CN112311711B

CN112311711B - 一种m-fsk调制方法、装置及系统

Info

Publication number: CN112311711B
Application number: CN202011132046.0A
Authority: CN
Inventors: 郑德来; 李卓群
Original assignee: Shanghai Stringer Industrial Co ltd
Current assignee: Shanghai Stringer Industrial Co ltd
Priority date: 2020-10-21
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2022-04-15
Anticipated expiration: 2040-10-21
Also published as: CN112311711A

Abstract

本申请公开一种M‑FSK调制方法、装置及系统。所述方法包括设置Preamble帧的Preamble码的调制格式，使用设置的调制格式对Preamble码的符号进行发送；根据调制阶数确定SYNC帧的调制比特数，并根据所支持的发送格式数确定SYNC码的比特数，将SYNC码编码后映射到SYNC帧；使用不同的SYNC码定义不同的调制方式，将选定的调制方式对应的SYNC码在SYNC帧中发送，并使用选定的调制方式对帧结构的Data帧进行调制发送。采用本申请技术方案既兼容2FSK，又可采用M‑FSK调制技术，解决频谱利用率和衰落信道造成的误码问题，有效提升覆盖。

Description

一种M-FSK调制方法、装置及系统

技术领域

本申请涉及信息通信领域，尤其涉及一种M-FSK调制方法、装置及系统。

背景技术

在低功耗LPWAN(Low-Power Wide-Area Network，低功率广域网络)无线通信中，因为FSK调制简单，上行功耗低，物理层常常会使用FSK技术。现有的帧格式一般采用固定调制格式，即采用2FSK(Frequency Shift Keying，为二进制数字频率调制，也称二进制频移键控)，帧格式如下所示：

Preamble(2FSK)

SYNC(2FSK)

Data(2FSK)

其中，Preamble帧为随机接入前导码，用于帧检测；SYNC帧为同步码，用于帧同步，发送固定bit；Data帧为信息位，常用的帧格式中信息位不需要编码，直接调制到2FSK上发射。

由于现有的FSK技术较单一、带宽固定，且速率与覆盖相对固定，因此不能较好地适应多场景无线通信。例如，在非授权频谱中，带宽往往可以用到200KHZ，如果只是采用现有的固定2FSK方式则无法充分利用可用带宽，造成频谱资源的浪费。

另外，在现有的帧数据中由于没有无线信道编码，在衰落信道时或有干扰场景，导致误帧率很高。

发明内容

本申请提供了一种M-FSK调制方法，包括Preamble帧、SYNC帧和Data帧的帧结构进行M-FSK调制，具体包括如下子步骤：

设置Preamble帧的Preamble码的调制格式，使用设置的调制格式对Preamble码的符号进行发送；

根据调制阶数确定SYNC帧的调制比特数，并根据所支持的发送格式数确定SYNC码的比特数，将SYNC码编码后映射到SYNC帧；

使用不同的SYNC码定义不同的调制方式，将选定的调制方式对应的SYNC码在SYNC帧中发送，并使用选定的调制方式对帧结构的Data帧进行调制发送。

如上所述的M-FSK调制方法，其中，所述M-FSK调制方法兼容原有2FSK或2GFSK格式，Preamble码采用原有2FSK或2GFSK格式发送、SYNC码采用2FSK或2GFSK调制，SYNC码包含多种调制信息，若其中调制信息与原有2FSK或2GFSK格式一样，则Data帧采用原有2FSK或2GFSK格式；如果其中调制信息不一样，则Data帧的帧结构根据预先约定调制发射。

如上所述的M-FSK调制方法，其中，所述M-FSK调制方法的调制阶数M大于等于2，Preamble码的格式或所发送序列信息不同于原有2FSK或2GFSK格式。

如上所述的M-FSK调制方法，其中，所述Preamble码为重复序列，最小重复粒度为N个符号，N≥2，总的Preamble码符号数为N的整数倍；或所述Preamble码为使用2FSK或2GFSK调制的不重复的m序列。

如上所述的M-FSK调制方法，其中，所述Preamble不使用M-FSK调制，Preamble支持用CAZAC序列和ZadoffChu序列。

如上所述的M-FSK调制方法，其中，根据收发机约定确定SYNC码帧结构中的的调制比特数，具体为：设定SYNC码共有Z个符号，M-FSK调制，总共能够发送的比特数为N＝Z*log₂M，即得到N个固定比特。

