2021-05-28 电子科技大学 基于LoRa编码和解码机制的检错和自适应纠错方法
US12301276B2 (en) 2021-02-05 2025-05-13 Texas Instruments Incorporated Frequency-division multiplexing
CN113099487B (zh) * 2021-03-24 2022-05-03 重庆邮电大学 一种LoRa空口数据的解调方法
US12143148B2 (en) 2022-03-10 2024-11-12 Semtech Corporation Spread spectrum receiver and testing method
JP2025532571A (ja) * 2022-09-14 2025-10-01 ホアウェイ・テクノロジーズ・カンパニー・リミテッド 低電力モード協調同期のための方法、システム及び装置
CN119232325B (zh) * 2024-09-29 2025-10-14 深圳大学 一种基于css调制网络的自定义频率偏移补偿方法和系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060068804A1 (en) * 2004-09-27 2006-03-30 Matusz Pawel O Techniques to preserve bandwidth in a communication system
US20140225762A1 (en) * 2013-02-14 2014-08-14 Olivier B. A. SELLER Ranging and positioning system

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7308043B1 (en) * 2003-09-22 2007-12-11 Rockwell Collins, Inc. Scrambled chirp frequency jitter for feature suppression
MX2010010913A (es) * 2008-04-04 2010-12-21 Powerwave Cognition Inc Metodos y sistemas para una internet movil de banda ancha, enrutable.
EP2278724A1 (en) 2009-07-02 2011-01-26 Nanoscale Labs Communications system
EP2763321B1 (en) * 2013-02-05 2020-04-08 Semtech Corporation Low power long range transmitter
CN104199003B (zh) * 2014-09-05 2016-06-29 西安电子科技大学 基于双线性变换的超宽带线性调频信号采样方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060068804A1 (en) * 2004-09-27 2006-03-30 Matusz Pawel O Techniques to preserve bandwidth in a communication system
US20140225762A1 (en) * 2013-02-14 2014-08-14 Olivier B. A. SELLER Ranging and positioning system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11276938B2 (en) 2018-01-11 2022-03-15 Semtech Corporation Single layer antenna

Also Published As

Publication number Publication date
US20170339073A1 (en) 2017-11-23
US10425362B2 (en) 2019-09-24
EP3247046B1 (en) 2019-03-27
CN107453839B (zh) 2020-07-14
KR102161979B1 (ko) 2020-10-07
CN107453839A (zh) 2017-12-08
EP3247046A1 (en) 2017-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102161979B1 (ko) 매크로 다이버시티를 갖는 무선 통신 시스템
US11895056B2 (en) Method and device in UE and base station for wireless communication
US7586930B2 (en) Multicast data communication method and network
US9112696B2 (en) Radio communication apparatus and a method of transmitting a retransmission packet
CA3041366C (en) Optimized hopping patterns for different sensor nodes and variable data lengths on the basis of the telegram splitting transmission method
US7957317B2 (en) Method and apparatus for providing control signaling
EP3641180B1 (en) Base station device, terminal device, wireless communication system, and communication method
US10917135B2 (en) Collision mitigation in low-power, frequency-hopping, wide-area network
JP2008507917A (ja) Ｍｉｍｏ／ｓｉｃ／ｈａｒｑにおけるａｃｋ／ｎａｃｋエラーの軽減
HUP0203207A2 (en) Common packet channel
CN110677172B (zh) 具有随机介质访问的低功率、跳频广域网
US20030053440A1 (en) Method for transmitting packet data information in a radio communication system
EP2340628B1 (en) Telecommunication method and apparatus
US11469855B2 (en) Methods and systems for transmitting data payloads
US20050114744A1 (en) Data communication device and data communication method
CN118120172A (zh) 通信的方法、设备和计算机存储介质
JP2003078580A (ja) 通信方法および通信システム
Anta et al. Performance Analysis of a HARQ Algorithm with Two-Hop Relaying
CN117119577A (zh) 基于fh-tdma系统的时间同步方法、装置、设备和存储介质
HK40008347B (en) Optimized combination of preamble and data fields for sensor networks having low electricity consumption on the basis of the telegram splitting method
HK40008347A (en) Optimized combination of preamble and data fields for sensor networks having low electricity consumption on the basis of the telegram splitting method
HK1105731A (en) Mitigating ack/nack errors in mimo/sic/harq

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109

PG1501 Laying open of application

St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501

A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201

D13-X000 Search requested

St.27 status event code: A-1-2-D10-D13-srh-X000

D14-X000 Search report completed

St.27 status event code: A-1-2-D10-D14-srh-X000

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902

T11-X000 Administrative time limit extension requested

St.27 status event code: U-3-3-T10-T11-oth-X000

T11-X000 Administrative time limit extension requested

St.27 status event code: U-3-3-T10-T11-oth-X000

T11-X000 Administrative time limit extension requested

St.27 status event code: U-3-3-T10-T11-oth-X000

T11-X000 Administrative time limit extension requested

St.27 status event code: U-3-3-T10-T11-oth-X000

P11-X000 Amendment of application requested

St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000

P13-X000 Application amended

St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

St.27 status event code: A-1-2-D10-D22-exm-PE0701

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

St.27 status event code: A-2-4-F10-F11-exm-PR0701

PR1002 Payment of registration fee

St.27 status event code: A-2-2-U10-U11-oth-PR1002

Fee payment year number: 1

PG1601 Publication of registration

St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q13-nap-PG1601

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 4

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 5

PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-5-5-R10-R13-asn-PN2301

St.27 status event code: A-5-5-R10-R11-asn-PN2301

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 6

U11 Full renewal or maintenance fee paid

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-4-4-U10-U11-OTH-PR1001 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

Year of fee payment: 6