Feasibility of GNSS-free Localization: A TDoA-based Approach Using LoRaWAN
LoRaWAN由于终端节点的低功耗、长距离、高抗多径性、低成本以及使用免许可的sub-GHz频段而引起了极大的关注。因此，LoRaWAN正在逐渐取代Wi-Fi和蓝牙在物联网应用中的地位，包括公用事业计量、智能城市和本地化。特别地，由于GNSS的室内覆盖差和高功耗，在室内和低功率域中，基于Wi-Fi、蓝牙、超宽带、5G等的全球导航卫星系统（GNSS）的替代品已经激增。由于本地化的需求只会随着密集的物联网部署而激增，LoRaWAN被视为在此背景下有前途的解决方案。实际上，已经进行了采用诸如到达时间（ToA）、到达时间差（TDoA）和接收信号强度指数（RSSI）的各种技术的许多尝试，以使用LoRaWAN来实现定位。然而，这种情况下的一个显著缺点是缺乏关于路径损耗和信号传播建模的广泛数据，特别是在印度的城市景观中。另一个缺点是，在某个阶段使用全球导航卫星系统主要是为了网关的时间同步。在这项工作中，我们试图消除基于LoRaWAN的本地化的这两个缺点。这项工作的第一部分介绍了LoRaWAN传输的实验数据在一个典型的城市建筑物内研究信号传播和路径损耗。后一部分提出了一种使用LoRaWAN的独立无GNSS本地化方法，该方法通过应用基于TDoA的协作方法来实现。在网络中引入了一个额外的固定节点，以允许在没有GNSS的情况下实现网关的同步。最后，在一个三角形的网关的定位误差的分布和定时分辨率的影响，空…
2021-07-30 cs.NI eess.SP
Matching-Driven Deep Reinforcement Learning for Energy-Efficient Transmission Parameter Allocation in Multi-Gateway LoRa Networks
针对多网关LoRa网络中因ALOHA碰撞导致的低能效问题，提出分析模型与匹配算法分配信道，并用基于注意力的多智能体强化学习分配扩频因子和发射功率，实现快速收敛和更优系统能效。
2024-07-18 cs.MA cs.NI eess.SP
Low-cost Parallel Transmission for Dense Indoor Data Collection with LoRaWAN: Time Synchronization and Resource Allocation
University of Electronic Science and Technology of China（电子科技大学）；Qianyuan Laboratory（千元实验室）；Nanjing University（南京大学）
针对LoRaWAN在密集并发传输下信道竞争严重的问题，提出一种轻量级带外同步方案，通过集成TDMA机制实现无冲突调度，提升吞吐量并降低丢包率。
2026-05-22 eess.SP
Joint Allocation Strategies of Power and Spreading Factors with Imperfect Orthogonality in LoRa Networks
LoRa物理层是未来物联网（IoT）应用中最有前途的低功耗广域网（LPWAN）技术之一。它通过向终端设备分配不同的扩频因子（SF）和发射功率来提供覆盖范围和数据率的灵活适配。我们专注于提高吞吐量的公平性，同时降低能耗。鉴于大多数现有的方法假设完美的SF正交性，并忽略SF间干扰的有害影响，我们制定了一个联合SF和功率分配问题，以最大限度地提高终端设备的最小上行链路吞吐量，共同SF和SF间干扰，和功率约束。这导致混合整数非线性优化，为了易于处理，其被分成两个子问题：首先，用于固定发射功率的SF分配，以及其次，给定先前获得的分配解决方案的功率分配。对于第一个子问题，我们提出了一个低复杂度的SF和终端设备之间的多对一匹配算法。对于第二个，鉴于其棘手性，我们将其转换使用两种类型的约束近似：线性化和二次版本。我们的性能评估表明，所提出的联合SF分配和功率优化，能够大大提高各种性能目标，如吞吐量，公平性和功耗，它优于基线方案。
2019-04-25 cs.NI eess.SP
A Maximum-Likelihood-based Multi-User LoRa Receiver Implemented in GNU Radio
