CN107846464A - 一种多天线物联网信息传输方法 - Google Patents

一种多天线物联网信息传输方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107846464A
CN107846464A CN201711093713.7A CN201711093713A CN107846464A CN 107846464 A CN107846464 A CN 107846464A CN 201711093713 A CN201711093713 A CN 201711093713A CN 107846464 A CN107846464 A CN 107846464A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
msub
lora
spread
transmission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711093713.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107846464B (zh
Inventor
张沛昌
黄磊
孙维泽
何春龙
许家俊
王波
王一波
杨丽鲜
罗泉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen University
Original Assignee
Shenzhen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen University filed Critical Shenzhen University
Priority to CN201711093713.7A priority Critical patent/CN107846464B/zh
Publication of CN107846464A publication Critical patent/CN107846464A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107846464B publication Critical patent/CN107846464B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/12—Protocols specially adapted for proprietary or special-purpose networking environments, e.g. medical networks, sensor networks, networks in vehicles or remote metering networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/02—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception
    • H04L1/06—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by diversity reception using space diversity
    • H04L1/0618—Space-time coding

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明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。

Description

一种多天线物联网信息传输方法
技术领域
本发明涉及低功耗广域网传输技术领域，尤指一种多天线物联网信息传输方法。
背景技术
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。
发明内容
为解决上述问题，本发明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，本发明采用的技术方案为：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’。
本发明的有益效果在于：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是本发明流程示意图；
图2是本发明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发明作进一步说明。
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[0.0884 0.0884],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最为接近，Y2和x2最为接近。所以将Y1判定为x1，Y2判定为x2。
6)最大似然估计后得到的信号[x1 x2]乘上downchirp信号，得到Spread'。
[111…1000…0]
7)解扩之后得到恢复的数据[1 0]，得到如图2所示的结果仿真图。
在本具体实施例中，只是在发送端处采用两根天线传输，接收端处采用两根天线接收，就能使LoRa信号在瑞利信道传输时有更好的可靠性。在物联网的现实场景中，万物互联并不是通过一根电线、光纤进行连接的，而是通过无线信道进行互联。那么在无线信道的传播中就存在瑞利衰落。现有的LoRa技术传输在经过瑞利信道后的传输可靠性大打折扣，而通过增加发送端和接收端的的分集度，获得分集增益，来抵抗瑞利衰落。这使得LoRa信号在瑞利信道传输时误码率更低，有更加优秀的传输可靠性。
以上实施方式仅仅是对本发明的仿真实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

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、第二对角矩阵和第三对角矩阵的维度一致；
d3.将第一对角矩阵、第二对角矩阵、第三对角矩阵以 的方式传输，得到接收信号。
5.根据权利要求4所述的一种多天线物联网信息传输方法，其特征在于，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：
<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>Y</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msqrt> <mn>0.5</mn> </msqrt> <mo>*</mo> <msub> <mi>H</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>*</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>Y</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msqrt> <mn>0.5</mn> </msqrt> <mo>*</mo> <msub> <mi>H</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>*</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
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。
6.根据权利要求1或5所述的一种多天线物联网信息传输方法，其特征在于，步骤E中，
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’。
CN201711093713.7A 2017-11-08 2017-11-08 一种多天线物联网信息传输方法 Active CN107846464B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711093713.7A CN107846464B (zh) 2017-11-08 2017-11-08 一种多天线物联网信息传输方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711093713.7A CN107846464B (zh) 2017-11-08 2017-11-08 一种多天线物联网信息传输方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107846464A true CN107846464A (zh) 2018-03-27
CN107846464B CN107846464B (zh) 2020-09-29

