基于LoRa分段解调的多径抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于LoRa分段解调的多径抑制方法，经过调制的LoRa信号经过多径信道后，该多径抑制方法对接收信号进行非相干解调的同时，将接收信号进行分段，然后分别进行非相干解调，将接收信号解调输出和分段解调输出进行做差，能够在解调域上对多径信号部分的幅值进行抑制，降低判决错误概率。本发明专利技术公开的多径抑制方法能够有效降低多径干扰带来的检测误码率，降低LoRa无线通信中多径干扰造成的性能衰减；该多径抑制方法复杂度低，不需要进行复杂的信道估计，同时能够适应时变信道。同时能够适应时变信道。同时能够适应时变信道。

【技术实现步骤摘要】
基于LoRa分段解调的多径抑制方法


[0001]本专利技术涉及扩频通信和物联网相关
，具体涉及一种基于LoRa分段解调的多径抑制方法。

技术介绍

[0002]LoRa(Long Range)是用于创建远程通信链路的无线调制技术，源自于啁啾扩频(Chirp Spread Spectrum,CSS)通信，能够实现长距离、低功耗和安全的数据传输。因其通信距离长且抗干扰能力强，Chirp扩频技术已在军事和空间通信领域应用了数十年。LoRa采用频移Chirp扩频调制(Frequency Shift Chirp Modulation,FSCM)技术，保持了与FSK调制相同的低功率特性，显著增加了通信范围，是首个用于商业用途的低成本实现方案。LoRaWAN是基于LoRa物理层调制技术的通信协议和系统架构，提供一种长距离、低功耗的物联网通信平台，专门为需要长时间工作，能在不同环境实现中远距离发送数据的传感器和应用而设计。LoRa技术可应用于智慧城市、家居和建筑、社区、农业、计量和公用事业、医疗保健、环境以及供应链和物流等应用场景。传统的蜂窝、蓝牙等网络技术要么需要高带宽或高功率，要么覆盖范围有限或无法深入室内环境，而LoRa的出现弥补了传统网络技术在这些应用领域内的技术空白。
[0003]由于室内、城市等通信场景下的复杂环境，发送信号会经过反射、折射等多条路径进行传播，导致多径效应。多径效应产生的符号间干扰(Inter Symbol Interference,ISI)将导致信号衰落和相移，影响信号传输质量，无线通信中利用扩频、Rake接收机、信道编码、交织、均衡和分集等技术消除由多径产生的干扰。LoRa技术通过提高信号带宽换取较低的信噪比，实现较高的接收机灵敏度，对抗多径干扰，提高通信覆盖范围，另外LoRa调制中可以采用前向错误编码(Forward Error Correction,FEC)和交织等技术来进一步提高鲁棒性。但是在一些室内环境，比如室内工业、体域网通信中障碍物较多，信号传播多呈现出密集多径的特点，而密集多径的信道估计方法不够完善，利用均衡和分集等技术会增加系统的计算复杂度，甚至增加通信设备的能耗。因此，寻求低成本消除多径的有效技术是研究人员一直所关注的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了降低LoRa无线通信中多径干扰造成的性能衰减，提供一种基于LoRa分段解调的多径抑制方法，该方法能适应时变信道，而且具有低复杂度的特点。
[0005]本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：
[0006]一种基于LoRa分段解调的多径抑制方法，所述多径抑制方法包括以下步骤：
[0007]非相干解调：接收端对经过信道传输的接收信号进行同步，将同步后的接收信号r(k)乘上基信号的共轭然后进行离散傅里叶变换，再取绝对值，得到接收信号的非相干解调输出X
q
，其中，所述基信号为LoRa符号为0时对应的LoRa调制信号，LoRa符号为二进制信源映射成的多进制符号，LoRa调制信号为LoRa符号经过LoRa调制后的时域信号；
[0008]分段解调：在对接收信号进行非相干解调的同时，接收端将接收信号r(k)进行分段，然后对每个分段的信号进行非相干解调；
[0009]联合解调：接收端进行联合解调，将各个分段的解调输出进行做差，消除分段解调输出中的直达径信号部分，分离出多径信号的解调输出，然后用接收信号解调输出减去分离出的多径信号的解调输出，取绝对值后得到联合解调输出，然后进行LoRa符号的判决，其中，所述LoRa符号的判决是进行检测联合解调输出的最大幅值，最大幅值出现位置的索引即判决为接收到的LoRa符号。
[0010]进一步地，所述非相干解调中同步后的接收信号是经过多径信道的接收信号，可以建模成如下公式：
[0011][0012]其中h0表示直达径衰减，x
a
