一种移频啁啾扩频指数的调制与解调方法技术

本发明专利技术公开了一种移频啁啾扩频指数的调制与解调方法，该方法将多个啁啾信号叠加在一起的方式作为发射信号，且同时发射多个啁啾信号；啁啾信号的数量在不超过可调制符号总数的一半时，啁啾信号叠加的越多，数据速率提升的越高，通过同时发射多个啁啾信号以提高数据传输速率。在不改变SF的情况下，用同样的资源，调制更多的信息，以提高数据传输速率，增强通信性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
一种移频啁啾扩频指数的调制与解调方法


[0001]本专利技术涉及频移啁啾调制
，特别涉及一种移频啁啾扩频指数的调制与解调方法。

技术介绍

[0002]LoRa是目前最热门的远距离通信技术之一，其通信距离在空对空情况下最大可达十几公里。LoRa通信技术的通信距离远，得益于其优秀的物理层设计。根据Semtech公司SX1278官方芯片手册和LoRaWAN协议规范以及文献[1]对LoRa的物理层介绍可知，LoRa物理层采用加扰、汉明码、交织器、格雷码以及频移啁啾调制(Frequency Shift Chirp Modulation，FSCM)技术。
[0003]LoRa采用的FSCM技术属于线性调频扩频(Chirp Spread Spectrum，CSS)调制技术的一种。CSS调制技术具有很好的抗干扰和抗衰落特性，由于其对频率不敏感，同时也具有很好的抗多普勒特性
[2]，引起了国内外学者和产业界的广泛关注。
[0004]文献“T.Elshabrawy and J.Robert,“Interleaved Chirp Spreading LoRa
‑
Based Modulation,”in IEEE Internet of Things Journal,vol.6,no.2,pp.3855
‑
3863,Apr.2019”提出了一种基于LoRa的交错啁啾调制的方法，以名义上的LoRa啁啾信号的交错构成了一个新的多维空间，目的是在每个传输的ICS
‑
>LoRa符号中额外地增加一个比特，以提高容量有限的LoRa网络的数据速率。文献“M.Hanif and H.H.Nguyen,“Slope
‑
Shift Keying LoRa
‑
Based Modulation,”in IEEE Internet of Things Journal,vol.8,no.1,pp.211
‑
221,Jan.2021.”提出一种斜坡键控调制技术，利用线性变频下啁啾及其循环位移来生成第二组标准正交基函数，通过在现有的LoRa系统基础上增加一组新的标准正交基函数，来提高传统LoRa系统的可实现数据率。
[0005]但是上述这些方法数据传输速率提升有限，和标准LoRa相比都只是提高了一个比特数据，对于可用的最小扩频因子(SF＝7)，提升仅为14％。由于物联网应用需求的多变性，很多场景需要传输视频、图像等高速率数据流，而且无线传感网络的吞吐量易受碰撞、干扰的影响而急剧下降，在物理层上支持更高速率的通信方法。
[0006]鉴于此，需要一种移频啁啾扩频指数的调制与解调方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术实施例提供了一种移频啁啾扩频指数的调制与解调方法，以至少解决相关技术中数据传输速率不高的技术问题。
[0008]根据本专利技术实施例的一方面，提供了一种移频啁啾扩频指数的调制方法，包括：
[0009]将多个啁啾信号叠加在一起的方式作为发射信号，且同时发射多个啁啾信号；啁啾信号的数量在不超过可调制符号总数的一半时，啁啾信号叠加的越多，数据速率提升的越高。
[0010]可选地，所述发射信号的表达式为：
[0011][0012]上式中，s
m
[n]为m个啁啾信号组成得到的发射信号，m∈[0,2
Λ
‑1]，I
m
表示不同chirp组合的索引，n＝0,1,...,M
‑
1，M，M是FSCSS调制正交啁啾的数量，x
l
[n]为正交啁啾信号。
[0013]根据本专利技术实施例的另一方面，还提供了一种移频啁啾扩频指数的解调方法，包括：接收信号，根据需要对所述调制信号进行解调，所述解调包括：最优相干解调、最优非相干解调和次最优非相干解调。
[0014]可选地，接收到的信号y[n]为：
[0015]y[n]＝hx
m
[n]+w[n]，
[0016]其中，m是一个随机的符号值，h表示信道增益，w[n]是具有方差N0的零均值圆对称高斯白噪声，x
