一種基于線性調頻信號的通信系統(tǒng)技術方案

本發(fā)明專利技術公開了一種基于線性調頻信號的通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)的數據幀包含前導碼、報頭、有效載荷(數據)和CRC校驗碼。前導碼中保存兩個個同步字用于接收數據流的同步，前導碼的長度與同步字可以自定義。前導碼結構中UpChirp(升頻chirp信號)的長度可設置范圍為6

【技術實現步驟摘要】
一種基于線性調頻信號的通信系統(tǒng)


[0001]本專利技術涉及無線通信
，特別是一種基于線性調頻信號的通信系統(tǒng)。

技術介紹

[0002]通信技術的發(fā)展，也促進了其他行業(yè)領域的發(fā)展，例如物聯網(IoT)技術。1999年，物聯網概念由麻省理工學院提出，早期是指依托射頻識別(RFID)技術和設備，按約定的通信協(xié)議與互聯網的結合，使物品信息實現智能化管理。如今物聯網作為各類傳感器和現有的互聯網相互銜接的一個新技術，已經在各行各業(yè)擁有長足和可靠發(fā)展，物聯網依托各類無線通信技術和標準，例如ZigBee,藍牙，Wi
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Fi，遠距離的LTE等等，但這些技術都有自身的限制。Wi
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Fi作為短距通信技術，有功耗低、成本低等特點，但通信距離極大限制了其發(fā)展；LTE的通訊距離較遠，一個基站的覆蓋范圍能達到數公里，但其通訊設備價格高昂且功耗很高，無法在智慧城市和農業(yè)中進行廣泛應用。因此，一種低功耗、覆蓋范圍大的通信技術—
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低功耗廣域網絡(LPWAN)應運而生，并快速發(fā)展起來，其中最具代表性的就是LoRa技術。
[0003]全球來看，線性調頻(Chirp)調制的研究是于19世紀中期從無線通信領域發(fā)展起來的，最早是因其較好的脈沖壓縮性，被廣泛應用于雷達測距之中。1962年，Chirp被國外學者M.R.Winkler首次應用在無線通信領域，因其提出上下掃頻信號傳輸二進制數據的方法，即利用2兩個極性相反的Chirp信號分別代表0和1，被稱為Chirp
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BOK。在解調端，此種調制方式利用Chirp調制信號的自相關特性進行處理，奠定了Chirp調制方法在通信系統(tǒng)的應用基礎。1973年，Bemi和Gregg等人對Chirp
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BOK調制方式的性能進行了更加深入的性能分析，提出在相干解調下，Chirp
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BOK的BER屬于中等，和一般的頻率調制FSK以及相位調制技術PSK相似。1974年，Gott創(chuàng)造性地提出了把Chirp調制與傳統(tǒng)的調制方式相互結合的方式，這種調制方式主要利用Chirp信號代替?zhèn)鹘y(tǒng)的擴頻碼，從而實現新型的通信模式。2004年，Brocato首次提出把Chirp擴頻應用到短距離的無線通信領域，由此開啟了Chirp在通信領域的長足發(fā)展。

