物理层跨技术通信中的剩余频率资源的利用方法和装置

摘要

本发明公开了一种物理层跨技术通信中的剩余频率资源的利用方法和装置，该方法包括：配备一个基于正交频分复用的WiFi网卡；通过WiFi网卡与超低功耗节点和WiFi节点建立通信连接；通过第一子载波将超低功耗信号传输到超低功耗节点；通过第二子载波将WiFi信号传输到WiFi节点。本发明通过在物联网网关配置一个基于正交频分复用的WiFi网卡，使得物联网网关只需通过一个网络接口卡，就可以同时与超低功耗节点和WiFi节点进行通信，不仅经济而且高效；同时，通过第一子载波将超低功耗信号传输到所述超低功耗节点；通过第二子载波将WiFi信号传输到所述WiFi节点，能够在不增加额外成本的情况下充分利用剩余频率资源；本发明可广泛应用于物联网通信技术领域。

说明书

技术领域

本发明涉及物联网通信技术领域，尤其是一种物理层跨技术通信中的剩余频率资源的利用方法和装置。

背景技术

近年来，物联网(Internet of Things，IoT)的规模、密度和多样性都在显著地增长，在物联网中，采用不同的无线技术，共享于无需许可证频段的异构节点常常共存，异构物联网节点间高效、经济的信息交换是一项基本要求，也是一个重要且富有挑战性的问题。解决此问题的传统方法是通过在物联网网关与异构节点之间建立间接连接。物联网网关不仅需要配备多种类型的网络接口卡(Network Interface Card，NIC)来接收异构信号，还需要在上层执行异构协议转换；因此，需要增加额外的硬件、部署和维护成本，同时也增加了实现的难度。

物理层跨技术通信(Cross-technology Communication，跨技术通信)被提出来，它支持仅使用单个网络接口卡在异构节点之间的进行直接通信，且无需修改硬件，但是，由于异构技术之间带宽的不对称性，物理层跨技术通信会造成许多频率资源的浪费。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种物理层跨技术通信中的剩余频率资源的利用方法和装置。

本发明所采取的技术方案是：

一方面，本发明实施例包括一种物理层跨技术通信中的剩余频率资源的利用方法，包括：

配备一个基于正交频分复用的WiFi网卡；

通过所述WiFi网卡与超低功耗节点和WiFi节点建立通信连接；

通过第一子载波将超低功耗信号传输到所述超低功耗节点；

通过第二子载波将WiFi信号传输到所述WiFi节点。

进一步地，通过所述WiFi网卡与超低功耗节点和WiFi节点建立通信连接字后，所述方法还包括：

根据WiFi发送路径的反向过程，构造WiFi和超低功耗的组合比特序列；

通过调制器将所述组合比特序列分别调制到所述第一子载波的范围和所述第二子载波的范围。

进一步地，所述根据WiFi发送路径路径的反向过程，构造WiFi和超低功耗的组合比特序列这一步骤，具体包括：

根据目标WiFi比特，构造WiFi信号点；

根据超低功耗比特，构造超低功耗信号点；

根据所述WiFi信号点、超低功耗信号点和WiFi发送路径的反向过程，构造WiFi和超低功耗的组合比特序列。

进一步地，所述方法还包括：

将所述组合比特序列转换为正交频分复用符号；

将所述正交频分复用符号嵌入发送帧的媒体访问控制层的有效负载中，所述发送帧包括物理层前导码、物理层头部、媒体访问控制层头部和媒体访问控制层有效负载，所述物理层头部包括信号字段和服务字段；

在所述服务字段中设置所述第二子载波的数量；

将所述发送帧发送至所述超低功耗节点和WiFi节点。

进一步地，所述媒体访问控制层中，时间被分为一系列长度相等的重复间隔，每个所述重复间隔分为轮询子间隔和竞争子间隔；所述轮询子间隔包括信标时段、上行链路时段和下行链路时段，所述竞争子间隔包括访问时段和保护时段。

