LoRa 信号的并发传输与多用户检测

本文研究了一种新模型，通过允许多个终端装置（ED）在同一频段上使用相同扩频因子同时与多个多天线网关通信，来提高低功耗长距离（LoRa）网络的可扩展性。首先推导了用于多个装置所传输信息比特非相干检测的最大似然（ML）判决准则。为克服 ML 检测的高复杂度，我们提出了一种次优的两阶段检测算法，以平衡计算复杂度与误码性能。在第一阶段，我们识别出发射线性调频信号（而不知是哪个 ED 发射的）。在第二阶段，我们确定从第一阶段识别出的特定线性调频信号的发射 ED。为提升第二阶段的检测性能，我们还优化 ED 的发射功率，以最小化任意一对 ED 接收功率之间的相似性（由 Jaccard 系数度量）。由于功率控制优化问题非凸，我们利用逐次凸近似的思想将其转化为可迭代求解并保证达到次优解的近似凸优化问题。仿真结果展示并验证了所提 LoRa 网络模型的发射功率代价与网络可扩展性之间的权衡。特别地，通过允许 2 或 3 个 ED 并发传输，所提网络的上行容量可分别为传统 LoRa 网络的两倍或三倍，尽管代价是额外 3.0 或 4.7 dB 的发射功率。