m
[n]为M个传统FSCSS调制正交啁啾外的其他的正交啁啾信号；
[0017]啁啾信号x
l
[n]彼此正交，于是有：
[0018][0019]可选地，x
m
[n]为M个传统FSCSS调制正交啁啾外的其他的正交啁啾信号的表达式为：
[0020][0021]其中，0≤n,m<M，x0[n]一个离散的chirp复信号。
[0022]可选地，所述最优相干解调包括：最优相干最大似然接收机首先将接收到的信号和一个下啁啾基信号关联，然后对相关输出执行DFT操作，并通过最大化DFT值的加权和来估计所传输的消息。
[0023]可选地，所述最优相干解调包括：
[0024]传输信息的最大似然估计旨在最大化对数似然函数，观测到的信号样本y＝{y[0],y[1],
…
,y[M
‑
1]}和信道信息h，信息m的似然函数由多元复高斯密度函数给出：
[0025][0026]其中，为一个复数的实部，常数C为：
[0027][0028]对式(10)两边取对数，并结合发射信号表达式，信息符号的最大似然估计为：
[0029][0030]最后，根据M个传统FSCSS调制正交啁啾外的其他的正交啁啾信号x
m
[n]得到：
[0031][0032]其中，l＝0,1,...,M
‑
1，R[l]是l索引处的离散傅里叶变换。
[0033]可选地，所述次最优非相干解调包括：
[0034]通过最大化似然函数f(m|y)＝E[f(m|y,h)]估计m，为计算f(m|y)首先要知道：
[0035][0036]其中，式(14)源于概率密度函数下的面积；
[0037]因此，
[0038][0039]其中，为常数C
′
为：
[0040][0041]用发射信号表达式结合式(15)，得到m的最大似然估计：
[0042][0043]最后，结合式x
l
[n]＝x0[l]x0[n]exp(j2πln/M)，得到：
[0044][0045][0046]可选地，所述次最优非相干解调包括：将接收到的信号先乘下啁啾基信号，再分别进行DFT，之后进行算法检测得到最后解映射取得解调符号
[0047]与现有的技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0048]本专利技术所提供的一种移频啁啾扩频指数的调制方法将指数调制(Index Modulation，IM)引入CSS通信，该方法将多个啁啾信号叠加在一起的方式作为发射信号，且同时发射多个啁啾信号；啁啾信号的数量在不超过可调制符号总数的一半时，啁啾信号叠加的越多，数据速率提升的越本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种移频啁啾扩频指数的调制方法，其特征在于，包括：将多个啁啾信号叠加在一起的方式作为发射信号，且同时发射多个啁啾信号；啁啾信号的数量在不超过可调制符号总数的一半时，啁啾信号叠加的越多，数据速率提升的越高。2.根据权利要求1所述的移频啁啾扩频指数的调制方法，其特征在于，所述发射信号的表达式为：上式中，s
m
[n]为m个啁啾信号组成得到的发射信号，m∈[0,2
Λ
‑1]，I
m
表示不同chirp组合的索引，n＝0,1,...,M
‑
1，M，M是FSCSS调制正交啁啾的数量，x
l
[n]为正交啁啾信号。3.一种移频啁啾扩频指数的解调方法，其特征在于，包括：接收信号，根据需要对所述调制信号进行解调，所述解调包括：最优相干解调、最优非相干解调和次最优非相干解调。4.根据权利要求3所述的移频啁啾扩频指数的解调方法，其特征在于，接收到的信号y[n]为：y[n]＝hx
m
[n]+w[n]，其中，m是一个随机的符号值，h表示信道增益，w[n]是具有方差N0的零均值圆对称高斯白噪声，x
m
[n]为M个传统FSCSS调制正交啁啾外的其他的正交啁啾信号；啁啾信号x
l
[n]彼此正交，于是有：5.根据权利要求4所述的移频啁啾扩频指数的解调方法，其特征在于，x
m
[n]为M个传统FSCSS调制正交啁啾外的其他的正交啁啾信号的表达式为：FSCSS调制正交啁啾外的其他的正交啁啾信号的表达式为：其中，0≤n,m<M，x0[n]一个离散的chirp复信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈梁远，黎大健，周柯，赵坚，张磊，王晓明，余长厅，李锐，饶夏锦，潘绍明，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：