LoRa是一种流行的低功耗广域网（LPWAN）技术，它使用扩频来实现远程连接以及对噪声和干扰的恢复能力。出于能源效率的原因，LoRa采用纯ALOHA接入方案，这会导致网关处的数据包冲突导致网络吞吐量降低。为了缓解这个问题，在本文中，我们分析并实现了一个LoRa接收器，它能够解码来自两个干扰用户的LoRa数据包。我们的主要贡献是一个两个用户检测器在最大似然的方式使用详细的干扰模型。由于最大似然序列估计的复杂性是禁止的，一个复杂性降低技术的引入，使一个实际的实施所提出的两个用户检测器。该检测器已与GNU Radio软件定义无线电（SDR）平台上的抗干扰同步算法一起实现。SDR的实施表明所提出的方法的有效性，也允许其实验评估。测量表明，我们的检测器固有地利用两个碰撞用户之间的时间偏移来分离和解调他们的贡献。
2020-12-15 eess.SP
Leveraging Wake-Up Radios in UAV-Aided LoRa Networks: Some Preliminary Results on a Random-Access Scheme
提出一种将唤醒无线电集成到配备UAV网关的LoRa传感器网络中的传输方案，通过频率和扩频因子跳变进行数据传输，在保持相似可靠性的同时显著降低传感器能耗。
2023-05-23 cs.NI eess.SP
Long-range Low-power Wireless Networks and Sampling Strategies in Electricity Metering
University of Oulu（奥卢大学）；Lappeenranta University of Technology（拉彭兰塔理工大学）
本文研究了远距离低功耗无线技术LoRa在城市中多个发射设备的低通信约束应用，分析了LoRa在电力电网中用于重构家庭用电档案的影响，比较了基于时间与事件的采样策略，并讨论了其在智能城市中的扩展性。
2018-03-06 cs.SY eess.SP eess.SY
Orthogonality Analysis in LoRa Uplink Satellite Communications Affected by Doppler Effect
本文首次推导了卫星通信中多普勒效应下LoRa波形与互相关的解析表达式，分析了不同参数对互相关和误码率的影响，并提出了针对互相关和误码率优化的矛盾建议，强调了多普勒频移补偿技术的必要性。
2025-07-15 cs.SY eess.SP eess.SY
Performance Improvement of LoRa Modulation with Signal Combining and Semi-Coherent Detection
在本文中，我们研究了当网关配备多个天线时低功率远程（LoRa）调制的性能改进。我们得出的最佳决策规则，为相干和非相干检测时，合并从多个天线接收到的信号。为了提供有关信号组合如何使LoRa系统受益的见解，我们分别给出了AWGN和瑞利衰落信道中相干和非相干检测的符号/比特错误概率的表达式。此外，我们还提出了一种迭代半相干检测，不需要任何开销来估计信道状态信息（CSI），而其性能可以接近理想的相干检测。仿真和分析结果表明，非常大的功率增益，或覆盖范围的扩展，所提供的使用多个天线的所有考虑的检测方案。
2021-06-22 cs.IT eess.SP math.IT
LoRa-RL: Deep Reinforcement Learning for Resource Management in Hybrid Energy LoRa Wireless Networks
LoRa无线网络被认为是下一代物联网（IoT）系统的关键技术。新的物联网部署（例如，智能城市场景）每平方公里可能具有数千个设备，导致提供连接的巨大功耗。在本文中，我们研究了由电网和可再生能源混合供电的绿色LoRa无线网络，它可以在处理间歇性供应的同时受益于收获的能量。本文提出了有限数量的信道和扩频因子（SF）的资源管理方案，以提高LoRa网关的能量效率。首先，在满足系统的服务质量需求的同时使电网功耗最小化的问题被公式化。具体而言，这两种情况下的不相关和时间相关的信道进行了研究。最优的资源管理问题是通过解耦成两个子问题：信道和SF分配问题和能量管理问题。由于最优解的获得具有较高的复杂性，在线资源管理启发式算法，最大限度地减少电网的能源消耗。最后，考虑到信道和能量的相关性，自适应资源管理方案的基础上强化学习（RL），开发。仿真结果表明，所提出的资源管理方案提供了在LoRa无线网络中的可再生能源的有效利用。