另一方面，本发明实施例包括一种物理层跨技术通信中的剩余频率资源的利用方法，包括：

接收发送帧；

获取所述发送帧中的正交频分复用符号；

将所述正交频分复用符号馈送到超低功耗接收硬件中；

使用能量检测器解调所述正交频分复用符号；

将所述正交频分复用符号转换为超低功耗比特。

另一方面，本发明实施例包括一种物理层跨技术通信中的剩余频率资源的利用方法，包括：

接收发送帧；

获取所述发送帧中的正交频分复用符号；

将所述正交频分复用符号馈送到WiFi接收硬件中；

将所述正交频分复用符号转换为WiFi比特。

进一步地，所述将所述正交频分复用符号转换为WiFi比特这一步骤，具体包括：

从服务字段中获取第二子载波的数量；

根据所述第二子载波的数量，将所述正交频分复用符号转换为WiFi比特。

另一方面，本发明实施例包括一种物理层跨技术通信中的剩余频率资源的利用方法，包括：

物联网网关配备一个基于正交频分复用的WiFi网卡；

所述物联网网关通过所述WiFi网卡与超低功耗节点和WiFi节点建立通信连接；

所述物联网网关通过第一子载波将超低功耗信号传输到所述超低功耗节点；

所述物联网网关通过第二子载波将WiFi信号传输到所述WiFi节点；

所述超低功耗节点接收所述超低功耗信号；

所述WiFi节点接收所述WiFi信号。

另一方面，本发明实施例还包括一种物理层跨技术通信中的剩余频率资源的利用装置，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现所述的物理层跨技术通信中的剩余频率资源的利用方法。

本发明的有益效果是：

本发明通过在物联网网关配置一个基于正交频分复用的WiFi网卡，使得物联网网关只需通过一个网络接口卡，就可以同时与超低功耗节点和WiFi节点进行通信，不仅经济而且高效；同时，通过第一子载波将超低功耗信号传输到所述超低功耗节点；通过第二子载波将WiFi信号传输到所述WiFi节点，能够在不增加额外成本的情况下充分利用剩余频率资源；本发明无需修改任何硬件。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例所述由物联网网关执行的物理层跨技术通信中的剩余频率资源的利用方法步骤流程图；

图2为本发明实施例所述由超低功耗节点执行的物理层跨技术通信中的剩余频率资源的利用方法步骤流程图；

图3为本发明实施例所述由WiFi节点执行的物理层跨技术通信中的剩余频率资源的利用方法步骤流程图；

图4为本发明实施例所述由物联网网关、超低功耗节点和WiFi节点多端执行的物理层跨技术通信中的剩余频率资源的利用方法步骤流程图；

图5为实施例所述从WiFi到ULP、ZigBee和BLE通信的剩余频率资源示意图；

图6为实施例所述WiFi通过PPM back-channel技术与ULP进行通信的示意图；

图7为实施例所述在PPM back-channel中映射X

图8为实施例所述在WiFi硬件中发送和接收OFDM符号的过程示意图；

图9为实施例所述物理层的概况示意图；

图10为实施例所述媒体访问控制层的概况示意图；

图11为实施例所述物理层的设计框架图；

图12为实施例所述X

图13为实施例所述发送帧802.11a帧的结构示意图；

图14为实施例所述轮询子间隔的结构示意图；

图15为实施例所述轮询子间隔期间的传输过程示意图；

图16为实施例所述竞争子间隔的结构示意图；

图17为实施例所述重复间隔、子间隔、各时段和帧之间的长度关系示意图；

图18为实施例所述竞争子间隔的持续时间示意图；

图19为实施例所述物理层跨技术通信中的剩余频率资源的利用装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本申请实施例作进一步阐述。

参照图1，本发明实施例包括一种物理层跨技术通信中的剩余频率资源的利用方法，由物联网网关执行，包括：

S1.配备一个基于正交频分复用的WiFi网卡；

S2.通过所述WiFi网卡与超低功耗节点和WiFi节点建立通信连接；

S3.通过第一子载波将超低功耗信号传输到所述超低功耗节点；

S4.通过第二子载波将WiFi信号传输到所述WiFi节点。

进一步地，在步骤S2之后，也就是通过所述WiFi网卡与超低功耗节点和WiFi节点建立通信连接字后，所述方法还包括：

S2-1.根据WiFi发送路径的反向过程，构造WiFi和超低功耗的组合比特序列；

S2-2.通过调制器将所述组合比特序列分别调制到所述第一子载波的范围和所述第二子载波的范围。

进一步地，步骤S2-1，也就是所述根据WiFi发送路径路径的反向过程，构造WiFi和超低功耗的组合比特序列这一步骤，具体包括：

S2-101.根据目标WiFi比特，构造WiFi信号点；

S2-102.根据超低功耗比特，构造超低功耗信号点；

S2-103.根据所述WiFi信号点、超低功耗信号点和WiFi发送路径的反向过程，构造WiFi和超低功耗的组合比特序列。

进一步地，所述方法还包括：

S2-104.将所述组合比特序列转换为正交频分复用符号；

S2-105.将所述正交频分复用符号嵌入发送帧的媒体访问控制层的有效负载中，所述发送帧包括物理层前导码、物理层头部、媒体访问控制层头部和媒体访问控制层有效负载，所述物理层头部包括信号字段和服务字段；

