[發(fā)明專利]基于低復雜度的chrip信號發(fā)生器的CSS發(fā)射機設(shè)計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010401709.8
• 申請日: 2020-05-13
• 公開（公告）號: CN111669200A
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚洪舟;賀宇翔;陸許明;徐永鍵
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學;中山大學花都產(chǎn)業(yè)科技研究院
• 主分類號: H04B1/69
• 分類號: H04B1/69;H04B1/04;H04W4/80
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 張金福

本發(fā)明提供的基于低復雜度的chrip信號發(fā)生器的CSS發(fā)射機設(shè)計方法，通過設(shè)計一種Chirp信號發(fā)生器，能夠根據(jù)調(diào)節(jié)控制信號，自由設(shè)定Chirp信號的帶寬、擴頻因子、中心頻率及Chirp信號的方向，提高了信號發(fā)生器的靈活性；在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了在很低的復雜度下直接將Chirp擴頻信號調(diào)制到通頻帶，有效降低生成不同頻帶的信號發(fā)生器的復雜度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及擴頻通信及短距離無線通信技術(shù)領(lǐng)域，更具體的，涉及一種基于低復雜度的chrip信號發(fā)生器的CSS(Chirp Spread specturm)發(fā)射機設(shè)計方法。

背景技術(shù)

國內(nèi)外研究的Chirp信號發(fā)生器大部分應用于Chirp超寬帶雷達系統(tǒng)中，通信領(lǐng)域主要應用在室內(nèi)無線定位等領(lǐng)域。現(xiàn)如今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的如火如荼，短距離無線通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中有新的應用，為了填補在低功耗物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)領(lǐng)域低復雜度的Chirp擴頻技術(shù)應用的空白。

Chirp信號又稱線性調(diào)頻信號，它以很快的速度掃過頻率，信號的持續(xù)期間信號連續(xù)的線性變化，使得信號的頻譜占據(jù)一定的帶寬。當掃頻帶寬為B，掃頻時間為T時，基本的信號時域表達式為：

其中f₀為中心頻率，a(t)為線性調(diào)頻的脈沖包絡(luò)。

Chirp信號的相位瞬時頻率為f(t)＝f₀+μt，瞬時頻率f(t)與時間t呈線性變化關(guān)系，變化的斜率則由掃頻速率μ控制。μ代表了Chirp信號的速率，也就是還說Chirp信號掃頻隨時間變化的速度。可以表示為：

μ的正負表示Chirp信號的掃頻方向。

如圖1所示，當取“+”號時，表示Chirp信號的瞬時頻率隨著時間而增加，為上掃頻Chirp信號(Up-Chirp)；

如圖2所示，當取“-”號時，表示Chirp信號的瞬時頻率隨著時間而減小，為下掃頻Chirp信號(Down-Chirp)。

上掃頻Chirp信號和下掃頻Chirp信號的掃頻速率、帶寬和時寬都是相同的。

Chirp信號的時間帶寬積TB簡稱TB積，是衡量Chirp信號的一個重要標準。Chirp擴頻的調(diào)制階數(shù)為M×2^SF＝TB，SF(Spreading Factor)為擴頻因子，其中M表示每個CSS符號攜帶擴頻因子的位數(shù)。在基帶，每個CSS符號包含M個復數(shù)采樣點，以等于信號帶寬B的速率發(fā)送出去。

傳統(tǒng)的Chirp信號常用的產(chǎn)生方法有兩種：模擬法和數(shù)字法，其中Chirp信號的模擬產(chǎn)生法又可以分為有源法和無源法。有源法如圖3利用一定速率的模擬信號(如三角波、鋸齒波等)控制壓控振蕩器(VCO)產(chǎn)生所需的Chirp信號。無源法主要采用聲表面波(SAW)濾波器來產(chǎn)生Chirp信號，該方法能夠產(chǎn)生高頻率和高帶寬的Chirp信號。

模擬有源法易實現(xiàn)、結(jié)構(gòu)簡單、靈活性高，對雷達系統(tǒng)中低截獲有所幫助，廣泛應用于雷達(RADAR)系統(tǒng)中，但是這種方法所產(chǎn)生的脈沖起始振蕩新相位不相干，不適合與數(shù)字基帶系統(tǒng)設(shè)計。

無源法主要采用聲表面波(SAW)濾波器來產(chǎn)生Chirp信號。該方法能夠產(chǎn)生高頻率和高帶寬的Chirp信號，在現(xiàn)代的室內(nèi)定位chirp擴頻通信系統(tǒng)中應用比較廣泛。但是產(chǎn)生的Chirp信號的頻率和寬帶都是固定不變的，在Chirp擴頻通信技術(shù)中較為常見，但是SAW器件一經(jīng)過生產(chǎn)定型，掃頻起始頻率和掃頻時寬就確定了，無法更改故采用SAW器件的Chirp系統(tǒng)靈活性差，且SAW器件制作工藝要求精度高、條件苛刻，所以成本較高，價格昂貴。

Chrip信號的數(shù)字產(chǎn)生方法主要是采用直接數(shù)字合成(DDS)技術(shù)來產(chǎn)生Chirp信號。數(shù)字法能夠產(chǎn)生大時寬、大帶寬、高穩(wěn)定性的Chirp信號，DSS技術(shù)產(chǎn)生的信號的特點是頻率分辨率高、頻率轉(zhuǎn)換時間短。