Family

ID=61681448

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711093713.7A Active CN107846464B (zh) 2017-11-08 2017-11-08 一种多天线物联网信息传输方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107846464B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109361422A (zh) * 2018-11-22 2019-02-19 中国联合网络通信集团有限公司 广域物联网中扩频因子调整方法及装置
CN110267282A (zh) * 2019-06-24 2019-09-20 厦门大学 一种实现LoRa网络最优吞吐量公平性的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011017573A2 (en) * 2009-08-06 2011-02-10 Truepath Holdings Llc System and methods for wireless broadband delivery of data
CN104603853A (zh) * 2012-05-04 2015-05-06 李尔登公司 用于处理分布式输入-分布式输出无线系统中的多普勒效应的系统和方法
CN205829662U (zh) * 2016-06-15 2016-12-21 深圳市唯传科技有限公司 一种LoRa网关路由器及物联网系统
CN106330402A (zh) * 2016-08-30 2017-01-11 中兴长天信息技术（南昌）有限公司 一种用于物联网的lora无线传输系统差错编码方法
CN106385436A (zh) * 2016-08-30 2017-02-08 中兴长天信息技术（南昌）有限公司 一种用于物联网的lora无线传输系统数据编码方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011017573A2 (en) * 2009-08-06 2011-02-10 Truepath Holdings Llc System and methods for wireless broadband delivery of data
CN104603853A (zh) * 2012-05-04 2015-05-06 李尔登公司 用于处理分布式输入-分布式输出无线系统中的多普勒效应的系统和方法
CN205829662U (zh) * 2016-06-15 2016-12-21 深圳市唯传科技有限公司 一种LoRa网关路由器及物联网系统
CN106330402A (zh) * 2016-08-30 2017-01-11 中兴长天信息技术（南昌）有限公司 一种用于物联网的lora无线传输系统差错编码方法
CN106385436A (zh) * 2016-08-30 2017-02-08 中兴长天信息技术（南昌）有限公司 一种用于物联网的lora无线传输系统数据编码方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109361422A (zh) * 2018-11-22 2019-02-19 中国联合网络通信集团有限公司 广域物联网中扩频因子调整方法及装置
CN109361422B (zh) * 2018-11-22 2019-12-03 中国联合网络通信集团有限公司 广域物联网中扩频因子调整方法及装置
CN110267282A (zh) * 2019-06-24 2019-09-20 厦门大学 一种实现LoRa网络最优吞吐量公平性的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107846464B (zh) 2020-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105790818B (zh) 一种抵抗窃听节点窃取信息的物理层安全传输方法
CN101902265A (zh) 无线通信中的物理层安全传输方法
CN101682377B (zh) 波束形成训练方法和通信系统
CN103684700A (zh) 一种基于正交联合码本集的3d mu-mimo预编码方法
CN107888270A (zh) 认知卫星地面融合网络中的物理层安全传输方法
CN105187355A (zh) 一种天线选择-功率自适应的空间调制方法
CN105515625B (zh) 基于接收端空间调制的多用户下行传输方法
CN105871506A (zh) 无线通信自适应传输方法
CN106470064A (zh) 发送分集方法及设备
CN101252418A (zh) 多天线传输系统中利用信道统计信息的自适应传输方法
CN104009834A (zh) 一种基于差分混沌键控dcsk的mimo保密通信方法
CN102970068B (zh) 用于安全保密无线通信的分布式多天线跳空收发方法
CN104485988B (zh) 一种基于能量有效的分布式星群节点选择方法
CN107846464A (zh) 一种多天线物联网信息传输方法
CN104184555A (zh) 一种适用于3d mimo系统的基于双码本的预编码方法
CN110086515B (zh) 一种mimo-noma系统上行预编码设计方法
CN108880629B (zh) 一种基于空时编码和物理层网络编码的协作通信方法
CN103023619A (zh) 一种无线通信系统链路自适应传输方法
CN104717035A (zh) 一种基于d2d通信的蜂窝网络的干扰对齐方法
CN104202120B (zh) 基于分簇的干扰对齐预编码方法和系统及解码方法和系统
CN104052578B (zh) 一种适用于全双工物理层网络编码系统中多次译码检测的方法
CN106301492B (zh) 一种基于sm-mimo的数据传输方法及装置
CN105162504B (zh) 一种快速mimo系统发射端预编码方法
CN103338064B (zh) 预信道智能天线mimo发射装置及无线信号发射方法
CN115276744A (zh) 一种基于速率分割多址接入技术的毫米波系统传输方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant