CN108282188A - 一种处理宽频信号的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露一种处理宽频信号的系统及方法，其透过将数位讯号透过啁啾讯号产生器以非线性频率函数进行运算以产生啁啾序列及调变讯号，与先前技术所使用的一次方的线性函数相比较，非线性频率函数具有能够提高信号的复杂程度，因此能增加该啁啾序列重复时间区段的利用率；另外，又透过过滤器对调变讯号进行微分，以判断调变讯号的真假，本发明藉由过滤器以判断讯号的真假，因此能增加后续讯号还原后的讯号正确性。

Description

一种处理宽频信号的系统及方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种处理宽频信号的系统及方法，用以增加宽频载波容量与辨识性。
背景技术
一种通讯技术LoRa(长距离)是由Semtech公司开发的一种技术，典型工作频率在美国是915MHz，在欧洲是868MHz，在亚洲是433MHz。LoRa的物理层(PHY)使用了一种独特形式的带有前向纠错(FEC，forward error correction)的调频啁啾扩频(CSS，Chirp SpreadSpectrum)技术。这种扩频调制允许多个无线电设备使用相同的频段，只要每台设备采用不同的啁啾和数据速率就可以了。其典型范围是2km至5km，最长距离可达15km，具体取决于所处的位置和天线特性。
其中所谓的调频啁啾扩频技术，以连续重复地于发射的射频脉冲信号可以称为啁啾序列单元，将啁啾序列单元与数位序列结合构成射频脉冲信号，其中该啁啾序列单元表示在一个在一周期内，其载频的频率作线性变化，又称为线性调频。因为其频率在较宽的频带内变化，信号的频带也被展宽了。并且线性调频啁啾扩频技术被IEEE802.15.4a标准所采纳，成为一种应用于无线通信的技术。
前述无线通信的技术，对于讯号结构产生方式简言之，即是将续递增频率讯号以周期波段脉冲，将讯号传送出去，分析每个重复的啁啾序列单元区间内的频率是连续的递增频率所构成的，一般为频率相对于时间t’的一次方的线性递增函数f’(t’)。如 f’(t’)=a’t’+c’，其中f’(t’)表示在时间轴的时间点t’的频率，a’为该线性函数的斜率或系数，c’为常数。
其讯号传递机制可以如下，用以类比转数位转换器(ADC，Digital to analogconverter)将准备传输的类比资料转换为二进制资料序列的位元资料例如为(1,0,1,0,0,1)的单元序列，接下来将位元资料(1,0,1,0,0,1)的单元序列与固定序列的啁啾(chirp)序列产生器产生固定时间区间的连续递增频率的啁啾序列单元结合，再经过一乘法器multiplier结合产生连续啁啾序列单元组合的调变讯号；之后，接者以数位转类比转换器(DAC，Digital to analog converter)将前述调变讯号转换为类比讯号进行传输；接收端接受前述传递的类比讯号后再进行类比转数位转换器转换回为调变讯号，再将传输的调变讯号与前述的chirp序列进行解调还原为原先的位元资料(1,0,1,0,0,1)的单元序列，之后再以数位转类比转换器将资料还原。
前述的啁啾序列产生器，受限于须配合位元二进制资料的序列，每个重复区间的啁啾序列单元仅限传递增频率或递减频率或以上频率变化的简单组合，再以乘法器结合以产生该调变讯号，以利该调变讯号仅能进行0与1资料的传递。
