一种Chirp调制信号的信道估计和均衡方法技术

本发明专利技术涉及一种Chirp调制信号的信道估计和均衡方法，属于物联网技术领域。在Chirp信号收发过程中，由于Chirp信号的调制特点，接收机接收到的信号幅度是固定的，使用自动增益(AGC)控制即可完成时域均衡处理，但这样不方便对接收到的时域Chirp信号直接进行信道估计和均衡。因此在本发明专利技术中，将首先对收到的时域Chirp信号进行快速傅里叶变换，将时域Chirp信号变换到频域进行信道估计和均衡，这有利于解决无线信道中的频率选择性衰落问题。

A channel estimation and equalization method for chirp modulation signal

【技术实现步骤摘要】
一种Chirp调制信号的信道估计和均衡方法
本专利技术属于物联网
，涉及一种Chirp调制信号的信道估计和均衡方法。
技术介绍
调频扩展频谱(ChirpSpreadSpectrum，CSS)是扩频通信中一种重要的扩频方式。Chirp信号在一个符号周期内瞬时频率随时间线性变化，具有良好的自相关特性，是一种典型的扩频信号。由于Chirp信号脉冲压缩对频偏、多普勒频移具有很强的免疫性，多径分辨力高，发射信号的峰均功率比较小，并且CSS通信系统具有抗干扰能力强，对频偏、多普勒频移不敏感，系统复杂度和功耗都很低等优势，因此被广泛应用到各种物联网系统中。在以往的CCS通信系统中，由于Chirp信号占据的无线带宽较窄，一般只有几百赫兹，影响Chirp信号接收性能的因素主要有信号功率及多径，因此可以认为Chirp信号的传输过程中不存在频率选择性衰落问题。在CCS通信系统中，一般只存在用于帧同步的前导Chirp(亦称：PreambleChirp)符号和直接调制数据的Chirp符号，其中的前导Chirp主要用于数据传输过程中的帧同步，便于接收端搜索数据帧的起始位置，不考虑用于信道估计。由于在以往的窄带CCS通信系统中，Chirp符号工作带宽小，不需要进行频率选择性衰落处理，因此在传输数据符号时无需插入导频符号。由于近几年物联网通信的发展，人们对物联网通信也提出了更高要求。得益于硬件技术发展，Chirp信号处理能力也得到加强。Chirp符号带宽由原来几十到几百千赫兹发展到目前的几兆赫兹，并且由于物联网系统中CCS通信环境比较复杂，传输距离远，信号衰落比较大且干扰严重，如果不考虑传输过程中的频率选择性衰落问题，将很难体现宽带Chirp传输的优势。硬件技术的发展提高了Chirp接收机的性能，Chirp信号的接收处理可分成射频接收和基带信号处理两部分，为Chirp信号进行信道均衡提供了有利的条件。本专利技术就是针对目前物联网应用中宽带Chirp信号存在的频率选择性衰落问题提出的一种解决方案。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种Chirp调制信号的信道估计和均衡方法。该接收机由射频接收模块和基带信号处理模块组成。射频模块接收到无线Chirp信号后下变频到Chirp模拟基带信号，然后进行模数转换(简称：ADC)，将模拟信号变换成数字信号形成相位正交的基带数据(简称：IQ数据)，再发送到基带信号处理模块。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种Chirp调制信号的信道估计和均衡方法，该方法包括以下步骤：第一：Chirp信号的频域信道估计过程如果接收机接收到的Chirp信号是承载同步的前导Chirp符号，则在本地生成相同的Chirp频域数据，使用本地生成的Chirp频域数据和接收到的前导Chirp频域数据进行信道估计，估计出Chirp信号的每个频点信道特征，记为H[i]；其中i表示每个频点的编号；如果存在多个前导Chirp符号，频域信道特征采用每个前导Chirp信道估算所得H的平均值；记为其中表示每个频点的信道特征，H[i][j]表示第j个前导Chirp符号上第i个频点的信道特征；第二：Chirp信号的频域信道均衡过程如果接收机接收到的Chirp信号是用于承载业务的Chirp数据符号，频域数据记为data_Chirp_F[i],其中i的取值范围0,1,2,...,N-1，则将该Chirp符号的频域均衡结果记为data_Chirp_Eq_F[i]，计算公式如下：其中()*表示共轭操作，然后对data_Chirp_Eq_F进行Chirp符号判决处理。可选的，所述Chirp信号的频域信道估计过程包括以下步骤：步骤11：射频模块接收到的前导数据后，经过数模转换(简称：ADC)将模拟Chirp信号变为数字Chirp信号；每个Chirp符号的调制时间长度是固定的，假设为T秒，ADC的抽样速率为R点/秒,则每个数字Chirp符号的长度为N＝TxR点；基带信号处理模块将接收到的完整Chirp前导进行N点的FFT变换，得到N点Chirp频域数据，记为pilot_Chirp_F[i],i的取值范围0,1,2,...,N-1；步骤12：在本地生成上Chirp和下Chirp的频域数据，频域离散点数为N；用Chirp符号公式生成一个离散的N点Chirp符号数据，然后对这N个数据进行N点FFT变换，生成本地Chirp符号的频域数据，记为local_Chirp_F[i],i的取值范围0,1,2,...,N-1；步骤13：使用接收到的前导Chirp符号数据进行频域信道估计，记为H[i],其中i的取值范围0,1,2,...,N-1；则在每个频域点得出的信道特征为H[i]＝pilot_Chirp_F[i]/local_Chirp_F[i]；步骤14：在多个前导Chirp符号的场景中，根据步骤1到步骤3方法，分别计算出每个前导对应的频域信道特征，记为H[i][j]，表示第j个Chirp符号在频点i的信道特征，其中i的取值范围0,1,2,...,N-1，j的取值范围0,1,2,...,L-1,L为前导Chirp符号的个数；最终估算得到Chirp信号在频域的信道特征为可选的，所述Chirp信号的频域信道均衡过程包括以下步骤：步骤21：射频模块接收到的Chirp信号是数据符号，Chirp信号在射频模块首先进行ADC变换，将模拟信号变换成数字信号；假设每个Chirp符号的时间长度为T秒，ADC的抽样速率为R点/秒,则每个数字Chirp符号的长度为N＝TxR点；然后对数字Chirp符号进行N点的FFT变换，得到频域的Chirp符号数据，记为data_Chirp_F[i],其中i的取值范围0,1,2,...,N-1；步骤22：利用前导Chirp符号估算出的频域信道特性进行信道均衡，计算公式为：即用接收到Chirp符号的频域数据乘以信道特征的共轭；步骤23：在基带信号处理模块中，对data_Chirp_Eq_F进行Chirp解调，得到Chirp符号承载的数据内容。本专利技术的有益效果在于：第一：在以往CCS通信系统中，由于Chirp调制带宽比较小，仅仅只有几十千赫到几百千赫，所以基本不用考虑Chirp通信系统中存在的频率选择性衰落问题。但是目前在实际应用中Chirp符号占用的带宽越来越大，已经达到了几兆赫兹，频率选择性衰落对Chirp信号的解调影响也越来越大。本专利技术针对这一问题提出了宽带Chirp信号进行频域信道估计和均衡的方法。第二：在Chirp信号收发过程中，由于Chirp信号的调制特点，接收机接收到的信号幅度是固定的，使用自动增益(AGC)控制即可完成时域均衡处理，但这样不方便对接收到的时域Chirp信号直接进行信道估计和均衡。因此在本专利技术中，将首先对收到的时域Chirp信号进行快速傅里叶变换，将时域Chirp信号变换到频域进行信道估计和均衡，这有利于解决无线信道中的频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Chirp调制信号的信道估计和均衡方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：/n第一：Chirp信号的频域信道估计过程/n如果接收机接收到的Chirp信号是承载同步的前导Chirp符号，则在本地生成相同的Chirp频域数据，使用本地生成的Chirp频域数据和接收到的前导Chirp频域数据进行信道估计，估计出Chirp信号的每个频点信道特征，记为H[i]；其中i表示每个频点的编号；/n如果存在多个前导Chirp符号，频域信道特征采用每个前导Chirp信道估算所得H的平均值；记为

