[發(fā)明專利]一種LoRa空口數(shù)據(jù)的解調(diào)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110312251.3
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113099487B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 雷芳;陳博;徐勇軍;陳發(fā)堂;王華華;楊黎明;王丹;李貴勇;呂京昭;方澤圣;秦紅;李思遠(yuǎn);梁澤乾
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號: H04W28/02
• 分類號: H04W28/02;H04W56/00;H04B1/69
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務(wù)所 50215
• 代理人: 盧勝斌

本發(fā)明屬于低功耗廣域網(wǎng)LoRa技術(shù)領(lǐng)域，涉及LoRa物理層的通信鏈路流程、數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)和LoRa擴(kuò)頻技術(shù)，具體涉及一種LoRa空口數(shù)據(jù)的解調(diào)方法，包括將從羅德儀表獲取的LoRa數(shù)據(jù)進(jìn)行同步，提取LoRa空口數(shù)據(jù)中有效載荷部分的調(diào)制數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)解調(diào)得有效核載部分的比特流；本發(fā)明針對數(shù)據(jù)包前導(dǎo)的特點(diǎn)，提出LoRa空口數(shù)據(jù)的同步算法；并使用該同步算法，實(shí)現(xiàn)對LoRa空口數(shù)據(jù)的同步和解調(diào)，本方法在誤碼率低于0.01時，LoRa調(diào)制技術(shù)擴(kuò)頻因子增加1，抗噪聲性能大約提高3dB；糾錯碼率為4/5，抗噪聲性能大約提高1dB，效果最優(yōu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于低功耗廣域網(wǎng)LoRa技術(shù)領(lǐng)域，涉及LoRa物理層的通信鏈路和調(diào)制解調(diào)技術(shù)，具體涉及一種LoRa空口數(shù)據(jù)的解調(diào)方法。

背景技術(shù)

近年來，智能設(shè)備的蜂擁而起，先后涌現(xiàn)了一系列的無線通信技術(shù)，被大規(guī)模應(yīng)用于各個行業(yè)各種應(yīng)用場景。其中，在廣域網(wǎng)通信技術(shù)中，LoRa是一種前景比較好的低功耗廣域網(wǎng)(Low Power Wide Area Network，LPWAN)技術(shù)，主要應(yīng)用于具有低功耗、遠(yuǎn)距離特點(diǎn)的應(yīng)用場景，如智能抄表、智慧農(nóng)業(yè)等。

LoRa技術(shù)是由美國Semtech公司開發(fā)的一種擴(kuò)頻技術(shù)，融合了數(shù)字?jǐn)U頻、數(shù)字信號處理及前向糾錯編碼等技術(shù)。與傳統(tǒng)擴(kuò)頻技術(shù)相比，LoRa技術(shù)增加了鏈路預(yù)算和對帶內(nèi)干擾的抗干擾能力，擴(kuò)大了無線通訊鏈路的通信范圍。

目前，在LoRa設(shè)計指南以及一些官方資料中，沒有給出物理層LoRa數(shù)據(jù)包的調(diào)制解調(diào)技術(shù)及詳細(xì)的通信鏈路流程，僅有一些文獻(xiàn)提到LoRa調(diào)制解調(diào)技術(shù)的原理及物理層通信系統(tǒng)流程框圖。但是由于這些理論并沒有通過實(shí)際的LoRa空口數(shù)據(jù)去驗證，本發(fā)明主要結(jié)合文獻(xiàn)和羅德儀表的LoRa技術(shù)，對LoRa物理層進(jìn)行更詳細(xì)更完整的說明，并實(shí)現(xiàn)對采集羅德儀表的LoRa空口數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)解調(diào)。

發(fā)明內(nèi)容

為了能對LoRa空口數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)，本發(fā)明提出一種LoRa空口數(shù)據(jù)的解調(diào)方法，包括將從空口獲取的LoRa數(shù)據(jù)進(jìn)行同步，提取LoRa數(shù)據(jù)中Payload(有效核載)部分LoRa調(diào)制數(shù)據(jù)，對Payload數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)得Payload部分的比特數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，根據(jù)LoRa數(shù)據(jù)包前導(dǎo)的功能和特點(diǎn)，并使用同步算法從羅德儀表獲取的LoRa空口數(shù)據(jù)進(jìn)行同步及解調(diào)的具體包括以下步驟：

S1、通過檢測信號強(qiáng)度RSSI或檢測信號頻率突變邊緣或者兩者的結(jié)合來判斷LoRa信號的到來；

S2、通過LoRa解調(diào)算法，持續(xù)解調(diào)步驟S1檢測到的LoRa空口數(shù)據(jù)，直到解出3個連續(xù)相同的符號，并記錄此時的解調(diào)K值；

S3、對檢測到的數(shù)據(jù)前移K個點(diǎn)，再繼續(xù)持續(xù)解調(diào)信號直到出現(xiàn)3個連續(xù)符號為0、同步字1、同步字2，則同步成功并進(jìn)行步驟S4；否則繼續(xù)執(zhí)行步驟S1～S2；

S4、在檢測3個連續(xù)符號為0、同步字1、同步字2，對同步信號向后偏移2.25個Downchirp信號，得有效載荷Payload部分；

S5、根據(jù)羅德儀表配置LoRa數(shù)據(jù)的參數(shù)，計算出Payload及Payload CRC的長度，得到其進(jìn)行編碼后的n個符號；

S6、采用LoRa解調(diào)算法，解調(diào)計算得到的n個Payload符號。

進(jìn)一步的，LoRa解調(diào)算法包括以下步驟：

在接收端應(yīng)對先接收數(shù)據(jù)去載頻處理，得基帶LoRa調(diào)制信號其中包含噪聲n(t)；

利用與LoRa調(diào)制算法相對的μ為-1時且調(diào)制信息K值為0的Downchirp信號對信號進(jìn)行相乘得信號sr(n)；

對信號sr(n)的碼片的行向量進(jìn)行離散快速傅里葉變化得到其頻譜y(n)；