[發明專利]一種改進誤碼性能的基于多倍帶寬采樣的LoRa解調方法

有效

• 申請號: 202110073197.1
• 申請日: 2021-01-20
• 公開（公告）號: CN112671680B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 張成文;岳佳;焦利彬;史軍;索宏澤;王世鵬;王連凱
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;中國電子科技集團公司第五十四研究所
• 主分類號: H04L27/00
• 分類號: H04L27/00;H04B1/69
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

1.一種改進誤碼性能的基于多倍帶寬采樣的LoRa解調方法，其特征在于，所述LoRa解調方法包括以下步驟：

步驟1：應用多倍帶寬的采樣頻率對LoRa符號作時域采樣；

步驟2：對步驟1的采樣點進行DeChirp運算；

步驟3：對步驟2的DeChirp運算后的離散樣點抽取單倍帶寬采樣點，估計LoRa符號的頻率跳變點時刻；

步驟4：基于步驟3的跳變點時刻估計值生成輔助變換信號，并以此對DeChirp運算后的采樣點進行時頻關系變換，從而將LoRa符號時頻圖的分段信號整合為整段信號；

步驟5：對步驟4變換后的多倍帶寬采樣信號進行離散傅里葉變換運算；

步驟6：對步驟5離散傅里葉變換運算后的頻譜利用譜峰搜索的LoRa解調方法恢復出原始信息；

所述步驟2對多倍帶寬采樣的離散信號進行DeChirp，此時對應的DownChirp信號為離散模式的多倍采樣d(n)，離散模式的多倍采樣d(n)信號為初始Chirp信號的復共軛，其斜率與待解調信號斜率互為相反數，即d(n)＝exp{-jπn²/(m²N)}，則DeChirp后的多倍帶寬采樣信號為：

其中是均值為0、方差為N₀/2的離散高斯白噪聲；

，所述步驟3頻率跳變點時刻估計具體包括以下步驟：

步驟3.1：離散數據樣點抽取；為了估計LoRa符號的頻率跳變點時刻的位置，對上述多倍帶寬采樣得到的mN個離散數據采取1/m樣點抽取，則該抽樣結果可等效為原始接收信號的單倍帶寬采樣；

步驟3.2：抽取信號樣點的離散傅里葉變換DFT；

步驟3.3：譜峰搜索；LoRa符號的所有功率均集中在單個采樣點，其余樣點僅包含噪聲，因此可對頻譜采取譜峰搜索的方式得到循環移位值K的估計值；

步驟3.4：頻率跳變點時刻估計；根據譜峰搜索得到的循環移位值，并進一步求解信號的頻率跳變點時刻。

2.根據權利要求1所述一種改進誤碼性能的基于多倍帶寬采樣的LoRa解調方法，其特征在于，所述步驟1具體為，

對于帶寬為B，擴頻因子為SF的調制系統，每個傳輸符號被分為N＝2^SF個碼片，其中SF為擴頻因子且SF∈{7,8,9,10,11,12}，碼片周期T_c＝1/B，符號周期為T_s＝N·T_c，調頻斜率μ＝B/T_s，LoRa信號的起始頻率定義為f₀＝(K·B)/N，其中K稱為Chirp信號的循環移位值，取值為{0,1,···N-1}，等效為將SF比特的二進制數轉換為十進制，以w_i表示傳輸二進制比特的第i位信息，則循環移位值的計算公式如式(1)；

對于基帶傳輸系統，信號的頻率在[0,T_s]時間段內從f₀上升至B，于T₀＝(N-K)/B時刻發生頻率跳變后返回0，再從0頻率上升至f₀；

則LoRa信號時頻變化函數f(t)具體為：

信道中僅考慮高斯白噪聲，則接收端信號r(t)表示為式(3)，

其中w(t)為零均值加性高斯白噪聲；

以多倍帶寬mB作為采樣頻率，采樣間隔為T_sample＝1/(mB)，采樣后的序列長度為mN，則接收信號的離散表達式為：

其中w(n)是均值為0、方差為N₀/2的高斯白噪聲樣點，N₀為噪聲單邊帶功率譜密度，且n的取值為0,1,···,mN-1；因此該收發模型中的SNR等于1/N₀。