一种多天线物联网信息传输方法技术

本发明专利技术公开一种多天线物联网信息传输方法，LoRa调制信号采用时空编码方式，以两根天线发送，两根天线接收的形式传输信号，即增加了发送端和接收端的分集度、获得分集增益，能够大大改善LoRa调制信号在瑞利信道上传输的可靠性，现有的LoRa技术本身就是一个新技术，它的特点在于采用了CSS扩频调制技术以及采用可调整的扩频因子来实现自适应的数据速率，但是LoRa调制信号在进入瑞利信道后，受到瑞利衰落的影响比较明显。通过在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，再结合LoRa传输技术的新型传输方式，从而改善通信质量，能够有效地抵抗瑞利衰落，更好地保证了传输的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种多天线物联网信息传输方法
本专利技术涉及低功耗广域网传输
，尤指一种多天线物联网信息传输方法。
技术介绍
现今，物联网正迅猛地发展，前景一片大好，同时物联网技术正悄然改变着我们的生活。在物联网中，低功耗广域网成为比较受追捧的一项技术。低功耗广域网中包含许多种技术：LoRa、SigFox、TELESA、INGENU。SigFox采用的是UNB的调制技术，传输范围广，但网络吞吐量不足，相比于SigFox，LoRa虽然传输距离没有SigFox的广，但是其网络的吞吐量大大提高。显然，LoRa更加具有商业价值，成为开发者所青睐的一门技术。LoRa采用了CSS调制方法，使信号在传输时更加具有鲁棒性。扩频因子的改变使LoRa拥有独一无二的特点：自适应数据速率。在长距离传输时，使用的是高扩频因子同时降低数据速率；在短距离传输时，使用的是低扩频因子同时提高数据速率。在传输过程中，自适应数据速率增大了网络的容量，使更多的数据能够在信道中传输。不仅如此，LoRaWAN的其中一大优势就是能够实现长距离的传输，采用LoRa调制技术能够使传输距离在3km左右。LoRa使用的CSS的扩频调制方法虽然在一定程度上能够抗干扰，但经过瑞利信道之后，传输的可靠性受很大的影响。这使得LoRa在无线信道上传输时容易发生误码，从而影响LoRa在市场中的应用。因此，LoRa传输面临的问题就是如何LoRa调制信号在经过瑞利信道之后，保证其传输的可靠性。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种多天线物联网信息传输方法，LoRa调制信号采用时空编码方式，以多根天线发送，多根天线接收的形式传输信号，即增加了发送端和接收端的分集度、获得分集增益，能够大大改善LoRa调制信号在瑞利信道上传输的可靠性。为实现上述的目的，本专利技术采用的技术方案为：一种多天线物联网信息传输方法，在发送端和接收端使用两根以上的天线，其传输步骤包括：A.LoRa信号调制，得到传输信号Tx；B.将得到的传输信号Tx分组进行时空分组编码；C.将进行编码后的信号加入加性高斯白噪声，并在瑞利信道上传输；D.对步骤C得到的信号进行最大似然估计，得到信号Rx；E.将信号Rx进行解调，得到接收信号x’。具体地，步骤A中，LoRa信号调制包括以下步骤：a1.将所要发送的信号x进行扩频处理得到扩频信号Spread；a2.将扩频信号Spread与upchirp信号相乘，得到需要传输的信号Tx；上述方案中，将发送的调制信号x与upchirp信号进行相乘，得到扩频信号，这种扩频信号可以提高传输抗干扰性，在信道上也难以被检测；同时通过改变信号的扩频因子，能够调整LoRa信号传输的数据速率，LoRa信号的扩频因子范围为7-12。低扩频因子用于短距离的传输，传输的数据速率高；高扩频因子用于长距离传输，传输速率低。具体地，步骤B中，将传输信号Tx进行时空分组编码的步骤如下：b1.在Tx信号中每两个比特以的形式，分为若干个传输块；b2.将若干个Tx信号传输块中，代表一个比特信息的块提取出来，进行矩阵数据处理，形成第一对角矩阵，形式如下：其中i＝1,2,3,…。具体地，步骤C的具体方式如下：d1.产生一个瑞利信道，产生一系列随机数，这些随机数均满足复高斯分布，以每4个数据为一个数据块，将数据块处进行阵数据处理，形成第二对角矩阵，形式如下：其中i＝1,2,3,…；d2.产生加性高斯白噪声，产生一系列随机数，这些随机数均满足复高斯分布，以每4个数据为一个数据块，将数据块处进行阵数据处理，形成第三对角矩阵，形式如下：其中i＝1,2,3,…第一对角矩阵、第二对角矩阵的维度和第三对角矩阵纬度一致；d3.将第一对角矩阵、第二对角矩阵、第三对角矩阵以Hi*Si+Vi的方式传输，得到接收信号。具体地，步骤D中，对步骤C得到的接收信号进行最大似然估计的方法如下：d1.将LoRa的多天线传输中的合法码字x1和x2列出；d2.再将接收到的若干个矩阵分别与这两种合法码字进行比对，形式如下：Yi与哪一个合法码字最接近，Yi就被判定为哪一个合法码字，从而得到信号Rx。具体地，步骤E中，信号Rx解调方法如下：e1.将Rx信号与downchirp信号相乘，得到Spread’信号；e2.将Spread’信号进行解扩，得到接收信号x’。本专利技术的有益效果在于：LoRa调制信号采用时空编码方式，以多根天线发送，多根天线接收的形式传输信号，即增加了发送端和接收端的分集度、获得分集增益，能够大大改善LoRa调制信号在瑞利信道上传输的可靠性，现有的LoRa技术本身就是一个新技术，它的特点在于采用了CSS扩频调制技术以及采用可调整的扩频因子来实现自适应的数据速率，但是LoRa调制信号在进入瑞利信道后，受到瑞利衰落的影响比较明显。通过在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，再结合LoRa传输技术的新型传输方式，从而改善通信质量，能够有效地抵抗瑞利衰落，更好地保证了传输的可靠性。附图说明图1是本专利技术流程示意图；图2是本专利技术传输方法的结果仿真图。具体的实施方式如图1所示，本具体实例一种多天线物联网信息传输方法，在发送端和接收端使用两根以上的天线，其传输步骤包括：A.LoRa信号调制，得到传输信号Tx；B.将得到的传输信号Tx分组进行时空分组编码；C.将进行编码后的信号加入加性高斯白噪声，并在瑞利信道上传输；D.对步骤C得到的信号进行最大似然估计，得到信号Rx；E.将信号Rx进行解调，得到接收信号x’。下面通过具体的实施例对本专利技术作进一步说明。1)随机产生一组数据，如产生一个2比特的数据[10]；对这一组数据进行扩频，若设置的扩频因子为7，则说明一个比特要用27个symbol来表示，扩频后数据spread有256个比特，spread信号为：[111…1000…0]2)将扩频后的spread信号与upchirp信号相乘得到Tx信号,并对该信号做功率归一化，其中Tx信号为：[110.9988+0.0491i…-0.9988-0.0491i-1-1-0.9988-0.0491i…0.9988+0.0491i]归一化后的信号tx为：0.08840.08840.0883+0.0043i…-0.0883-0.0043i]-0.0884-0.0884-0.0883-0.0043i…0.0883+0.0043i]3)将tx信号的每两比特数据看作一个传输块，并对此传输块进行的处理。如第一个数据块为[0.08840.0884],进行处理之后变成传输块为以此类推，处理后，将代表原始数据一个比特信息的传输块，处理为第一对角矩阵。如S1对应着第一个比特的信息。对于瑞利信道和噪声，产生一系列随机数，这些随机数均满足复高斯分布。瑞利信道以每4个数为一个数据块，将数据块处理为第二对角矩阵，如H1为：同理，加性高斯白噪声数据处理后得到的第三对角矩阵，如V1为：4)得到接收信号这里需要对发射功率进行归一化。5)对接收信号进行归一化处理。首先需要生成LoRa传输的合法码字，LoRa传输的合法码字共有2种。他们分别是x1＝[upchirp]x2＝[-upchirp]将接收到的两个接收数据块与合法码字进行比对。传输是成功的话，那么Y1和x1最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多天线物联网信息传输方法，其特征在于，在发送端和接收端使用两根以上的天线，其传输步骤包括：A.LoRa信号调制，得到传输信号Tx；B.将得到的传输信号Tx分组进行时空分组编码；C.将进行编码后的信号加入加性高斯白噪声，并在瑞利信道上传输；D.对步骤C得到的信号进行最大似然估计，得到信号Rx；E.将信号Rx进行解调，得到接收信号x’。