S2-106.在所述服务字段中设置所述第二子载波的数量；

S2-107.将所述发送帧发送至所述超低功耗节点和WiFi节点。

进一步地，所述媒体访问控制层中，时间被分为一系列长度相等的重复间隔，每个所述重复间隔分为轮询子间隔和竞争子间隔；所述轮询子间隔包括信标时段、上行链路时段和下行链路时段，所述竞争子间隔包括访问时段和保护时段。

参照图2，本发明实施例包括一种物理层跨技术通信中的剩余频率资源的利用方法，由超低功耗节点执行，包括：

P1.接收发送帧；

P2.获取所述发送帧中的正交频分复用符号；

P3.将所述正交频分复用符号馈送到超低功耗接收硬件中；

P4.使用能量检测器解调所述正交频分复用符号；

P5.将所述正交频分复用符号转换为超低功耗比特。

参照图3，本发明实施例包括一种物理层跨技术通信中的剩余频率资源的利用方法，由WiFi节点执行，包括：

D1.接收发送帧；

D2.获取所述发送帧中的正交频分复用符号；

D3.将所述正交频分复用符号馈送到WiFi接收硬件中；

D4.将所述正交频分复用符号转换为WiFi比特。

进一步地，步骤D4，也就是所述将所述正交频分复用符号转换为WiFi比特这一步骤，具体包括：

D401.从服务字段中获取第二子载波的数量；

D402.根据所述第二子载波的数量，将所述正交频分复用符号转换为WiFi比特。

参照图4，本发明实施例还包括一种物理层跨技术通信中的剩余频率资源的利用方法，由物联网网关、超低功耗节点和WiFi节点多端执行，包括：

A1.物联网网关配备一个基于正交频分复用的WiFi网卡；

A2.所述物联网网关通过所述WiFi网卡与超低功耗节点和WiFi节点建立通信连接；

A3.所述物联网网关通过第一子载波将超低功耗信号传输到所述超低功耗节点；

A4.所述物联网网关通过第二子载波将WiFi信号传输到所述WiFi节点；

A5.所述超低功耗节点接收所述超低功耗信号；

A6.所述WiFi节点接收所述WiFi信号。

本实施例中，由于异构技术之间带宽的不对称性，物理层跨技术通信也造成了许多频率资源的浪费。例如，如图5所示，当物联网网关采用支持20MHz带宽的WiFi NIC来模拟带宽为2MHz的ZigBee信号(图5中由实线框表示)时，将浪费18MHz的频率资源(图5中由虚线框表示)。因此，本实施例考虑物联网网络，其中物联网网关只配备一个基于正交频分复用(Orthogonal Frequency-division Multiplexing，OFDM)的WiFi网卡，该WiFi网卡可以同时与超低功耗(ULP)节点和WiFi节点进行通信；进而无需修改任何硬件，物联网网关就可以充分利用WiFi到ULP通信中的剩余频率资源。

要利用WiFi到ULP通信中的剩余频率资源，首先需要了解关于WiFi硬件和ULP硬件的调制和解调方法。

(1)WiFi的调制和解调：

假设WiFi采用OFDM技术，并且对每个OFDM子载波采用四正交幅度调制(4-QAM)方案；令S

调制过程为：WiFi发射机根据Q将WiFi比特调制到子载波。例如，假设Q中的“11”对应于Q

解调过程为：当接收到来自子载波k的信号点

(2)ULP的调制和解调：

调制过程为：本实施例考虑到用于ULP通信的脉冲位置调制(PPM)，假设基于OFDM的WiFi发射机与基于PPM的ULP接收机进行通信。WiFi发射机可以采用PPM back-channel技术来模拟ULP接收机的PPM信号(即不同位置的脉冲)。PPM back-channel技术为：假设有K个OFDM子载波，令复数序列X