技術實現思路

[0004]本專利技術的目的在于提供一種基于線性調頻信號的通信系統(tǒng)，使得其接收機能夠以低復雜度進行數據接收，且能夠應對高動態(tài)多普勒漂移，提高系統(tǒng)通信穩(wěn)定性。
[0005]實現本專利技術目的的技術解決方案為：一種基于線性調頻信號的通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)的數據幀包含前導碼、報頭、有效載荷(數據)和CRC校驗碼。前導碼中保存兩個個同步字用于接收數據流的同步，前導碼的長度與同步字可以自定義。前導碼結構中UpChirp(升頻chirp信號)的長度可設置范圍為6
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65536之間，默認為8個。短前導碼有利于加快數據傳輸速率，長前導碼主要用于喚醒設備，確認數據到來狀態(tài)。為了減少功耗，節(jié)點在不工作時，處于休眠狀態(tài)，但是會定時檢測發(fā)射機信號的前導碼，如果檢測到的前導碼就會準備接收數據，并發(fā)出中斷或者將相關寄存器置1，外圍軟件通過定期查詢或者相應中斷來接收數據。
[0006]報頭用于指示數據傳輸長度、編碼速率與類型，數據是否添加CRC，是否含有定時
導頻信號。報頭留有4個保留位(默認為全0)，用于后續(xù)協(xié)議的升級，采用5位CRC比特對報頭內容進行校驗。
[0007]待發(fā)送的數據與報頭首先進行漢明編碼(報頭采用4/8固定碼率漢明碼，數據域編碼方式與碼率可選)，然后進行序列白化，再經過對角交織、格雷編碼后進行線性調頻調制，線性調頻信號的初始頻點由格雷編碼后的輸出比特決定。
[0008]每個經過格雷編碼后的比特序列g
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?
p,i
,g
17
?
p,i
,
…
,g
15,i
都可以采用線性調頻信號的不同偏移序列表示，
[0009][0010]其中，B表示信號帶寬，T
s
表示信號持續(xù)時間，為頻率翻折時刻，f0∈[
?
B/2，B/2]是線性調頻信號的初始頻率，不同的信息比特序列對應不同的f0。對于該線性調頻信號，其時寬帶寬積為BT
s
＝N，對應的擴頻因子表示為SF＝log2N。初始頻率f0與比特序列g
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p,i
,g
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p,i
,
…
,g
15,i
之間的關系可以表示為
[0011][0012]其中
[0013]為了提升高動態(tài)場景下的通信質量，可以在時域上增加導頻信號。多個數據chirp信號間插入一個初始頻率為的upchirp和一個初始頻率為的downchirp，用于應對高多普勒動態(tài)場景下的長時間傳輸。通過報頭中的導頻指示可以選擇是否插入該導頻，1表示插入導頻，0表示不插入導頻。
[0014]本專利技術與現有技術相比，其顯著優(yōu)點在于：采用與LoRa相似的體制，能夠獲得與LoRa系統(tǒng)相同的優(yōu)勢，即高靈敏度(
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137dB@62.5kHz帶寬)，廣覆蓋，強抗干擾，低功耗等。同時，本專利技術針對高動態(tài)場景進行改進設計，能夠應對大多普勒漂移場景，以62.5kHz帶寬為例，可抗300Hz/s@SF＝11的多普勒漂移。其次，本專利技術闡述的通信系統(tǒng)單次傳輸的比特數遠超LoRa系統(tǒng)，最多可實現單包2048字節(jié)傳輸(超過IP包對應的1500字節(jié))，可實現IP包的透明轉發(fā)。再次，本專利技術采用更加先進的LDPC編碼，能夠獲得更好的糾錯性能，且本專利技術闡述的通信系統(tǒng)支持連續(xù)傳輸，動態(tài)跟蹤多普勒變化。
附圖說明
[0015]圖1是基于線性調頻信號的通信系統(tǒng)的數據幀結構。
[0016]圖2是基于線性調頻信號的通信系統(tǒng)的發(fā)送端調制流程。
[0017]圖3是基于線性調頻信號的通信系統(tǒng)的LDPC編碼參數。
[0018]圖4是基于線性調頻信號的通信系統(tǒng)的LDPC編碼參數。
[0019]圖5是基于線性調頻信號的通信系統(tǒng)的發(fā)送時域信號示意圖。
[0020]圖6是基于線性調頻信號的通信系統(tǒng)的接收端處理流程。
[0021]圖7在基于線性調頻信號的通信系統(tǒng)的數據解調流程示意圖。
具體實施方式
[0022]本專利技術一種基于線性調頻信號的通信系統(tǒng)，本專利技術的目的在于提供一種基于線性調頻信號的通信系統(tǒng)，使得其接收機能夠以低復雜度進行數據接收，且能夠應對高動態(tài)多普勒漂移，提高系統(tǒng)通信穩(wěn)定性。
[0023]實現本專利技術目的的技術解決方案為：一種基于線性調頻信號的通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)的數據幀包含前導碼、報頭、有效載荷(數據)和CRC校驗碼。前導碼中保存兩個個同步字用于接收數據流的同步，前導碼的長度與同步字可以自定義。前導碼結構中UpChirp(升頻chirp信號)本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于線性調頻信號的通信系統(tǒng)，其特征在于，數據幀包含前導碼、報頭、有效載荷(數據)和CRC校驗碼。前導碼中保存兩個個同步字用于接收數據流的同步，前導碼的長度與同步字都可以自定義。2.根據權利要求1所述的基于線性調頻信號的通信系統(tǒng)，其特征在于，前導碼結構中UpChirp(升頻chirp信號)的長度可設置范圍為6
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65536之間，優(yōu)選值為8個。3.根據權利要求1所述的基于線性調頻信號的通信系統(tǒng)，其特征在于，報頭用于指示數據傳輸長度、編碼速率與類型，數據是否添加CRC，是否含有定時導頻信號。4.根據權利要求3所述的基于線性調頻信號的通信系統(tǒng)，其特征在于，報頭長度為24比特，報頭留有4個保留位(默認為全0)，用于后續(xù)協(xié)議的升級，采用5位CRC比特對報頭內容進行校驗。5.根據權利要求1和3所述的基于線性調頻信號的通信系統(tǒng)，其特征在于，待發(fā)送的數據與報頭首先進行漢明編碼，然后進行序列白化，再經過對角交織、格雷編碼后進行線性調頻調制，線性調頻信號的初始頻點由格雷編碼后的輸出比特決定。6.根據權利要求5所述的基于線性調頻信號的通信系統(tǒng)，其特征在于，每個經過格雷編碼后的比特序列g
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p,i
,g
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p,i
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…
,g
15,i
都可以采用線性調頻信號的不同...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：許銘誠，鄒駿，胡彥曦，余森源，吳賢亮，趙文清，
申請(專利權)人：南京理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：