CN111431558A - 一种基于长扩频码单帧通信方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于长扩频码单帧通信方法、装置及存储介质，本发明通过对原始符号数据在扩频后的速率上进行采样；通过长随机码发生器，在扩频速率上产生随机序列；最后将扩频速率上的原始数据与长随机码发生器产生的数据进行相关操作，得到最终扩频后的数据。本发明在已有物联网小无线单帧的基础上，通过使用长随机序列发生器，增强扩频后序列的随机性，降低相同符号在空口可能存在的信号混叠而受到的影响。从而提高解扩后的信噪比(SNR)，提高接收机对抗冲突能力，最终提升系统整体并发容量。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于长扩频码单帧通信方法、装置及存储介质。
背景技术
现有的物联网小无线(非蜂窝)系统中，包括LoRa、Sigfox、Zigbee、Bluetooth和BLE系统中，部分系统(如LoRa，Zigbee)通过扩频的方式提高信噪比(SNR)，进而进一步提高系统的容错能力。
LoRa的扩频方式，即原始符号用编码后的一个特定序列发送，如符号3始终使用1-1-11的序列发送。
| 符号 | 编码c0 c1 c2 c3 |
| 0 | 1 1 1 1 |
| 1 | 1 -1 1 -1 |
| 2 | 1 1 -1 -1 |
| 3 | 1 -1 -1 1 |
| 4 | -1 -1 -1 -1 |
| 5 | -1 1 -1 1 |
| 6 | -1 -1 1 1 |
| 7 | -1 1 1 -1 |
最新的IEEE802.15.4k协议使用正交编码扩频(OVSF)对原始数据进行扩频。以depth r＝3,xr＝1,code index＝3为例，其发送序列始终为原始符号为0则发送1 1 -1 -1，原始符号为1则发送-1 -1 1 1。
目前各种短扩频方式的实现，对于相同的原始符号，扩频码相同，即发送序列相同。进而导致，在电磁多径传播，以及多用户情况下，来自不同路径的相同符号前后时间比较接近的情况下，容易序列发生混叠，影响接收信号信噪比(SNR)，降低系统容量。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种基于长扩频码单帧通信方法、装置及存储介质，本发明旨在解决现有物联网小无线(非蜂窝)系统中，基于单帧传输(非流格式的情况下)，有采用扩频和非扩频方式两种系统。为进一步提升通信能力，部分系统采用扩频方式的通信方式。
本发明通过以下技术方案予以实现：
第一方面，本发明提供了一种基于长扩频码单帧通信方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1对原始符号数据在扩频后的速率上进行采样；
S2通过长随机码发生器，在扩频速率上产生随机序列；
S3最后将扩频速率上的原始数据与长随机码发生器产生的数据进行相关操作，得到最终扩频后的数据。
更进一步的，所述S1中，扩频符号速率相较于原始符号速率的倍数成为扩频比，以2的幂次方计算的扩频成为扩频因子。
更进一步的，所述S2中，随机序列的产生为常用的M序列，所述序列的回头时间大于单符号扩频后的长度，为15及以上。
更进一步的，所述S3中，对归零码[0/1]序列，进行异或操作，对双极性码，[-1/1]序列，进行乘操作。
更进一步的，所述通信方法的发射机和接收机需要使用相同的长随机序列发生器，并且约定时间，原始数据被正确地在接收机解扩恢复。
第二方面，本发明提供了一种基于长扩频码单帧通信装置，包括接收单元，接收单帧；
判断单元，在监听状态下，使用单帧中包含的通信对象的接收天线增益和单帧的接收功率，判断是否进行发送；
发送单元，主动发起单帧或者在监听状态下，所述判断单元状态为判断允许发送的情况下，发送所述单帧。
更进一步的，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，该所述计算机程序被所述处理器执行时，实现第一方面所述的基于长扩频码单帧通信方法。
更进一步的，包括信号处理单元，在由时间和频带规定发往各终端的调制码元序列的多个帧之中，调整发送定时和/或频率，使得用与各终端所属的可通信范围对应的帧发送调制码元序列。
第三方面，本发明提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现第一方面所述的基于长扩频码单帧通信方法。
第四方面，本发明适用于所有已知码分多址(CDMA)的扩频调制方法，包括直接序列扩频(DSSS),跳频扩频(FHSS)，以及线性调制(Chirp Modulation)。
本发明的有益效果为：
本发明在已有物联网小无线单帧的基础上，通过使用长随机序列发生器，增强扩频后序列的随机性，降低相同符号在空口可能存在的信号混叠而受到的影响。从而提高解扩后的信噪比(SNR)，提高接收机对抗冲突能力，最终提升系统整体并发容量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明基于长扩频码单帧通信原理图；
图2是本发明单帧发送原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参照图1本实施例公开一种基于长扩频码单帧通信方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1对原始符号数据在扩频后的速率上进行采样；
S2通过长随机码发生器，在扩频速率上产生随机序列；