如上所述的M-FSK调制方法，其中，根据所支持的发送格式数确定发送的信息比特数，具体为：设定所支持的发送格式数为n，则需要发送的信息比特数为K＝ceil(log₂n)，其中ceil函数表示向上取整。

如上所述的M-FSK调制方法，其中，SYNC帧需要发送信息比特数位K，SYNC帧总发送调制比特数位N，通过编码，把K比特信息编码位N比特。

如上所述的M-FSK调制方法，其中，对帧结构的Data码进行调制具体为：将数据输入数据调制模块进行调制，数据调制模块包括FEC子模块、扰码子模块、interleave子模块、N repetition子模块和调制子模块；其中，FEC子模块用于对数据进行前向纠错编码，interleave子模块用于对数据进行编码交织，N repetition子模块用于重复发送，N为重复次数；

数据进入数据调制模块后，选择直接进入调制子模块实现直接调制发送，或者选择进入FEC子模块、interleave子模块和N repetition子模块的至少一种，然后再进入调制子模块进行调制，或者在进入FEC子模块之后还选择进入扰码子模块。

如上所述的M-FSK调制方法，其中，还包括对帧结构的数据编码方式、调制频点数、频率间隔和符号速率进行配置。

本申请还提供一种M-FSK调制装置，所述装置执行上述任一项所述的M-FSK调制方法。

本申请还提供一种低功耗广域通信系统，其特征在于，所述系统包括所述M-FSK调制装置和M-FSK解调装置，所述M-FSK调制装置和所述M-FSK解调装置预先约定帧结构的调制方式，所述M-FSK解调装置根据Preamble码检测帧的存在并且获得时频同步，根据SYNC码解调出相应的发送格式，然后根据不同的发送格式解调Data帧相应数据。

本申请实现的有益效果如下：本申请通过M-FSK调制方法，既能够兼容2FSK，又可以采用更高阶的M-FSK调制技术进行调制，解决频谱利用率的问题，解决衰落信道造成的误码问题，有效提升覆盖，而且通过场景自适应或配置调制频点数、频率间隔和符号速率能够提高数据的传输速率或覆盖率。

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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的M-FSK调制方法流程图；

图2是数据部分调制方式的模块示意图；

图3为本申请实施例提供的低功耗广域通信系统示意图。

具体实施方式

下面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，本领域技术人员在没有做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。

在介绍本申请提供的一种M-FSK调制方法之前，先定义本申请基于M-FSK调制技术(本申请将其命名为Advanced M-FSK技术)的发送端帧结构，如下所示：

Preamble(M-FSK)

SYNC(M-FSK)

Data(M-FSK)

在本申请实施例中，Preamble帧用于帧检测和帧同步；SYNC帧指示数据发送格式；Data帧采用编码或无编码调制到M-FSK上发送，即支持不同的调制与编码策略(Modulationand Coding Scheme)。Preamble帧和SYNC帧既可以兼容现有的2FSK或2GFSK格式(即采用2FSK或2GFSK调制)，也可以采用更高阶的调制技术，即本申请实现的Advanced M-FSK调制技术中调制阶数M＝2ⁿ，n为整数且n≥1。另外，为了减少频谱泄露，M-FSK调制保持符号间相位连续，即M-CPFSK；为了进一步减少频谱泄露，增加高斯滤波，即M-GFSK；本申请中M-FSK包含此两种调制方式。

实施例一

本申请实施例一中，M-FSK调制方法兼容原有2FSK或2GFSK格式，Preamble帧采用原有2FSK或2GFSK格式发送、SYNC码采用2FSK或2GFSK调制，SYNC帧包含多种调制信息，若其中调制信息与原有2FSK或2GFSK格式一样，则Data帧采用原有2FSK或2GFSK格式；如果其中调制信息不一样，则Data帧的帧结构根据预先约定调制发射。

实施例二

本申请实施例二中，M-FSK调制方法的调制阶数M大于等于2，Preamble帧、SYNC帧和Data帧都采用M-FSK格式调制；

其中，Preamble帧的格式或所发送序列信息不同于原有2FSK或2GFSK格式；具体可以有以下几种形式：

①Preamble码可以为重复序列，最小重复粒度为N个符号，N≥2，总的Preamble码符号数为N的整数倍；

②所述Preamble码为使用2FSK或2GFSK调制的不重复的m序列，其中m序列是最长线性移位寄存器序列的简称，顾名思义，m序列是由多级移位寄存器或其延迟元件通过线性反馈产生的最长的码序列；在二进制移位寄存器中，若n为移位寄存器的级数，n级移位寄存器共有2n个状态，除去全0状态外还剩下2n-1中状态，因此它能产生的最大长度的码序列为2n-1位；

