[發明專利]雙倍對角矩陣交織器及LoRa通信系統

在審

• 申請號: 202210425552.1
• 申請日: 2022-04-21
• 公開（公告）號: CN114938230A
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 梁奇豪
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: H03M13/27
• 分類號: H03M13/27;H03M13/11;H04L1/00;H04W28/04
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅;黃帥

本發明公開了一種雙倍對角矩陣交織器及LoRa通信系統，該交織器將2×SF個漢明碼碼字按對角線順序隔空放入SF×2CR的矩陣中，之后將每一列取出的SF個比特調制成LoRa符號發送，連續兩個LoRa符號中的比特都來自不同的漢明碼碼字；其中CR表示漢明碼碼字的長度。本發明可以在應對具有相同擴頻因子的LoRa干擾信號時，有效地提高LoRa通信系統的誤碼率性能。

技術領域

本發明屬于交織器技術領域，具體涉及一種雙倍對角矩陣交織器及LoRa通信系統。

背景技術

隨著萬物互聯概念的提出，智能設備的聯網成為了關注的重點。目前，物聯網技術主要分為兩類，一類為短距離通信技術，例如Wi-Fi、藍牙，ZigBee等，但由于通信距離短、功耗高的缺點，無法應用于工業和農業等需要大規模部署且需要低成本維護的應用場景。因此，為了解決物聯網發展所遇到的問題，低功耗廣域網(Low Power Wide Area Network，LPWAN)技術慢慢進入了大家的視野。

LoRa是低功耗廣域網(low power wide area networks，LPWAN)通信技術的一種。目前LPWAN技術主要有LoRa、SigFox、LTE、Cat-m和NB-IoT等，LoRa相比于其他的LPWAN技術，不僅成本低，部署靈活，還具有良好的抗多普勒性能，更為重要的是LoRa可以通過增大或減小擴頻因子(SF)對傳輸距離、接收靈敏度、傳輸速率上進行靈活的調整。正因為這些優點，LoRa逐漸被重視，其已經成為最有前途、最受歡迎的LPWAN技術之一。

目前，LoRa在許多方面得到應用，例如智慧農業、智慧工廠、智能社區等等，但隨著LoRa通信系統及終端節點的增加，不可避免地會出現LoRa信號之間的互相干擾。對于不同擴頻因子的LoRa信號，這種干擾要遠小于相同信噪比下的高斯白噪聲干擾，但對于相同擴頻因子的LoRa信號，這種干擾要高于相同信噪比下的高斯白噪聲干擾，從而導致LoRa誤碼率性能的下降。

然而目前對此問題的研究多停留在分析LoRa相同擴頻因子干擾下誤碼率性能，或者在LoRa的應用層上對LoRa的參數進行合理分配。例如對LoRa信號之間的干擾進行了誤碼率性能的研究與仿真，既包括相同擴頻因子的LoRa信號干擾，也包括不同擴頻因子的LoRa信號干擾；再如使用黃金分割搜索和拋物線插值來優化LoRaWAN系統在高密度智慧城市交通環境的傳輸參數，對擴頻因子(SF)的優化分布方法不僅顯著提高了成功率，而且使更多節點能夠使用更低的散布，從而降低延遲；又如對接收機的算法進行優化改進，以此來減少相同擴頻因子的LoRa信號干擾。但目前幾乎還沒有針對此問題對LoRa的物理層進行研究。

LoRa的物理層由漢明編碼、交織器、加擾、格雷編碼技術以及頻移啁啾調制(FSCM)技術組成，如圖1所示。

其中，漢明碼：LoRa采用漢明碼編碼，漢明碼編碼算法簡單，復雜度低，在LoRa協議規范中，有四種碼率(CR)：4/5，4/6，4/7，4/8，可供自由選擇，值得注意的是只有4/7和4/8碼率的具有糾錯功能，且只能糾錯一位，其中4/8碼率的可以糾錯一位，檢測兩位錯誤。

交織器：交織器本質上就是一個數據置亂器，其作用是將一個輸入序列打亂后進行輸出，具體如圖2所示。將輸入序列設為X，長度為n，其地址N＝1,2,…N，出序列設為Y，則輸入序列的每個元素對應在Y中的地址M可以由以下表達式計算出：

M＝F_π(N)

其中F_π是交織器的交織函數，對應的解交織可以用如下公式表示：

N＝F_u(M)

其中F_u為解交織函數。