[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

本發明公開了一種改進誤碼性能的基于多倍帶寬采樣的LoRa解調方法。應用多倍帶寬的采樣頻率對LoRa符號作時域采樣；對采樣點進行DeChirp運算；再對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；形成的估計值生成輔助變換信號，對DeChirp運算后的采樣點進行時頻關系變換，并整合為整段信號；對變換后的多倍帶寬采樣信號進行離散傅里葉變換運算；對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。本發明基于多倍帶寬采樣的LoRa解調方法可改善遠距離傳輸時低信噪比條件下的LoRa信號解調的誤碼性能，同時改善存在同步偏移時LoRa信號解調的誤碼性能。

技術領域

本發明屬于LoRa信號解調領域；具體涉及一種改進誤碼性能的基于多倍帶寬采樣的LoRa解調方法。

背景技術

作為LPWAN典型技術之一的LoRa(Long Range)由Chirp信號發展而來，因其具有遠距離、低功耗、抗多徑干擾等一系列優點被廣泛應用于物聯網。Chirp信號一直以來都是雷達、聲納、航空航天和軍事通信等領域的重要研究對象。LoRa調制是一種提高傳統線性調頻技術頻譜利用率的新型調制技術，其本質是依據傳輸信息將Chirp信號循環移位，通過LoRa符號的初始頻率承載傳輸信息。

近年來，隨著物聯網應用的不斷拓展，現有研究中針對LoRa的調制解調方式與波形正交性進行了具體數學分析、詳述了物理層的理論分析、指出具有相同擴頻因子(SF)的終端設備之間存在沖突干擾、對LoRa調制的底層誤碼性能進行了嚴格理論分析，并推導出了加性高斯白噪聲與Rayleigh衰落信道下的BER近似閉式表達、又針對多終端干擾進行了系統建模，并推導出多終端干擾系統下的BER表達。這些研究表明了諸多學者對LoRa物理層波形展開了深入研究和探索。

以上研究均采用傳統單倍帶寬采樣的解調方式并致力于研究誤碼性能的表達，在物聯網應用領域不斷拓展與終端節點大規模提升的背景下，探索改進誤碼性能的LoRa解調算法具有重要研究意義。

LoRa解調技術的核心思想是相干解調，典型解調算法包括在接收端將接收信號與所有可能符號的復共軛相乘、與DownChirp信號相乘后再作離散傅立葉變換(DFT，DiscreteFourier Transform)。傳統的LoRa解調方案雖然復雜度較低，但遠距離傳輸時，隨著接收信噪比的降低，該解調方案的誤碼性能將急劇下降。考慮到物聯網的應用需求、當前A/D等數字處理技術的迅速發展、現有DSP的處理能力遠高于LoRa解調的應用需求、以及部分學者針對譜峰搜索方法提出了新的快速算法，本發明面向信噪比惡化的傳輸條件，基于多倍帶寬采樣的思路，提出一種改進低信噪比條件下誤碼性能的LoRa解調方法。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于多倍帶寬采樣的LoRa信號解調方法，以改善遠距離傳輸時低信噪比條件下的LoRa信號解調的誤碼性能，同時改善存在同步偏移時LoRa信號解調的誤碼性能。

本發明通過以下技術方案實現：

一種改進誤碼性能的基于多倍帶寬采樣的LoRa解調方法，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。