③Preamble码可以不同于原有格式，即可以不用M-FSK调制；Preamble支持用CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto Correlation)序列，如采用ZadoffChu序列，此序列恒包络特性，良好的相关性。

实施例三

本申请实施例三提供一种M-FSK调制方法，应用于低功耗广域通信系统中，低功耗广域通信系统包括M-FSK调制装置和M-FSK解调装置，所述M-FSK调制装置执行所述如图1所示的M-FSK调制方法，所述方法具体包括如下步骤：

步骤110、设置Preamble帧的Preamble码的调制格式，使用设置的调制格式对Preamble码进行发送；

本申请实施例中，Preamble码的符号可以采用M-FSK技术进行调制，且Preamble码为相对固定发送格式，收发机两端(即M-FSK调制装置和M-FSK解调装置)事先进行约定，也可以采用不重复m序列进行调制。

具体地，对于采用M-FSK技术进行调制，不同的调制阶数具有不同的频点调制信息，例如，2FSK的频点调制信息为[0,1]，4FSK的频点调制信息为[00 01 10 11]，8FSK的频点调制信息为[000 001 010 011 100 101 110 111]，依次类推可得任一调制阶数的频点调制信息；

然后从频点调制信息中选择相应的频点调制信息进行发送，可以是频点调制信息重复发送或不重复发送；对于重复发送，Preamble码具有重复特性，最小重复粒度为N个符号，N≥2，总的Preamble码符号数为N的整数倍，例如Preamble码的长度为Kbit，则对于2FSK，发送的Preamble码为[1 0 1 0 1 0……1 0]，共K个bit；对于调制阶数M＞2的情况，则可以选择M/i(i为整数且i≥1)个频点调制信息，例如对于4FSK，可以选择发送全部频点调制信息[00 01 10 11]进行重复发送，即发送的Preamble码为[00 01 10 11 00 01 1011……00 01 10 11]，共K个bit，也可以选择任意两个频点调制信息如[00 10]或[01 11]等进行重复发送，即发送的Preamble码为[00 10 00 10 00 10……00 10]，共K个bit；

Preamble也可以采用不重复序列。如采用m序列；m序列是最长线性移位寄存器序列的简称。顾名思义，m序列是由多级移位寄存器或其延迟元件通过线性反馈产生的最长的码序列。在二进制移位寄存器中，若n为移位寄存器的级数，n级移位寄存器共有2n个状态，除去全0状态外还剩下2n-1中状态，因此它能产生的最大长度的码序列为2n-1位。

例如，假设Preamble发送32个bit，则选择5个寄存器，寄存器初始状态为[0 1 0 01]，此时m序列周期为31，可以通过填零，使序列数为32，即：[1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 01 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0]；

另外，Preamble码也可以不同于原有格式，即可以不用M-FSK调制；Preamble支持用CAZAC(Constant Amplitude Zero Auto Correlation)序列。主要目的保证PAPR为零，要有良好的相关性；如采用ZadoffChu序列，此序列恒包络特性，良好的相关性；其中序列带宽根据M-FSK带宽确定，序列长度根据接收灵敏度需求确定。

步骤120、根据调制阶数确定SYNC帧的调制比特数，并根据所支持的发送格式数确定SYNC码的比特数，将SYNC码编码后映射到SYNC帧；

本申请实施例中，对帧结构中的SYNC码进行M-FSK调制，具体包括如下子步骤：

Step11、根据调制阶数确定SYNC帧的调制比特数；

假设SYNC码共有Z个符号，则对于M-FSK调制，则总共可以发送的比特数为N＝Z*log₂M，即得到N个调制比特数。

Step12、根据所支持的发送格式数确定SYNC码的比特数；

假设本申请提供的Advanced M-FSK调制技术支持n种发送格式，则需要发送的信息比特数为K＝ceil(log₂n)，其中ceil函数是matlab程序中表示朝正无穷方向取整的函数，例如支持16种发送格式，则需要发送的4bit的信息比特，即使用4bit信息表达16种发送格式；

