【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及物联网，具体涉及一种联合分块交错和匹配滤波的抗多径lora通信方法。
技术介绍
1、lora(long range)是一种基于扩频技术的远距离无线传输技术，也是众多lpwan通信技术中的一种。它为用户提供了一种简单、远距离和低功耗的无线通信方案。lora使用频移chirp扩频调制(frequency shift chirp modulation,fscm)技术，能够有效抵抗多径效应和信号衰落，保证信号在复杂环境中的传输质量。与传统的有线通信相比lora无需铺设复杂的电缆和设备，降低了安装和维护的成本。此外，lora技术支持大量设备连接，适用于物联网等需要连接众多设备的场景。因此，lora技术可以应用于智慧城市、智慧农业、智慧医疗、物流追踪和浅海通信等领域。
2、在城市内，由于信号的传输路径中存在大量的障碍物，信号会经过折射、反射等多条路径到达接收端，由多径效应引起的多径干扰不可忽视。同理，在海洋中信号会通过海面的吸收和反射、海底的吸收和反射到达接收端，信号衰落和多径干扰的存在使得通信质量大幅度下降。信道编码、信道均衡、rake接收、分集技术等是处理多径问题的一般方法，但是这些方法功耗大且复杂度较高。因此，寻求低功耗和低复杂度的抗多径方法是研究人员一直关注的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了降低多径干扰对lora无线通信的影响，提供一种联合分块交错和匹配滤波的抗多径lora通信方法。本专利技术利用分块交错技术将强的多径干扰分解成多个不同位置上的
2、本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：
3、一种联合分块交错和匹配滤波的抗多径lora通信方法，所述抗多径lora通信方法包括以下步骤：
4、符号调制：信源产生数据符号，在数据符号前插入前导符号，将数据符号和前导符号进行lora调制，得到lora调制信号；
5、具体地，上述符号调制中，信源产生数据符号a，在数据符号a前插入8个前导符号，将数据符号和前导符号进行lora调制，得到lora调制信号xa,n(k)，其中当n＝1,2,3,4,5,6,7,8时，表示前导符号，当n＝9,10,11,...表示信源产生的数据符号；
6、分块交错：对lora调制信号进行平均分块，交换调制信号的信号块之间的顺序；
7、具体地，上述分块交错中，对lora调制信号xa,n(k)进行分块交错处理，即将xa,n(k)平均分为4个信号块，保持第1块和第4块的顺序不变，交换第2块和第3块的顺序，得到信号x'a,n(k)。
8、解分块交错：对接收信号进行逆平均分块，交换接收信号的信号块之间的顺序；
9、具体地，上述解分块交错中，接收端收到信号ra,n(k)，并对ra,n(k)进行解分块交错处理，即将接收到的信号ra,n(k)平均分成4个信号块，保持第1块和第4块的顺序不变，交换第2块和第3块的顺序，得到解分块交错后的信号r'a,n(k)。
10、非相干解调：用解分块交错后的信号与基信号的共轭相乘，然后做离散傅里叶变换，再求绝对值，得到非相干解调输出信号；
11、具体地，上述非相干解调中，用r'a,n(k)与基信号的共轭相乘，然后做离散傅里叶变换，再求绝对值，得到非相干解调输出信号yq。
12、联合解调：首先，对非相干解调输出信号做判断，分离出前导符号和数据符号；其次，对前导符号做幅值判决，若满足幅值判决条件，前导符号和数据符号进行匹配滤波；若不满足幅值判决条件，进行赋值处理；
13、具体地，上述联合解调中，首先判定yq是否为前导符号，若yq是前导符号，记为y2q,n，n∈{1,2,...,8}表示8个前导符号；若yq不是前导符号，则为数据符号，记为y1q；其次，求8个前导符号的平均值y2q，对y2q进行幅值判决，判决条件为“y2q中的是否存在y2q最大峰值α倍的峰值”，其中α∈(0,1)，若满足幅值判决的条件，采用匹配滤波，对y2q进行滤波，将小于y2q最大峰值α倍的值置零，保留大于等于y2q最大峰值α倍的值，然后用滤波后的y2q与y1q进行圆周相关运算，得到ry2qy1q；若不满足幅值判决的条件，进行赋值处理，将y1q的值赋给y2q。
14、符号判决：查找输入数据的最大值，将输入数据最大值对应的索引值判为接收到的lora符号；
15、具体地，所述符号判决中，对输入数据ry2qy1q或者y2q进行符号判决，查找输入数据或y2q的最大值，将最大值所对应的索引值判定为收到的lora符号。
16、进一步地，经符号调制后的lora调制信号xa,n(k)描述为：
17、
18、式中，k∈{0,1,2,...,m-1}为离散时间域自变量，m＝2sf为可能发送符号数，sf表示扩频因子，其取值一般为sf∈{7,8,9,10,11,12}，a∈{0,1,2...,m-1}。经过符号调制后前导符号和数据符号的抗噪声能力、抗多径能力和抗多普勒频偏的能力增强。
19、进一步地，所述分块交错是对lora调制信号平均分为4个信号块并交换第2和第3个信号的顺序，经分块交错处理后的信号x'a,n(k)可以描述为：
20、
21、分块交错实现简单，只需改变信号块的顺序就能提高lora信号的抗多径干扰能力。
22、进一步地，所述接收信号是经过多径信道后的信号ra,n(k)，接收信号ra,n(k)可以描述为：