随着通讯设备的硬件技术发达，前述习用的通讯协议已不敷市场需求，若可以加以改良为搭载复杂资料，便能符合目前市场对于宽频高资料传递量的需求。由于啁啾序列产生可以有低功率、高带宽的特性，讯号干扰影响低的特性，不过因为对于带宽需求日渐提高，且相关通讯技术提升，啁啾序列产生的复杂度如果可以再提升，使得有限带宽内的每个重复时间区段可以更缩短，而频率变化辨识可以增加，并增加讯号传递的正确率。缘是，本发明人依据多年来从事此方面的相关经验，悉心观察且研究，并配合学理的运用，而提出一种设计合理且有效的本发明。
发明内容
有鉴于上述习知技艺的问题，本发明的目的就是在提供一种处理宽频信号的系统及方法，能够提高信号的复杂程度，增加带宽容量与辨识性。
根据本发明的目的，提出一种处理宽频信号的系统，其依序至少包含：一第一类比转数位转换器，其能够接收一第一类比讯号，并将该第一类比讯号转换为一第一数位讯号；一乘法及啁啾讯号产生器，其更包含一乘法器及一啁啾讯号产生器，该啁啾讯号产生器使用一非线性频率函数进行运算，且该啁啾讯号产生器及该乘法器能够将该第一数位讯号转换成一第一调变讯号；一第一数位转类比转换器，其能够将该第一调变讯号转换为一第二类比讯号；一接收器，其能够接收该第二类比讯号；一第二类比转数位转换器，其能够将该接收器的该第二类比讯号转换还原为一第二调变讯号；一过滤与解调器，其包含一过滤器及一解调器，该过滤器能够过滤该第二调变讯号，该过滤器及该解调器能够将该第二调变讯号解调还原为一第二数位讯号；一第二数位转类比转换器，其能够将该第二数位讯号转换还原为一第三类比讯号。
依据上述技术特征，其中该过滤器为一微分器。
依据上述技术特征，其中该微分器能够对该第二调变讯号进行微分。
依据上述技术特征，其中该第二调变讯号经由该过滤器过滤后再经由该解调器进行解调还原为该第二数位讯号。
依据上述技术特征，其中该第三类比讯号与该第一类比讯号相同。
依据上述技术特征，其中该非线性频率函数为频率是时间的正弦函数。
依据上述技术特征，其中该非线性频率函数为频率是时间的二次方函数。
根据本发明的目的，又提出一种处理宽频信号的方法，其依序包含下列步骤：一类比讯号产生步骤，其产生一第一类比讯号；一第一次讯号转换步骤，其将该第一类比讯号转换为一第一数位讯号；一啁啾序列产生步骤，其将该第一数位讯号以一非线性频率函数进行运算并产生一第一调变讯号；一第二次讯号转换步骤，其将该第一调变讯号转换为一第二类比讯号；一讯号接收步骤，其接收该第二类比讯号；一第一次讯号还原步骤，其将该第二类比讯号转换还原为一第二调变讯号；一讯号过滤步骤，其判断该第二调变讯号若为真，则让该第二调变讯号通过并产生成一第三调变讯号，其判断该第二调变讯号若为假，则将该第二调变讯号舍弃；一解调步骤，其将该第二调变讯号或该第三调变讯号进行解调还原为一第二数位讯号；一第二次讯号还原步骤，其将将该第二数位讯号转换还原为一第三类比讯号。
依据上述技术特征，该非线性频率函数为频率是时间的正弦函数。
依据上述技术特征，该非线性频率函数为频率是时间的二次方函数。
综上所述，依据本发明的处理宽频信号的系统及方法具有下列多个优点。
1、透过将该第一数位讯号透过该啁啾讯号产生器以非线性频率函数进行运算以产生该啁啾序列及该第一调变讯号，与先前技术所使用的一次方的线性函数相比较，非线性频率函数具有能够提高讯号的复杂程度，因此能增加该啁啾序列重复时间区段的利用率。
2、该过滤器对该第二调变讯号进行微分，若微分结果为默认的微分函数，则判断该第二啁啾序列单元为真，若微分结果非为默认的微分函数，则判断该第二调变讯号为假，可能受到干扰，此时就将此讯号舍弃，本发明藉由该过滤器以判断讯号的真假，因此能增加后续讯号还原后的讯号正确性。
附图说明
图1为本发明的处理宽频信号的系统的架构图。
图2为本发明的乘法及啁啾讯号产生器的架构图。
图3为本发明的过滤与解调器的架构图。
图4为本发明的处理宽频信号的方法的流程图。
图号说明：
110 第一类比转数位转换器
120 乘法及啁啾讯号产生器