进一步地，本申请还可以根据数据所支持的发送格式数以及相应接收机灵敏度，计算和确定SYNC帧需要发送的信息比特，保证SYNC码接收性能优于Data帧接收性能。

本申请实施例中，SYNC码所指示的调制技术所支持的发送格式与帧结构数据部分所选择的调制模式相关，在下述对数据部分的调制方式中进行详细阐述。

Step13、采用预设编码方式将SYNC码编码后映射到SYNC帧；

优选地，预设编码方式为短码性能较好的reed-muller码(差错控制编码技术)，也可以选用其他编码方式，在此不作限定；另外，本申请对于采用reed-muller码进行编码的方式为现有的编码方式，在此不作赘述。假设SYNC码共有N个符号，即能发送N个比特，若Advanced M-FSK需要K比特表示不同格式，则采用reed-muller码输出N比特调制到SYNC帧，且编码速率为K/N。

具体地，采用下式将SYNC码映射到SYNC帧：

X＝[x₀ x₁ ... x_n-2 x_n-1]

Z＝(X*G)mod2

其中，X为需要发送的信息比特，共有n位信息比特数，例如支持16种发送格式，则需要发送的信息比特数n为4，即X为4位信息比特；G为与信息比特数对应的编码生成矩阵，例如对于16种发送格式对应4位信息比特的情况，编码生成矩阵G具体为：

G_i,j为编码生成矩阵中第i行第j列的数据，i的取值为1到n，j的取值为0到m，m为支持的发送格式数，上述公式中计算得到的Z_j为SYNC帧。

步骤130、使用不同的SYNC码定义不同的调制方式，将选定的调制方式对应的SYNC码在SYNC帧中发送，并使用选定的调制方式对帧结构的Data帧进行调制发送；

本申请实施例中，帧结构的数据部分可以选择多种调制方式，包括但不限于直接调制发送、编码交织发送、编码后重复发送等；

图2为数据部分调制方式的模块示意图，如图2所示，数据调制模块包括FEC子模块、扰码子模块、interleave子模块、N repetition子模块和调制子模块；其中，FEC子模块用于对数据进行前向纠错编码，interleave子模块用于对数据进行编码交织(编码交织的目的是将较长的突发差错离散成随机差错，再使用纠正随机差错的编码技术消除随机差错，若交织深度越大则离散度越大，也即抗突发差错能力也越强)，N repetition子模块用于重复发送，重复次数N可根据实际需求设定，调制子模块采用gray映射方法，把相应的比特映射到频点；

具体地，帧结构数据部分的符号输入数据调制模块后，可以选择直接进入调制子模块，即实现直接调制发送，也可以选择进入FEC子模块、interleave子模块和Nrepetition子模块的至少一种，然后再进入调制子模块进行调制，或者在进入FEC子模块之后还可以选择进入扰码子模块，然后①选择进入interleave子模块、N repetition子模块的至少一个后再进入调制子模块，或②直接进入调制子模块。

本申请实施例中，对于上述不同的调制方式使用不同的信息比特来表示，不同的信息比特代表不同的发送格式，将调制所选择的发送格式在SYNC子帧中发送，下表1示例性的展示4位信息比特所代表的不同发送格式：

表1 4位信息比特所代表的不同发送格式

需要说明的是，上表1仅为4位信息比特所代表的16种不同发送格式的一种示例，4位信息比特中各个UCI所代表的发送格式含义可根据需求设定，在此不作限定；另外，对于其他位数信息比特所代表的发送格式可也根据实际需求设定，在此也不作限定。

进一步地，本申请实施例中，除了对于帧结构数据本身进行调制之外，还可以对调制频点数、载波间隔、符号速率、编码方式等影响帧数据传输的因素进行调制，具体如下：

①采用M-ary FSK调制方法，调制频点数、频率间隔和符号速率均可以调整；

具体地，本申请实施例中，采用M-ary FSK调制方法，调制的频点数可配置，如2，4，8等2^n个频点；

频率间隔deviation可以自定义，能够兼容不同载波间隔发送，载波间隔越大，对频偏越不敏感，如设置频率间隔为2deviation，也即载波间隔为2deviation，例如选择2KHz，1.875KHz，3.75KHz，7.5KHz等载波间隔；

符号速率也可设置，可以由载波间隔决定，再加上必要的循环前缀，也可以选择固定速率，如600Hz，1.2KHz，2.4Khz等；本申请的调制方式能够兼容不同的符号速率，符号速率越短，传输速率越高，对频偏也更不敏感，如设定符号速率为300个每秒，600个每秒或其他速率；

