基于多包接收的快速可靠LoRa物理层数据聚合

本文提出了一种远距离(Long Range, LoRa)物理层数据聚合系统(LoRaPDA)，可在物理层直接聚合数据(如求和、平均、最小值、最大值)。具体而言，在协调少数节点同时传输其数据后，网关利用一种新的多包接收(MPR)方法从相位异步的叠加信号中计算聚合数据。不同于需要额外功率同步与相位同步的模拟方法，我们基于MRP的数字方法兼容商用LoRa节点且更为可靠。不同于为碰撞解码场景设计的传统MPR方法，我们的新MPR方法允许具有较小包到达时间偏移的同时传输，并通过以下组件解决新的共址峰值问题：1) 一种改进的信道与偏移估计算法，可在每个符号内实现精确相位跟踪；2) 一种新的符号解调算法，可找到节点数据的最大似然序列；3) 一种软判决包解码算法，利用若干序列的似然度提升解码性能。轨迹驱动的仿真结果表明，该符号解调算法在物理层吞吐量方面优于最先进的MPR解码器5.3$\times$，且软解码器对实际中不可避免的不良相位失配与估计误差更具鲁棒性。此外，在网络吞吐量方面，LoRaPDA在所有SNR下均优于最先进的MPR方案至少2.1$\times$，展示了快速可靠的数据聚合。