121 乘法器
122 啁啾讯号产生器
130 第一数位转类比转换器
140 接收器
150 第二类比转数位转换器
160 过滤与解调器
161 过滤器
162 解调器
170 第二数位转类比转换器
A1 第一类比讯号
A2 第二类比讯号
A3 第三类比讯号
D1 第一数位讯号
D2 第二数位讯号
M1 第一调变讯号
M11 第一啁啾序列单元
M2 第二调变讯号
M3 第三调变讯号
S01 类比讯号产生步骤
S02 第一次讯号转换步骤
S03 啁啾序列产生步骤
S04 第二次讯号转换步骤
S05 讯号接收步骤
S06 第一次讯号还原步骤
S07 讯号过滤步骤
S08 解调步骤
S09 第二次讯号还原步骤。
具体实施方式
请参阅图1，其为本发明的一种处理宽频信号的系统的架构图。本发明的处理宽频信号的系统包含有一第一类比转数位转换器110、一乘法及啁啾讯号产生器120、一第一数位转类比转换器130、一接收器140、一第二类比转数位转换器150、一过滤与解调器160及一第二数位转类比转换器170。
其中，该第一类比转数位转换器110用以接收一第一类比讯号A1，并将该第一类比讯号A1转换为一第一数位讯号D1，此时该第一数位讯号D1为具有数位序列的二进制资料序列，例如为(1,0,1,0,0,1)的序列单元。该第一数位讯号D1随后经由该乘法及啁啾讯号产生器120以产生一第一调变讯号M1；请一并参阅图2，其中，该乘法及啁啾讯号产生器120可包含一乘法器121及一啁啾讯号产生器122，且该啁啾讯号产生器122使用非线性频率函数进行运算以产生连续重复的一第一啁啾序列单元M11，该第一啁啾序列单元M11可以是例如实施例一：正弦频率函数 (即，频率是时间的正弦函数) f(t)=a*sin(t)+c，其中f(t)表示在时间轴的时间点t的频率，a为正弦函数的系数且为非零系数，c为常数；或如实施例二：为二次方频率函数(即，频率是时间的二次方函数)，如f(t)=dt2+et+g，其中f(t)表示在时间轴的时间点t的频率，d及e为该二次方函数的系数且d为非零系数，g为常数；但需说明的是，本发明所指的非线性频率函数并不限于以上两个实施例所举例的频率函数。与先前技术所使用的一次方的线性函数f’(t’)=a’t’+c’相比较，正弦频率函数或二次方频率函数具有能够提高讯号的复杂程度，因此能增加该啁啾序列重复时间区段的利用率。该乘法器121将该啁啾讯号产生器122所产生连续重复的该第一啁啾序列单元M11与该第一数位讯号D1的数位序列相乘并加成以产生该第一调变讯号M1。
该第一调变讯号M1随后再经由该第一数位转类比转换器130以转换为一第二类比讯号A2以供传送给该接收器140，例如经由有线或无线方式传送。该接收器140接收该第二类比讯号A2之后，并将该第二类比讯号A2传送至该第二类比转数位转换器150以将该第二类比讯号A2转换还原为一第二调变讯号M2。
该第二调变讯号M2随后可经由该过滤与解调器160以还原产生一第二数位讯号D2；其中，该过滤与解调器160可包含一过滤器161及一解调器162。该过滤器161可以为一微分器(Differentiator)，以对构成该第二调变讯号M2的连续一第二啁啾序列单元(图未标示)连续进行微分，请一并再参阅图3，并接续产生成一第三调变讯号M3，以实施例一为例包含1与0的该第一数位讯号D1中的数位序列，其中非0的该第二啁啾序列单元以正弦频率函数f(t)=a*sin(t)+c构成，经传送后的非0区段的该第二啁啾序列单元亦应为正弦频率函数f(t)=a*sin(t)+c，经该微分器微分后，非0区段所产生的一第三啁啾序列单元(图未标示)应为余弦频率函数 f(t)=a*cos(t)；以实施例二为例包含1与0的该第一数位讯号D1中的数位序列，其中非0的该第二啁啾序列单元以二次方频率函数f(t)=at2+bt+c构成，经传送后的非0区段的该第二啁啾序列单元亦应为二次频率函数f(t)=at2+bt+c，经微分器微分后非0区段的该第三啁啾序列单元应为一次频率函数 f(t)= 2at+b。各连续的该第三啁啾序列单元构成第三调变讯号M3。