X

例如，如图6(a)和图6(b)所示，如果φ＝φ

当用back-channel技术模拟脉冲时，WiFi发射机应从有效集合Q中的第k个子载波上获取信号点S

ULP的解调过程为：ULP接收机通过能量检测解码PPM信号，如图6(c)所示，令y[n]为接收到的PPM信号的第n个样本，其中L为样本总数，令E

如果E

参照图8，图8示出了在WiFi硬件中发送和接收OFDM符号的过程；具体地，当发送OFDM符号时，WiFi发射机将数据比特馈送到其TX路径，包括操作：加扰器(T

本实施例中，物联网网关只配备了一个采用OFDM方案的WiFi网卡，就可以与ULP节点和WiFi节点进行通信。考虑到WiFi和ULP传输之间的带宽不对称性，在设计物理层(PHY)和媒体访问控制层(MAC)时，考虑在不修改任何硬件的情况下，物联网网关将一部分子载波用于ULP下行链路传输，并利用剩余子载波同时进行WiFi下行链路传输。因此，在PHY层中，发射机(即物联网网关)应根据WiFi TX路径(如图8所示)仔细构造WiFi和ULP比特序列，以便接收机(即WiFi节点和ULP节点)能够轻松提取它们各自的比特。参照图9，本实施例继续介绍不改动任何硬件的物理层设计。

在物联网网关，本实施例根据将传递到WiFi节点和ULP节点的目标比特，按照WiFiTX路径的反向过程，精心构造WiFi和ULP的组合比特序列(将被馈送到WiFi TX硬件中)。其关键在于，组合比特序列应使WiFi TX硬件的调制器能够将WiFi和ULP比特分别调制到不同的子载波范围，如图9中的T5所示；在WiFi节点处，本实施例首先从WiFi RX硬件获取输出，然后，将所获得的输出输入到新添加的软件定义的WiFi TX模块中；在该WiFi TX模块中，可恢复WiFi比特和ULP比特(分别映射到不同的子载波范围，如图9的R5所示)，然后在丢弃ULP比特之后保留WiFi比特；接下来，将WiFi比特输入到新添加的软件定义的WiFi RX模块中，以获得目标WiFi比特。同样地，在ULP节点处，PPM接收机可以通过其默认硬件实现方式(例如，通过能量检测识别脉冲位置)获得目标ULP比特。

另外，MAC层建立在PHY层(可以分隔WiFi和ULP比特)上，用于设计何时同时调度WiFi和ULP下行链路传输。在MAC层中，时间被划分为等长度的重复间隔，其中每个重复间隔被划分为轮询子间隔和竞争子间隔。在通常的设计中，物联网网关在轮询期间与ULP节点通信，而在竞争子间隔中与WiFi节点通信，如图10(a)所示；但是，在轮询子间隔中，剩余的子载波在下行链路传输(即，物联网网关→ULP节点)中未被使用；在图10(b)所示的设计中，本实施例充分利用了在下行链路WiFi传输的常规设计中未使用的残留子载波。也就是说，在轮询子间隔中，物联网网关首先广播ULP信标和WiFi信标，轮询ULP上行数据，然后同时发送WiFi下行帧和ULP下行帧；在争用子间隔中，网关和WiFi节点和常规的设计一样，按照CSMA/CA协议来传输WiFi帧。

为了清楚起见，本实施例中，让B

具体地，参照图11，介绍PHY层的设计框架，该设计不修改发射机和接收机的硬件。

在物联网网关，首先根据给定的B

在WiFi节点，当接收到OFDM符号后，将接收到的OFDM符号馈入WiFi RX硬件，在该WiFi RX硬件内，符号沿着WiFi RX路径经过R

(1)将

(2)将S

在ULP节点，当接收到OFDM符号后，将接收到的符号馈送到ULP RX硬件中，用能量检测器解调该符号。，然后，ULP RX硬件将OFDM符号转换为B

具体地，本实施例中，遵循以下两个步骤来构造WiFi和ULP的组合比特序列：

1)根据目标WiFi和ULP比特构造信号点：

本实施例中，首先采用传统的WiFi方法，即在图8中的T

(2)根据信号点构造WiFi和ULP组合比特序列：

如图8所示，在构造WiFi和ULP组合比特序列时让S

C

由于信号点S

C

式中，C

假设C

本实施例中，软件定义的WiFi TX模块需要ψ来获得WiFi节点的比特B

参照图13，发送帧802.11帧结构由PHY前导码(preamble)、PHY头部(包括信号和服务字段)、MAC头部和MAC有效负载组成。该服务字段包含一个9位的保留子字段，因此本实施例在此处设置而不引入额外的开销。

请注意，当物联网网关同时将消息传输到WiFi节点和ULP节点时，它将WiFi和ULP组合比特序列嵌入802.11帧的MAC有效载荷中，在接收方，目标WiFi节点将以OFDM符号的形式接收这些组合比特，然后根据接收到的802.11帧的保留子字段中的值提取WiFi比特。接收到802.11帧后，WiFi节点将采用传统的WiFi方法来处理帧的PHY头部，并从服务字段中获取携带WiFi比特的子载波的数目。