【技术特征摘要】
1.一种多天线物联网信息传输方法，其特征在于，在发送端和接收端使用两根以上的天线，其传输步骤包括：A.LoRa信号调制，得到传输信号Tx；B.将得到的传输信号Tx分组进行时空分组编码；C.将进行编码后的信号加入加性高斯白噪声，并在瑞利信道上传输；D.对步骤C得到的信号进行最大似然估计，得到信号Rx；E.将信号Rx进行解调，得到接收信号x’。2.根据权利要求1所述的一种多天线物联网信息传输方法，其特征在于，步骤A中，LoRa信号调制包括以下步骤：a1.将所要发送的信号x进行扩频处理得到扩频信号Spread；a2.将扩频信号Spread与upchirp信号相乘，得到需要传输的信号Tx。3.根据权利要求1所述的一种多天线物联网信息传输方法，其特征在于，步骤B中，将传输信号Tx进行时空分组编码的步骤如下：b1.在Tx信号中每两个比特以的形式，分为若干个传输块；b2.将若干个Tx信号传输块中，代表一个比特信息的块提取出来，进行矩阵数据处理，形成第一对角矩阵，形式如下：其中i＝1,2,3,…。4.根据权利要求3所述的一种多天线物联网信息传输方法，其特征在于，步骤C的具体方式如下：d1.产生一个瑞利信道，产生一系列随机数，这些随...

【专利技术属性】
技术研发人员：张沛昌，黄磊，孙维泽，何春龙，许家俊，王一波，杨丽鲜，罗泉，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44