将该第二调变讯号M2微分为该第三调变讯号M3的过程中，藉由判断该第三调变讯号M3的各该第三啁啾序列单元，可以鉴别并过滤其中讯号：当该第二调变讯号M2经微分结果的该第三啁啾序列单元若为非默认的微分函数(前述实施例一的余弦频率函数或实施例二的一次频率函数)，则判断该第三啁啾序列单元为假，可能受到干扰，此时就将此讯号舍弃。与先前技术相比，本发明藉由该过滤器161以判断讯号的真假，因此能增加后续讯号还原后的讯号正确性。
接着，再将该第三调变讯号M3送往该解调器162进行解调还原为该第二数位讯号D2对应的数位数列。
当然，于该第一数位转类比转换器130及该接收器140之间用以传送该第二类比讯号A2的该有线或无线方式若为可信任不受干扰的，则该第二调变讯号M2可不经由该过滤器161的检查过滤，而直接送往该解调器162进行解调还原为该第二数位讯号D2。
该第二调变讯号M2随后再经由该第二数位转类比转换器170转换还原为一第三类比讯号A3，于正常运作状况下该第一类比讯号A1与该第三类比讯号A3相同，以达到讯号传递的正确性。
再请一并参阅图4，其为本发明对应前述实施例的处理宽频信号的方法的流程图，其流程步骤依序包含如下。
一类比讯号产生步骤S01：产生该第一类比讯号A1。
一第一次讯号转换步骤S02：将该第一类比讯号A1以该第一类比转数位转换器110转换为该第一数位讯号D1。
一啁啾序列产生步骤S03：将该第一数位讯号D1透过该啁啾讯号产生器122以非线性频率函数进行运算以产生该第一啁啾序列单元M11及该第一调变讯号M1。
一第二次讯号转换步骤S04：将该第一调变讯号M1经由该第一数位转类比转换器130以转换为该第二类比讯号A2。
一讯号接收步骤S05：利用该接收器140接收该第二类比讯号A2。
一第一次讯号还原步骤S06：该接收器140接收该第二类比讯号A2之后，并将该第二类比讯号A2传送至该第二类比转数位转换器150以将该第二类比讯号A2转换还原为该第二调变讯号M2。
一讯号过滤步骤S07：利用该过滤器161进行过滤，该过滤器161可以为该微分器，以对该第二调变讯号M2的该第二啁啾序列单元进行微分，若微分结果所产生的该第三啁啾序列单元为默认的微分函数，则判断该第二啁啾序列单元为真；若微分结果所产生的该第三啁啾序列单元非为默认的微分函数，则判断该第二调变讯号M2为假，可能受到干扰，此时就将此讯号舍弃。
一解调步骤S08：利用该解调器162将该第二调变讯号M2或经微分产生的该第三调变讯号M3进行解调还原为该第二数位讯号D2。
一第二次讯号还原步骤S09：利用该第二数位转类比转换器170将该第二数位讯号D2转换还原为该第三类比讯号A3。
其中，该第一数位转类比转换器130及该接收器140之间用以传送该第二类比讯号A2的该有线或无线方式若为可信任不受干扰的，则该第二调变讯号M2可不经由该讯号过滤步骤S07的检查过滤，而直接由解调步骤S08进行解调还原。
本发明所提出的该处理宽频信号的系统及方法，透过将该第一数位讯号透过该啁啾讯号产生器以非线性频率函数进行运算以产生该啁啾序列及该第一调变讯号，与先前技术所使用的一次方的线性函数相比较，非线性频率函数具有能够提高讯号的复杂程度，因此能增加该啁啾序列重复时间区段的利用率；本发明另外提出的该过滤器可以为该微分器，以对该第二调变讯号的该第二啁啾序列单元进行微分，若微分结果为默认的微分函数，则判断该第二啁啾序列单元为真，若微分结果非为默认的微分函数，则判断该第二调变讯号为假，可能受到干扰，此时就将此讯号舍弃，与先前技术相比，本发明藉由该过滤器以判断讯号的真假，因此能增加后续讯号还原后的讯号正确性。