接下来，对MAC层的设计架构进行介绍，时间被分为一系列长度相等的重复间隔。每个重复间隔分为轮询子间隔和竞争子间隔。参照图14，轮询子间隔分为三个时间段，分别是信标时段、上行链路时段和下行链路时段；进一步，参照图15，依次介绍信标时段、上行链路时段和下行链路时段三个时段。

(1)信标时段：

在信标周期，物联网网关的传输遵循以下模式：UB/SIFS/WB。也就是说，物联网网关首先广播一个ULP信标(ULP beacon，UB)，该ULP信标通知潜在的ULP节点发送上行链路数据和接收下行链路数据，其中UB包括潜在发射机列表、潜在接收机列表、轮询子间隔的剩余时间等。然后，在短帧间间隔(short interframe space，SIFS)时间后，物联网网关广播WiFi信标(WiFi beacon，WB)，通知潜在WiFi节点接收下行链路数据，其中WB包括潜在接收机列表、CFPMaxDuration参数[10]、轮询子间隔和上行链路时段等。所有ULP节点都被唤醒以接收UB。然后，UB中列表中的ULP节点保持清醒，而其他节点则进入睡眠状态，直到下一个重复间隔开始。所有WiFi节点都接收WB，然后将其网络分配向量(NAV)设置为WB中的CFPMaxDuration值。这些NAV禁止WiFi节点传输WiFi帧，它们保持沉默，直到它们从网关收到进一步的指示。

(2)上行链路时段：

在上行链路时段中，正常传输遵循以下模式：SIFS/Poll/SIFS/UU/SIFS/UAck+Poll。

这里，

本实施例假设物联网网关根据UB中的列表依次轮询ULP节点；首先，在等待SIFS时间之后，网关发送一个轮询帧(Poll)来轮询ULP节点。然后，在等待另一个SIFS时间之后，如果它接收到ULP上行链路帧(UU)，它将ULP的Ack帧(UAck)搭载在下一个轮询(UAck+Poll)中。否则，它将等待UU-Timeout时间(等于2*SIFS加上UU传输时间)，然后发送下一个轮询。重复整个过程，直到轮询完列表中的所有ULP节点为止。当轮询的节点没有要传输的UU时，传输遵循以下模式：SIFS/Poll/SIFS/NF，即网关首先等待SIFS时间后，发送轮询帧，然后在等待另一个SIFS时间之后接收Null帧(NF)。轮询后，如果ULP节点有上行链路数据，则向网关发送UU；否则，向网关发送NF；如果ULP节点没有接收到UAck，它将在下一个上行链路时段重新传输UU。

(3)下行链路时段：

在下行链路时段中，正常传输遵循以下模式：SIFS/cFrame/SIFS/WAck/SIFS/UAck。首先，等待SIFS时间后，IoT网关发送携带ULP和WiFi比特的组合帧(cFrame)。然后，它将依次从目标WiFi节点接收WAck帧和从目标ULP节点接收UAck帧。如果网关未收到WAck，它将等待WAckTimeout时间(等于SIFS加WAck传输时间)，然后继续后续操作；网关将在下面的竞争子间隔中重新传输这些WiFi比特。如果网关未收到UAck，它将等待UAckTimeout时间(等于SIFS加UAck传输时间)，然后继续后续操作；网关将在下一个下行链路时段中重新发送这些ULP比特(搭载在cFrame中)。当所有ULP上行链路和下行链路传输完成后，IoT网关首先发送UCF-End帧，然后在等待SIFS时间之后发送WCF-End帧，这标志着轮询子间隔的结束。收到UCF结束后，ULP节点进入睡眠状态，直到下一个重复间隔开始。收到WCF结束后，WiFi节点将重置其NAV。

参照图16，竞争子间隔分为访问时段和保护时段，在访问时段内，WiFi节点和物联网网关遵循CSMA/CA协议竞争传统802.11帧的传输。在CSMA/CA中，正常传输遵循以下模式：DIFS/backoff/frame/SIFS/WAck，其中DIFS是指分布协调函数帧间空间。一旦WiFi设备(例如，WiFi节点或物联网网关)想要发送帧，它首先会感知信道状态。如果通道空闲了DIFS时间，则设备开始执行退避过程。在这个退避过程中，设备统一地从{0,1,…,W-1}中选择退避时间，其中W是当前窗口大小，并且最初被设置为最小竞争窗口CW

