[發明專利]一種高速傳輸的基于分數傅里葉變換的多路LoRa調制解調方法

在審

• 申請號: 202110315194.4
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113194053A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 張成文;王世鵬;焦利彬;史軍;索宏澤;岳佳;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: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26
• 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

本發明公開了一種高速傳輸的基于分數傅里葉變換的多路LoRa(MuLoRa)調制解調方法。分析單路LoRa的分數域譜特性，得到其分數域特性后，傳輸信息經過分數域調制得到LoRa的分數域離散譜；通過分數域調制得到單路LoRa分數域離散譜是線性獨立；所有單路LoRa分數域離散譜經過信息調制端的線性疊加運算和分數傅里葉逆變換得到MuLoRa的時域波形向外發送；接收端對MuLoRa信號單倍采樣后，得到各路LoRa信號疊加的時域離散信號；經過分數傅里葉變換得到各路信號所對應的分數域離散譜；通過譜峰檢測獲得各路信號對應的K_m，從而得到MuLoRa調制信號的原始傳輸信息。本發明用以解決目前LoRa技術傳輸速率有限的問題，也可為LoRa提供一種有效減少碰撞的多址接入方式。

技術領域

本發明屬于無線通信的物理層調制領域；具體涉及一種高速傳輸的基于分數傅里葉變換(FRFT)的多路LoRa(MuLoRa)調制解調方法。

背景技術

LoRa是semtech公司創建的低功耗局域網無線標準。LoRa的含義即為Long RangeRadio遠距離無線電，最大特點是在同樣的功耗條件下，比傳統的無線射頻通信距離大3～5倍，是目前最為火熱的物聯網(IoT，Internet ofThings)技術之一。LoRa主要在非授權頻段運行，其應用不需要依靠運營商的支持，可自建網絡部署，布設快、成本低。除了物聯網領域外，LoRa還可以被用于自組網、應急通信等領域。但是，LoRa的低功耗及遠距離傳輸是以犧牲數據傳輸速率為代價的，傳輸速率隨著傳輸距離的增加而降低，這對LoRa在未來更廣闊領域的應用造成了限制。隨著通信技術和人類社會的不斷發展，智能家居、車聯網、衛星物聯網等物聯網的應用場景也愈發多樣，如果能在保持LoRa遠距離、低功耗特性的同時，盡可能地提高信息傳輸速率，則會為LoRa提供在更廣闊場景應用的更大的可能性。因此，本發明以提高LoRa傳輸速率為目標，在限定功率及不使用額外時頻資源的條件下，提出一種提高原有LoRa傳輸速率的MuLoRa調制解調算法，在原有的LoRa時頻資源塊內同時傳輸多路LoRa信號，使信息傳輸速率得到成倍的提升。如果多路LoRa信號用于不同的終端用戶，則該多路復用方法也可做為多址接入方法。

物聯網是指通過各種硬件設備或軟件協議，實現物與物、物與人之間的廣泛連接，是最近幾年研究的熱點之一，有著廣闊的發展前景。而為了滿足物聯網的通信需求，出現了一系列的技術和協議：低功耗廣域網(LPWAN)，以盡可能低的功耗覆蓋盡可能廣的通信范圍。

目前，LPWAN技術主要有LoRa、SigFox、LTE-Cat-m、NB-IoT等。這些技術基本都具有低功耗、低成本等特點，所用頻段及技術各不相同。本專利主要涉及到提高LoRa傳輸速率的物理層調制技術。LoRa物理層使用的是一種基于線性調頻的頻移Chirp調制方式。線性調頻技術是一種不需要偽隨機編碼序列的擴展頻譜調制技術，頻帶寬度遠大于信號帶寬，所以可以獲得很大的系統處理增益，以其固有的優勢，在多個通信系統中得到了廣泛的應用。線性調頻信號也稱為Chirp信號，而LoRa所使用的頻移Chirp調制(FSCM)技術則是在其上發展而來，通過對基本Chirp信號的循環移位確定FSCM信號不同的起始頻率，進而攜帶需要傳輸的信息。

LoRa最早由法國公司Cycleo推出，后于2012年被Semtech公司收購，目前LoRa的專利也由Semtech公司擁有，專利文件中并沒有對詳細技術細節包括核心的調制技術進行描述。而現有文獻給出了嚴格的信號處理描述的調制與解調過程，同時說明LoRa調制在頻率選擇性衰落信道中具有一定的優越性?，F有文獻從時域和頻域兩方面對LoRa調制技術進行了分析，給出了時域信號的描述，證明只有當擴頻因子較大時，LoRa才能被認為是近似正交調制，并且LoRa信號的頻譜呈現菲涅爾積分特性。