Claims (10)

1.一种处理宽频信号的系统，其特征在于，至少包含：
一第一类比转数位转换器(110)，其能够接收一第一类比讯号(A1) ，并将该第一类比讯号(A1)转换为一第一数位讯号(D1)；
一乘法及啁啾讯号产生器(120)，其更包含一乘法器(121)及一啁啾讯号产生器(122)，该啁啾讯号产生器(122)使用一非线性频率函数进行运算，且该啁啾讯号产生器(122)及该乘法器(121)能够将该第一数位讯号(D1)转换成一第一调变讯号(M1)；
一第一数位转类比转换器(130)，其能够将该第一调变讯号(M1) 转换为一第二类比讯号(A2)；
一接收器(140)，其能够接收该第二类比讯号(A2)；
一第二类比转数位转换器(150)，其能够将该接收器(140)的该第二类比讯号(A2)转换还原为一第二调变讯号(M2)；
一过滤与解调器(160)，其包含一过滤器(161)及一解调器(162)，该过滤器(161)能够过滤该第二调变讯号(M2)，该过滤器(161)及该解调器(162)能够将该第二调变讯号(M2)解调还原为一第二数位讯号(D2)；
一第二数位转类比转换器(170)，其能够将该第二数位讯号(D2)转换还原为一第三类比讯号(A3)。
2.如权利要求1所述的处理宽频信号的系统，其特征在于，该过滤器(161)为一微分器。
3.如权利要求2所述的处理宽频信号的系统，其特征在于，该微分器能够对该第二调变讯号(M2)进行微分。
4.如权利要求1所述的处理宽频信号的系统，其特征在于，该第二调变讯号(M2)经由该该过滤器(161)过滤后再经由该解调器(162)进行解调还原为该第二数位讯号(D2)。
5.如权利要求1所述的处理宽频信号的系统，其特征在于，该第三类比讯号(A3)与该第一类比讯号(A1)相同。
6.如权利要求1所述的处理宽频信号的系统，其特征在于，该非线性频率函数为频率是时间的正弦函数。
7.如权利要求1所述的处理宽频信号的系统，其特征在于，该非线性频率函数为频率是时间的二次方函数。
8.一种处理宽频信号的方法，其特征在于，依序包含下列步骤：
一类比讯号产生步骤(S01)，其产生一第一类比讯号(A1)；
一第一次讯号转换步骤(S02)，其将该第一类比讯号(A1)转换为一第一数位讯号(D1)；
一啁啾序列产生步骤(S03)，其将该第一数位讯号(D1)以一非线性频率函数进行运算并产生一第一调变讯号(M1)；
一第二次讯号转换步骤(S04)，其将该第一调变讯号(M1)转换为一第二类比讯号(A2)；
一讯号接收步骤(S05)，其接收该第二类比讯号(A2)；
一第一次讯号还原步骤(S06)，其将该第二类比讯号(A2)转换还原为一第二调变讯号(M2)；
一讯号过滤步骤(S07)，其判断该第二调变讯号(M2)若为真，则让该第二调变讯号(M2)通过并产生成一第三调变讯号(M3)，其判断该第二调变讯号(M2) 若为假，则将该第二调变讯号(M2)舍弃；
一解调步骤(S08)，其将该第二调变讯号(M2) 或该第三调变讯号(M3)进行解调还原为一第二数位讯号(D2)；
一第二次讯号还原步骤(S09)，其将将该第二数位讯号(D2)转换还原为一第三类比讯号(A3)。
9.如权利要求8所述的处理宽频信号的方法，其特征在于，该非线性频率函数为频率是时间的正弦函数。
10.如权利要求8所述的处理宽频信号的方法，其特征在于，该非线性频率函数为频率是时间的二次方函数。
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