2021-09-06 cs.NI eess.SP
Novel Double-Chirp Preamble Design for Multiuser Asynchronous Massive MIMO LoRa Networks
University of Saskatchewan（萨斯喀彻温大学）
本文提出了一种新型双啁啾前导设计，用于多用户异步大规模MIMO LoRa网络，通过减少前导相似效应提高检测性能。
2026-08-31 eess.SP
Minimum Throughput Maximization in LoRa Networks Powered by Ambient Energy Harvesting
在本文中，我们调查的上行链路传输在低功率广域网（LPWAN）的用户是自供电的能量收集从周围环境。为了展示它们在支持各种物联网（IoT）应用方面的潜力，我们专注于远程（LoRa）网络，其中LoRa用户使用收集的能量通过不同的扩频码将数据传输到网关。准确地说，我们研究了吞吐量公平性最优化问题的LoRa用户通过联合优化扩频因子（SF）的分配，能量收集（EH）的持续时间，和发射功率的LoRa用户。首先，通过检查用户之间的冲突的各种排列，我们推导出LoRa用户之间的数据包冲突时间的一般表达式，这取决于SF和EH持续时间的要求。然后，在回顾了先前的SF分配工作之后，我们开发了两种类型的算法，它们可以确保公平的SF分配，也可以确保LoRa用户的“不公平”分配方案。我们的研究结果揭示了三个新发现。首先，我们证明了，以最大限度地提高最低速率，不公平SF分配算法优于其他方法。其次，考虑到同时用户之间的分组冲突的导出表达式，我们现在能够提高LoRa用户的最小速率的性能，并表明它受到保护，免受具有不同SF的用户之间发生的SF间干扰。也就是说，不完美的SF正交性对最小速率性能没有影响。最后，我们已经观察到，共SF干扰是吞吐量性能的主要限制，而不是能量不足。
2019-05-10 eess.SP math.OC
A Survey on Scalable LoRaWAN for Massive IoT: Recent Advances, Potentials, and Challenges
综述LoRaWAN在物理层和MAC层的可扩展性挑战及现有解决方案，涵盖SF/信道分配、新拓扑和信号处理，总结优缺点并指出未来方向。
2023-05-16 cs.NI eess.SP
Quick and Reliable LoRa Physical-layer Data Aggregation through Multi-Packet Reception
本文提出了一种长距离（LoRa）物理层数据聚合系统（LoRaPDA），其聚合数据（例如，sum、average、min、max）直接在物理层中。具体地，在协调几个节点同时发送它们的数据之后，网关利用新的多分组接收（MPR）方法来从相位异步叠加信号计算聚合数据。与需要额外功率同步和相位同步的模拟方法不同，我们基于MRP的数字方法与商业LoRa节点兼容，并且更可靠。与针对冲突解码场景设计的传统MPR方法不同，我们的新MPR方法允许同时传输小的数据包到达时间偏移，并通过以下组件解决新的共址峰值问题：1）改进的信道和偏移估计算法，其能够在每个符号中进行精确的相位跟踪，2）一种新的符号解调算法，该算法找到节点数据的最大似然序列，以及3）一种软判决分组解码算法，该算法利用多个序列的似然性来提高解码性能。迹线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比现有的MPR解码器高出5.3 $\times$，并且软解码器在实际应用中对不可避免的不利相位失调和估计误差具有更强的鲁棒性。此外，LoRaPDA在所有SNR的网络吞吐量方面都优于最先进的MPR方案至少2.1 $\times$，证明了快速可靠的数据聚合。
2022-12-13 cs.NI eess.SP
Concurrent Transmission and Multiuser Detection of LoRa Signals