S3最后将扩频速率上的原始数据与长随机码发生器产生的数据进行相关操作，得到最终扩频后的数据。
S1中，扩频符号速率相较于原始符号速率的倍数成为扩频比，以2的幂次方计算的扩频成为扩频因子。
S2中，随机序列的产生为常用的M序列，所述序列的回头时间大于单符号扩频后的长度，为15及以上。
S3中，对归零码[0/1]序列，进行异或操作，对双极性码，[-1/1]序列，进行乘操作。
本实施例通信方法的发射机和接收机需要使用相同的长随机序列发生器，并且约定时间，原始数据被正确地在接收机解扩恢复。
参照图2本实施例本发明采用长扩频码的方式对原始信号进行扩频，从而规避相同序列可能存在的信号混叠和碰撞，提升信噪比(SNR)，提高系统并行接入能力。
首先对原始符号数据在扩频后的速率上进行采样，如原始数据0，在4倍扩频后，则采样后为[0，0，0，0]。扩频符号速率相较于原始符号速率的倍数成为扩频比，以2的幂次方计算的扩频成为扩频因子(Spread Factor)。如原始符号速率为1kbps，扩频后速率为32kbps，则扩频比为32，扩频因子为5(即25＝32)。
同时通过长随机码发生器，在扩频速率上产生随机序列。随机序列的产生可以为常用的M序列，Golden序列等。这些序列的回头时间要远大于单符号扩频后的长度，例如1023(210-1)及以上。
最后将扩频速率上的原始数据与长随机码发生器产生的数据进行相关操作，得到最终扩频后的数据。其中，对归零码[0/1]序列，进行异或操作。对双极性码，[-1/1]序列，进行乘操作。这样，原始符号的[0/1]或者[-1/1]序列扩频的结果，并不对应某一固定序列，而依赖于此时随机码发生器产生的结果。
发射机和接收机需要使用相同的长随机序列发生器，并且约定时间，这样才能保证，原始数据被正确地在接收机解扩恢复。
实施例2
本实施例公开一种基于长扩频码单帧通信装置，包括接收单元，接收单帧；
判断单元，在监听状态下，使用单帧中包含的通信对象的接收天线增益和单帧的接收功率，判断是否进行发送；
发送单元，主动发起单帧或者个在监听状态下，在所述判断单元的状态为判断允许发送的情况下，发送所述单帧。
包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，该所述计算机程序被所述处理器执行时，实现上述实施例所述的基于长扩频码单帧通信方法。
包括信号处理单元，在由时间和频带规定发往各终端的调制码元序列的多个帧之中，调整发送定时和/或频率，使得用与各终端所属的可通信范围对应的帧发送调制码元序列。
实施例3
本实施例公开一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现第一方面所述的基于长扩频码单帧通信方法。
本发明采用长扩频码的方式对原始信号进行扩频，从而规避相同序列可能存在的信号混叠和碰撞，提升信噪比(SNR)，提高系统并行接入能力。在已有物联网小无线单帧的基础上，通过使用长随机序列发生器，增强扩频后序列的随机性，降低相同符号在空口可能存在的信号混叠而受到的影响。从而提高解扩后的信噪比(SNR)，提高接收机对抗冲突能力，最终提升系统整体并发容量。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种基于长扩频码单帧通信方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1对原始符号数据在扩频后的速率上进行采样；
S2通过长随机码发生器，在扩频速率上产生随机序列；
S3最后将扩频速率上的原始数据与长随机码发生器产生的数据进行相关操作，得到最终扩频后的数据。
2.根据权利要求1所述的基于长扩频码单帧通信方法，其特征在于，所述S1中，扩频符号速率相较于原始符号速率的倍数成为扩频比，以2的幂次方计算的扩频成为扩频因子。
3.根据权利要求1所述的基于长扩频码单帧通信方法，其特征在于，所述S2中，随机序列的产生为常用的M序列，所述序列的回头时间大于单符号扩频后的长度，为15及以上。
4.根据权利要求1所述的基于长扩频码单帧通信方法，其特征在于，所述S3中，对归零码[0/1]序列，进行异或操作，对双极性码，[-1/1]序列，进行乘操作。
5.根据权利要求1所述的基于长扩频码单帧通信方法，其特征在于，所述通信方法的发射机和接收机需要使用相同的长随机序列发生器，并且约定时间，原始数据被正确地在接收机解扩恢复。
6.一种基于长扩频码单帧通信装置，其特征在于，包括接收单元，接收单帧；
判断单元，在监听状态下，使用单帧中包含的通信对象的接收天线增益和单帧的接收功率，判断是否进行发送；
发送单元，主动发起单帧或者在监听状态下，所述判断单元的状态为判断允许发送的情况下，发送所述单帧。
7.根据权利要求6所述的基于长扩频码单帧通信装置，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，该所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1至5中任一项所述的基于长扩频码单帧通信方法。
8.根据权利要求6所述的基于长扩频码单帧通信装置，其特征在于，包括信号处理单元，在由时间和频带规定发往各终端的调制码元序列的多个帧之中，调整发送定时和/或频率，使得用与各终端所属的可通信范围对应的帧发送调制码元序列。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至5中任一项所述的基于长扩频码单帧通信方法。
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