在保护时段期间，WiFi节点和网关既不争夺信道也不开始任何传输。保护期时段可以确保在访问时段结束之前，完成从访问时段开始的WiFi传输，从而防止它们在下一个重复间隔中与ULP信标发生冲突。

本实施例中，还进一步优化PHY参数ψ(即，携带WiFi比特的剩余子载波数量)。然后，计算MAC层中的系统吞吐量。具体操作如下：

(1)优化携带WiFi比特的剩余子载波的数量：

在PHY层设计中，对于每个携带ULP和WiFi比特的OFDM符号，数据子载波1到ψ携带WiFi比特，子载波ψ+1到η携带用于模拟PPM符号的ULP比特；在给定η的情况下，增加ψ可以提高WiFi比特的数量，但会降低ULP比特的成功检测概率，反之亦然。请注意，ULP的传输对WiFi的接收没有影响，因为PPM back-channel(在ULP的传输中采用)仅假设子载波上信号点之间的关系，而不会破坏WiFi中OFDM子载波的正交性。但是，WiFi的传输会干扰ULP比特的检测。本实施例让η-ψ个子载波(即，子载波ψ+1至η)携带一个ULP比特。令

由公式可知，一旦有了P

(2)成功检测概率P

本实施例中，对一个ULP比特的成功检测概率P

1)b[n]是一个常数,原因是由于子载波ψ+1至η携带ULP比特，在IFFT之后，可得到b[n]的表达式，即：

2)c[n]+d[n]可以看作是方差为

原因是在子载波1至ψ中携带WiFi比特，在子载波η+1至N中携带无意义的比特，因此，在进行IFFT之后，可得到c[n]和d[n]的表达式，即：

但是，与b[n]不同的是，复向量{S

3)p[n]是一个常数，p[n]的表达式为：

4)假设w[n]是零均值高斯随机变量，方差为

接下来，本实施例中继续介绍信噪比(SNR)对P

假设N个数据子载波和4个导频子载波。在N个数据子载波中，用1至ψ个子载波进行WiFi传输，ψ+1至η个子载波进行ULP传输，其余子载波用于传输为比特。设ε为一个信号点的能量。假设噪声是零均值高斯随机变量，方差为

计算信噪比Υ过程如下：

将Υ定义为OFDM符号的功率Λ

计算成功检测概率P

根据公式

(1)b[n]是通过将η和ψ代入

(2)p[n]由

(3)σ

(4)σ

接下来，本实施例中计算MAC层中的系统吞吐量：

考虑由1个物联网网关、q个WiFi节点和h个ULP节点组成的单跳网络。假设网络是饱和的(即，每个节点或网关总是有一个帧要发送)。下面，依次计算ULP和WiFi的吞吐量。

(1)ULP的吞吐量：

令T

每个上行链路帧传输遵循以下模式：SIFS/Poll/SIFS/UU/SIFS/UAck+Poll，如图15所示，在T

在T

(2)WiFi的吞吐量：

令Ω

当在竞争子间隔中至少有θ个传输发生时(即Θ≥θ)，这意味着

其理由如下：首先，每个设备在发送帧之前，至少将其退避计数器减少一次(即从1减少到0)；也就是，

本发明实施例所述物理层跨技术通信中的剩余频率资源的利用方法具有以下技术效果：

本发明实施例通过在物联网网关配置一个基于正交频分复用的WiFi网卡，使得物联网网关只需通过一个网络接口卡，就可以同时与超低功耗节点和WiFi节点进行通信，不仅经济而且高效；同时，通过第一子载波将超低功耗信号传输到所述超低功耗节点；通过第二子载波将WiFi信号传输到所述WiFi节点，能够在不增加额外成本的情况下充分利用剩余频率资源；本发明无需修改任何硬件。

参照图19，本发明实施例还提供了一种物理层跨技术通信中的剩余频率资源的利用装置200，具体包括：

至少一个处理器210；

至少一个存储器220，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器210执行，使得所述至少一个处理器210实现如图1-图4所示的方法。

其中，存储器220作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。存储器220可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器220可选包括相对于处理器210远程设置的远程存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器210。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

可以理解到，图19中示出的装置结构并不构成对装置200的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图19所示的装置200中，处理器210可以调取存储器220中储存的程序，并执行但不限于图1-图4所示实施例的步骤。

以上所描述的装置200实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现实施例的目的。

可以理解的是，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。