23、
24、式中，h0表示直达径信号的衰减系数，hi表示第i径干扰的信道衰减系数，p表示多径数，in,i(k)表示第n个lora信号受到来自第i径的干扰信号。经过多径信道后，接收信号ra,n(k)可以分为两个部分，直达径信号和多径干扰信号集。
25、进一步地，所述解分块交错是将接收信号平均分为4个信号块并交换第2个和第3个信号块的顺序，经解分块交错处理后的信号r'a,n(k)可以描述为：
26、
27、经分块交错和解分块交错处理后，直达径信号没有改变，解分块交错后的信号可以表示为：
28、
29、其中，i'n,i(k)是干扰信号in,i(k)经过解分块交错处理后的信号。由于解分块交错过程可以改变多径干扰信号块之间的顺序，从而在解调域中形成了多个幅值较小的多径干扰项，实现对多径干扰信号的抑制。
30、进一步地，所述非相干解调是解分块交错后的信号r'a,n(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，经非相干解调后的信号yq可以描述为：
31、
32、式中表示基信号的共轭，dft表示离散傅里叶变换，q∈{0,1,2...,m-1}是解调域自变量。用解分块交错后的信号r'a,n(k)乘上基信号的共轭得到一个单频信号，其目的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种联合分块交错和匹配滤波的抗多径LoRa通信方法，其特征在于，所述抗多径LoRa通信方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种联合分块交错和匹配滤波的抗多径LoRa通信方法，其特征在于，所述符号调制中，信源产生数据符号a，在数据符号a前插入8个前导符号，将数据符号和前导符号进行LoRa调制，得到LoRa调制信号xa,n(k)，其中当n＝1,2,3,4,5,6,7,8时，表示前导符号，当n＝9,10,11,...表示信源产生的数据符号。
3.根据权利要求2所述的一种联合分块交错和匹配滤波的抗多径LoRa通信方法，其特征在于，所述分块交错中，对LoRa调制信号xa,n(k)进行分块交错处理，即将xa,n(k)平均分为4个信号块，保持第1块和第4块的顺序不变，交换第2块和第3块的顺序，得到信号x'a,n(k)。
4.根据权利要求3所述的一种联合分块交错和匹配滤波的抗多径LoRa通信方法，其特征在于，所述解分块交错中，接收端收到信号ra,n(k)，并对ra,n(k)进行解分块交错处理，即将接收到的信号ra,n(k)平均分成4个信号块，保持第
5.根据权利要求4所述的一种联合分块交错和匹配滤波的抗多径LoRa通信方法，其特征在于，所述非相干解调中，用r'a,n(k)与基信号的共轭相乘，然后做离散傅里叶变换，再求绝对值，得到非相干解调输出信号yq。
6.根据权利要求5所述的一种联合分块交错和匹配滤波的抗多径LoRa通信方法，其特征在于，所述联合解调中，首先判定yq是否为前导符号，若yq是前导符号，记为y2q,n，n∈{1,2,...,8}表示8个前导符号；若yq不是前导符号，则为数据符号，记为y1q；其次，求8个前导符号的平均值y2q，对y2q进行幅值判决，判决条件为“y2q中的是否存在最大峰值α倍的峰值”，其中α∈(0,1)，若满足幅值判决的条件，采用匹配滤波，对y2q进行滤波，将小于y2q最大峰值α倍的值置零，保留大于等于y2q最大峰值α倍的值，然后用滤波后的y2q与y1q进行圆周相关运算，得到若不满足幅值判决的条件，进行赋值处理，将y1q的值赋给y2q。
7.根据权利要求6所述的一种联合分块交错和匹配滤波的抗多径LoRa通信方法，其特征在于，所述符号判决中，对输入数据或者y2q进行符号判决，查找输入数据Ry2qy1q或y2q的最大值，将最大值所对应的索引值判定为收到的LoRa符号。
...【技术特征摘要】
1.一种联合分块交错和匹配滤波的抗多径lora通信方法，其特征在于，所述抗多径lora通信方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种联合分块交错和匹配滤波的抗多径lora通信方法，其特征在于，所述符号调制中，信源产生数据符号a，在数据符号a前插入8个前导符号，将数据符号和前导符号进行lora调制，得到lora调制信号xa,n(k)，其中当n＝1,2,3,4,5,6,7,8时，表示前导符号，当n＝9,10,11,...表示信源产生的数据符号。
3.根据权利要求2所述的一种联合分块交错和匹配滤波的抗多径lora通信方法，其特征在于，所述分块交错中，对lora调制信号xa,n(k)进行分块交错处理，即将xa,n(k)平均分为4个信号块，保持第1块和第4块的顺序不变，交换第2块和第3块的顺序，得到信号x'a,n(k)。
4.根据权利要求3所述的一种联合分块交错和匹配滤波的抗多径lora通信方法，其特征在于，所述解分块交错中，接收端收到信号ra,n(k)，并对ra,n(k)进行解分块交错处理，即将接收到的信号ra,n(k)平均分成4个信号块，保持第1块和第4块的顺序不变，交换第2块和第3块的顺序，得到解分块交错后的信号r'a,n(k)。
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