【技术特征摘要】
1.一种Chirp调制信号的信道估计和均衡方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
第一：Chirp信号的频域信道估计过程
如果接收机接收到的Chirp信号是承载同步的前导Chirp符号，则在本地生成相同的Chirp频域数据，使用本地生成的Chirp频域数据和接收到的前导Chirp频域数据进行信道估计，估计出Chirp信号的每个频点信道特征，记为H[i]；其中i表示每个频点的编号；
如果存在多个前导Chirp符号，频域信道特征采用每个前导Chirp信道估算所得H的平均值；记为其中表示每个频点的信道特征，H[i][j]表示第j个前导Chirp符号上第i个频点的信道特征；
第二：Chirp信号的频域信道均衡过程
如果接收机接收到的Chirp信号是用于承载业务的Chirp数据符号，频域数据记为data_Chirp_F[i],其中i的取值范围0,1,2,...,N-1，则将该Chirp符号的频域均衡结果记为data_Chirp_Eq_F[i]，计算公式如下：



其中()*表示共轭操作，然后对data_Chirp_Eq_F进行Chirp符号判决处理。


2.根据权利要求1所述的一种Chirp调制信号的信道估计和均衡方法，其特征在于：所述Chirp信号的频域信道估计过程包括以下步骤：
步骤11：射频模块接收到的前导数据后，经过数模转换(简称：ADC)将模拟Chirp信号变为数字Chirp信号；每个Chirp符号的调制时间长度是固定的，假设为T秒，ADC的抽样速率为R点/秒,则每个数字Chirp符号的长度为N＝TxR点；
基带信号处理模块将接收到的完整Chirp前导进行N点的FFT变换，得到N点Chirp频域数据，记为pilot_Chirp_F[i],i的取值范围0,1,2,...,N-1；
步骤12：在本地生成上Chirp和下Chirp的频域数据，频域...

【专利技术属性】
技术研发人员：段红光，郑建宏，罗一静，王月，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50