本文研究了一种新的模型，通过允许多个终端设备（ED）在相同的频段上同时与多个多天线网关通信并使用相同的扩频因子来提高低功率远程（LoRa）网络的可扩展性。最大似然（ML）的决策规则首先推导出由多个设备发送的信息比特的非相干检测。为了克服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，以平衡计算复杂度和错误性能。在第一阶段，我们识别发射啁啾（不知道哪些ED发射它们）。在第二阶段中，我们确定传输从第一阶段识别的特定啁啾的ED。为了提高在第二阶段的检测性能，我们还优化ED的发射功率，以尽量减少相似性，测量的Jaccard系数，任何对ED的接收功率之间。由于功率控制优化问题是非凸的，我们使用逐次凸逼近的概念，将其转化为一个近似的凸优化问题，可以迭代求解，并保证达到一个次优解。仿真结果证明并证明了所提出的LoRa网络模型的发射功率惩罚和网络可扩展性之间的权衡。特别是，通过允许2个或3个ED的并发传输，所提出的网络的上行链路容量可以是传统LoRa网络的两倍或三倍，尽管代价是额外的3.0或4.7 dB发射功率。
2021-11-19 cs.IT eess.SP math.IT
RF-Transformer: A Unified Backscatter Radio Hardware Abstraction
本文介绍了RF-Transformer，这是一种统一的反向散射无线电硬件抽象，允许低功耗物联网设备以最低功耗直接与异构无线接收器通信。与针对特定无线通信协议定制的现有反向散射系统不同，RF-Transformer为微控制器提供了可编程接口，允许物联网设备合成不同类型的协议兼容反向散射信号，共享完全不同的PHY层设计。为了展示我们设计的有效性，我们在2.4 GHz ISM频段上实现了RF-Transformer的PCB原型，并展示了其生成标准ZigBee，蓝牙，LoRa和Wi-Fi 802.11b/g/n/ac数据包的能力。我们广泛的现场研究表明，RF-Transformer在生成标准Wi-Fi、ZigBee、蓝牙和LoRa信号时，可实现23.8 Mbps、247.1 Kbps、986.5 Kbps和27.3 Kbps的吞吐量，同时功耗比有源器件低7.6 - 74.2。我们基于65 nm CMOS工艺的ASIC模拟表明，RF变压器的功率增益可以进一步增长到92 - 678。我们进一步将RF变压器与压力传感器集成，并提出了一个案例研究，用于检测走廊中的行人流量密度。我们为期7天的案例研究表明，RFTransformer可以通过在Wi-Fi信号上合成LoRa数据包，将传感器数据可靠地传输到商品网关。我们的实验结果也验证了RF变压器与商品接收机的兼容性。代码和硬件原理图可在www.exam…
2022-09-30 cs.NI eess.SP
Time-Constrained Erasure Correction for Data Recovery in UAV-Aided IoT
Indian Institute of Technology Bhubaneswar（印度理工学院布巴内斯瓦尔分校）
本文提出了一种受时间约束的数据恢复方案，利用 fountain 编码和信息复制提高无人机辅助物联网网络的上行链路可靠性。
2026-01-27 cs.NI eess.SP
Resource Allocation for NOMA-based LPWA Networks Powered by Energy Harvesting
在本文中，我们探讨永久的，可扩展的，低功耗的广域网（LPWA）。具体来说，我们专注于非正交多址接入（NOMA）的LPWA网络的上行链路传输组成的多个自供电节点和基于NOMA的单个网关。自供电的LPWA节点使用“收集然后传输”协议，它们从环境源（太阳能和射频信号）收集能量，然后传输信号。所研究的LPWA网络的主要特点是不同的传输时间上的空气，多个上行链路传输尝试，占空比的限制。这项工作的目的是最大化的上行链路传输速率的时间平均总和，通过优化传输时间的空中分配，能量收集时间分配和功率分配;受到最大发射功率和收获的能量的可用性。我们提出了一个低复杂度的解决方案，它将优化问题分解为三个子问题：我们分配LPWA节点传输时间（使用公平或不公平的方法），我们使用一维搜索方法优化能量收集（EH）时间，并使用凹凸（CCCP）过程优化发射功率。在仿真结果中，我们重点讨论了长距离（LoRa）网络作为LPWA网络的一个实际例子。我们验证了我们提出的解决方案，我们观察到一个$15\%$使用NOMA时的性能改善。
2020-12-29 eess.SP math.OC