另外，为了避免相邻频点间干扰，最大化的保证不会因为相邻频点能量泄露导致多个比特错误，本申请优选设置相邻频点的调制信息仅有1比特产生变化，如采用Gray码方式映射，使得相邻频点只有一个bit变化；

下表2和3展示了采用4-FSK和8-FSK调制方式进行Gray码映射：

表2 4-FSK调制方式进行Gray码映射

4-FSK	mode
		00	-3deviation(频率间隔)
01	-1deviation
		11	1deviation
10	3deviation

表3 8-FSK调制方式进行Gray码映射

8-FSK	mode
		000	-7deviation
001	-5deviation
		011	-3deviation
010	-1deviation
		110	1deviation
111	3deviation
		101	5deviation
100	7deviation

进一步地，为了能够支持更多种不同的符号速率或载波间隔，则需要设置更多的发送格式，由此上表1中的SYNC码对应的4位信息比特不能代表全部的发送格式，因此本申请采用扩展SYNC(即Ext-SYNC)的方式支持更多发送格式，增加扩展SYNC后的帧结构如下所示：

Preamble(M-FSK)

SYNC(M-FSK)

Ext-SYNC(M-FSK)

Data(M-FSK)

其中，Preamble码和SYNC码均采用本申请提供的M-FSK调制方式进行调制，若需要支持多种发送格式，则将SYNC码设定为固定值1111(如表1所示1111表示有extendedSYNC)，代表有扩展的SYNC码，然后在Ext-SYNC码中设置发送格式；

需要说明的是，此处所提到的SYNC码固定值1111为预先设定的值，该固定值可以根据实际情况进行设定，如设定表1中的0000或其他值表示extended SYNC均可，在此不作限定。

②设定编码方式为分块编码，和/或设置编码方式为交织编码方式，且编码后可重复发送；

具体地，为了提高编码速率，可以选择分块编码，假设编码块为L字节，则输入bit数若为B，则编码块的数量为ceil(B/L)，即向上取整，不够bit采用填充补零的方式；

另外，编码方式还可以有多种形式，如咬尾卷积码，极化码，Turbo码等各种编码方式，优选可采用码率为1/2的咬尾卷积码；此外为了避免连续比特错误可以选择通过交织编码的方式进行编码，也或者为了进一步支持远距离覆盖，也可以支持编码交织后的重复发送。

本申请实施例中，如图3所示，所述低功耗广域通信系统包括解调网关和至少一个调制终端，每个调制终端均通过空口与解调网关通信；在每个调制终端中均包括调制芯片和终端射频天线模块，其中调制芯片可以为定制芯片或通用芯片，在调制芯片中集成M-FSK调制装置；解调网关包括解调芯片和网关射频天线模块，解调芯片也可以为定制芯片或通用芯片，在解调芯片中集成M-FSK解调装置；调制芯片将调制后的帧结构通过终端射频天线模块空口传输至网关射频天线模块，网关射频天线模块将帧结构传输至解调芯片，由解调芯片中的M-FSK调制装置对帧结构进行解调；

具体地，M-FSK调制装置和M-FSK解调装置预先约定帧结构的调制方式，M-FSK调制装置依据上述调制方式进行调制，M-FSK解调装置对应地依据上述调制方法进行解调；所述M-FSK解调装置根据Preamble帧检测帧的存在并且获得时频同步，根据SYNC帧解调出相应的发送格式，然后根据不同的发送格式解调Data帧相应数据。

采用本申请技术方案，能够达到如下技术效果：

(1)通过M-ary FSK调制和编解码方法不同格式发送，解决频谱利用率的问题，解决衰落信道造成burst误码问题，有效提升覆盖。

(2)M-FSK的峰值平均功率比PAPR＝1，M-FSK与2FSK有着同样天然的优势，发送符号功率相对于2FSK功率不变，且峰值平均功率比为一，符合低功耗通信。

(3)M-FSK每个符号发送比特位Log2(M)，因此4FSK每个符号发送2比特，而2FSK只有1比特，即同样功率的M-FSK相对于2FSK发送信息更多，相同的空口速率下，通过编码或重复发送，提升覆盖。

(4)通过帧格式设计，支持通过配置或自适应选取发送格式，在不同场景领域配置相应合适的发送格式，非常适合低功耗广域网的通信。具体地，在覆盖要求高的场景，充分利用带宽，增加编码和重复发送，增强覆盖；在容量要求高的场景，利用窄带发送技术，提升系统容量。