(k)为发送的LoRa调制信号，L表示多径数目，i表示路径序号，h
i
和k
i
表示第i条路径的衰减和时延，记I＝{k
i
,i＝1,
…
,L
‑
1}为多径干扰的时延集合，δ(k
‑
k
i
)表示时延为k
i
的冲激函数。接收信号可分为两部分，直达径信号部分和多径信号部分，直达径信号部分的时延为0，多径信号部分中的每一径都与直达径信号部分存在一定的时延。
[0013]进一步地，所述非相干解调是接收端将经过同步后的接收信号r(k)乘上基信号的共轭然后进行离散傅里叶变换，再取绝对值，得到接收信号的解调输出X
q
，计算公式如下：
[0014][0015]其中，表示基信号的共轭，DFT[
·
]表示离散傅里叶变换。由于LoRa调制信号属于扩频信号，将接收信号乘上的目的是为了解扩，相乘完的信号是一个单频信号，而且信号的频率与发送LoRa符号有关。做离散傅里叶变换的目的是为了将单频信号的检测转换到频域上，单频信号经过离散傅里叶变换之后形成一个冲激信号，通过检测这个冲激信号的位置可判断出发送的LoRa符号。
[0016]进一步地，所述分段解调中分段采取均分的原则，分段的数量为2的整数次幂，分段后的接收信号分别进行非相干解调，得到各个分段的解调输出。各个分段的解调输出中直达径信号部分在解调域上所形成的冲激信号在幅度和位置上都完全一致，这是因为LoRa调制具备循环移位特性，而且直达径信号部分在各个分段是均分的。各个分段的解调输出中多径信号部分在解调域上所形成的冲激信号在幅度和位置上并不一致，这是由于多径信号与直达径信号存在时延导致的。这种差异可以使得到的分段解调输出用于联合解调分离出多径信号的解调输出。
[0017]进一步地，所述分段解调是接收端对同步后的接收信号进行分段，然后进行非相干解调，其中，将接收信号分成两段，分段后的信号处理如下
[0018][0019]其中，r
f
(k)为接收信号进行分段后的前半段信号，r
s
(k)为接收信号进行分段后的后半段信号，u(k)为阶跃函数，和u(k
‑
M+1)为u(k)经过相应时延的阶跃函数，M＝2
SF
，SF为LoRa调制中扩展因子，将两段信号分别进行非相干解调，得到分段解调的解调输出如下：
[0020][0021]其中，X
f
为前半段解调输出，X
s
为后半段解调输出。
[0022]进一步地，所述联合解调是接收端对接收信号的解调输出和各个分段的解调输出进行联合解调，首先各个分段的解调输出做差分离出多径信号的解调输出X
d
，计算公式如下：
[0023]X
d
＝|X
f
‑
X
s
|
[0024]由于直达径信号部分在两个分段解调输出中完全一致，则X
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于LoRa分段解调的多径抑制方法，其特征在于，所述多径抑制方法包括以下步骤：非相干解调：接收端对经过信道传输的接收信号进行同步，将同步后的接收信号r(k)乘上基信号的共轭然后进行离散傅里叶变换，再取绝对值，得到接收信号的非相干解调输出X
q
，其中，所述基信号为LoRa符号为0时对应的LoRa调制信号，LoRa符号为二进制信源映射成的多进制符号，LoRa调制信号为LoRa符号经过LoRa调制后的时域信号；分段解调：在对接收信号进行非相干解调的同时，接收端将接收信号r(k)进行分段，然后对每个分段的信号进行非相干解调；联合解调：接收端进行联合解调，将各个分段的解调输出进行做差，消除分段解调输出中的直达径信号部分，分离出多径信号的解调输出，然后用接收信号解调输出减去分离出的多径信号的解调输出，取绝对值后得到联合解调输出，然后进行LoRa符号的判决，其中，所述LoRa符号的判决是进行检测联合解调输出的最大幅值，最大幅值出现位置的索引即判决为接收到的LoRa符号。2.根据权利要求1所述的基于LoRa分段解调的多径抑制方法，其特征在于，所述分段解调中分段采取均分的原则，分段的数量为2的整数次幂，分段后的接收信号分别进行非相干解调，得到各个分段的解调输出。3.根据权利要求1所述的基于LoRa分段解调的多径抑制方法，其特征在于，所述非相干解调是接收端将经过同步后的接收信号r(k)乘上基信号的共轭然后进行离散傅里叶变换，得到接收信号的解调输出X
q
，计算公式如下：其中，表示基信号的共轭，DET[
·
]表示离散傅里叶变换。4.根据权利要求2所述的基于LoRa分段解调的多径抑制方法，其特征在于，所述分...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘娇蛟，严远美，马碧云，余华，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：