以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种M-FSK调制方法，其特征在于，对包括Preamble帧、SYNC帧和Data帧的帧结构进行M-FSK调制，所述M-FSK调制方法的调制阶数M大于等于2，Preamble帧用于帧检测和帧同步；SYNC帧指示数据发送格式；Data帧采用编码或无编码调制到M-FSK上发送，支持不同的调制与编码策略，所述方法具体包括如下子步骤：

设置Preamble帧的Preamble码的调制格式，使用设置的调制格式对Preamble码进行发送；

根据调制阶数确定SYNC帧的调制比特数，并根据所支持的发送格式数确定SYNC码的比特数，将SYNC码编码后映射到SYNC帧；其中，根据调制阶数确定SYNC帧的调制比特数，具体为：设定SYNC帧共有Z个符号，M-FSK调制，总共能够发送的比特数为δ＝Z*log₂M，即得到SYNC帧的调制比特数为δ；根据所支持的发送格式数确定SYNC码的比特数，具体为：设定所支持的发送格式数为n，则SYNC码的比特数为K＝ceil(log₂ n)，其中ceil函数表示向上取整；SYNC帧需要发送的SYNC码比特数为K，SYNC帧总发送调制比特数为δ，通过编码把K比特信息编码为δ比特；

2.如权利要求1所述的M-FSK调制方法，其特征在于，所述M-FSK调制方法兼容原有2FSK或2GFSK格式，Preamble码采用原有2FSK或2GFSK格式发送、SYNC码采用2FSK或2GFSK调制，SYNC码包含多种调制信息，若其中调制信息与原有2FSK或2GFSK格式一样，则Data帧采用原有2FSK或2GFSK格式；如果其中调制信息不一样，则Data帧的帧结构根据预先约定调制发射。

3.如权利要求1所述的M-FSK调制方法，其特征在于，所述M-FSK调制方法的调制阶数M大于等于2，Preamble码的格式或所发送序列信息不同于原有2FSK或2GFSK格式。

4.如权利要求3所述的M-FSK调制方法，其特征在于，所述Preamble码为重复序列，最小重复粒度为N个符号，N≥2，总的Preamble码符号数为N的整数倍；或所述Preamble码为使用2FSK或2GFSK调制的不重复的m序列。

5.如权利要求3所述的M-FSK调制方法，其特征在于，所述Preamble不同于原有2FSK或2GFSK格式，不使用M-FSK调制；Preamble支持用CAZAC序列和ZadoffChu序列。

6.如权利要求1所述的M-FSK调制方法，其特征在于，对帧结构的Data帧进行调制具体为：将数据输入数据调制模块进行调制，数据调制模块包括FEC子模块、扰码子模块、interleave子模块、N repetition子模块和调制子模块；其中，FEC子模块用于对数据进行前向纠错编码，interleave子模块用于对数据进行编码交织，N repetition子模块用于重复发送，N为重复次数；调制子模块采用gray映射方法，把相应的比特映射到频点；

数据进入数据调制模块后，选择直接进入调制子模块实现直接调制发送，或者选择进入FEC子模块、interleave子模块和N repetition子模块的至少一种，然后再进入调制子模块进行调制，或者在进入FEC子模块之后还选择进入扰码子模块，然后①选择进入interleave子模块、N repetition子模块的至少一个后再进入调制子模块，或②直接进入调制子模块。

7.如权利要求1所述的M-FSK调制方法，其特征在于，还包括对帧结构的数据编码方式、调制频点数、频率间隔和符号速率进行配置。

8.一种M-FSK调制装置，其特征在于，所述装置执行如权利要求1-7任一项所述的M-FSK调制方法。

9.一种低功耗广域通信系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求8所述的M-FSK调制装置和M-FSK解调装置，所述M-FSK调制装置和所述M-FSK解调装置预先约定帧结构的调制方式，所述M-FSK解调装置根据Preamble帧检测帧的存在并且获得时频同步，根据SYNC帧解调出相应的发送格式，然后根据不同的发送格式解调Data帧相应数据。

10.如权利要求9所述的低功耗广域通信系统，其特征在于，所述M-FSK调制装置和所述M-FSK解调装置均集成在定制芯片或通用芯片中，所述M-FSK调制装置所在的调制芯片设置在调制终端中，所述M-FSK解调装置所在的解调芯片设置在解调网关中，所述调制芯片将调制后的帧结构通过终端射频天线模块空口传输至网关射频天线模块，网关射频天线模块将帧结构传输至解调芯片，由解调网关中解调芯片集成的所述M-FSK解调装置进行解调。