CN113055048A - 一种基于线性调频信号的扩频通信调制方法 - Google Patents

一种基于线性调频信号的扩频通信调制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及扩频通信领域，尤其涉及一种基于线性调频信号的扩频通信调制方法，应用于发送承载比特信息的符号，包括：预设每个符号需要承载的比特数；根据比特数划分每个符号占用的原始带宽以及原始时间长度；根据划分后的时间长度以及时间顺序，依次在划分后的每段带宽上发送一承载对应比特信息的线性调频信号。上述技术方案具有如下优点或有益效果：提供一种基于线性调频信号的扩频通信调制方法，用于定义发送承载比特信息的符号，本发明发送的符号由多个承载比特信息的线性调频信号组成，每个符号可承载多个比特的信息，同时，通过选择每个符号的时间长度，可以灵活的控制扩频增益。从而能够更便捷更方便地实现N比特的CSS调制。

Description

一种基于线性调频信号的扩频通信调制方法
技术领域
本发明涉及扩频通信领域，尤其涉及一种基于线性调频信号的扩频通信调制方法。
背景技术
现有的扩频通信技术主要分为：直接序列扩频、跳频和CSS扩频(Chirp SpreadSpectrum，线性调频扩频)技术。在CSS调制技术中，可以控制发射的射频脉冲信号在一个周期内，使其载频的频率作线性变化。通过CSS扩频技术可以极大提高接收器解调的载噪比门限，且通过信道纠错编码技术(比如汉明码)等可以再次提高接收器解调的灵敏度。
然而，如图1(a)-(d)所示，现有的CSS扩频技术的一种方式，可以基于IEEE802.15.4协议标准，采用四段频率线性递增的up-Chirp信号以及频率线性递减的down-Chirp信号的排列组合，相应的，只具有“00”、“01”、“10”以及“11”四种波形，在传输过程中只能传输四种两比特的信息，这限制了CSS扩频技术的应用灵活性。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种基于线性调频信号的扩频通信调制方法，应用于发送承载比特信息的符号，包括：
预设每个所述符号需要承载的比特数N；
根据所述比特数N划分每个所述符号占用的原始带宽以及所述符号对应的原始时间长度，使划分后的每段带宽用于承载一个比特的信息；
根据划分后的时间长度以及对应的时间顺序，依次在划分后的每段带宽上发送一承载对应比特信息的线性调频信号。
优选的，采用下述公式划分所述符号占用的原始带宽：
Figure BDA0002979266450000021
其中，
BW0用于表示所述线性调频信号的带宽；
BW用于表示所述符号占用的所述原始带宽；
N用于表示每个所述符号承载的比特数。
优选的，所述线性调频信号的时间长度均相等。
优选的，所述线性调频信号的时间长度采用下述公式表示：
Figure BDA0002979266450000022
其中，
T用于表示所述符号对应的原始时间长度；
T0用于表示所述线性调频信号的时间长度；
N用于表示每个所述符号承载的比特数。
优选的，以频率较高向频率较低的顺序划分每个所述符号占用的原始带宽。
优选的，以频率较低向频率较高的顺序划分每个所述符号占用的原始带宽。
优选的，所述线性调频信号为up-Chirp(频率线性递增)信号或down-Chirp(频率线性递减)信号中的其中一种。
优选的，所述up-Chirp(频率线性递增)信号表示0，所述down-Chirp(频率线性递减)信号表示1。
优选的，所述up-Chirp(频率线性递增)信号表示1，所述down-Chirp(频率线性递减)信号表示0。
优选的，所述线性调频信号对应的带宽的起始位置和终止位置采用下述公式表示为：
Figure BDA0002979266450000031
其中，
fstarti用于表示所述线性调频信号的起始位置，其中，i用于表示所述线性调频信号在所有所述线性调频信号中的排序序号；
BW用于表示所述符号占用的所述原始带宽；
N用于表示每个所述符号承载的比特数；
fterminationi用于表示所述线性调频信号的终止位置，其中，i用于表示所述线性调频信号在所有所述线性调频信号中的排序序号。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：提供一种基于线性调频信号的扩频通信调制方法，用于定义发送承载比特信息的符号，每个符号承载N比特，并根据比特数N划分每个符号占用的原始带宽以及符号对应的原始时间长度，并根据划分后的每段带宽、每段时间长度以及对应的时间顺序，依次放置承载对应比特信息的线性调频信号，使本发明发送的符号由多个承载比特信息的线性调频信号组成，每个符号可承载多个比特的信息，同时，通过选择每个符号的时间长度，可以灵活的控制扩频增益，从而能够更便捷更方便地实现N比特的CSS调制。
附图说明
图1(a)-(d)为现有技术中，一种常见的CSS调制方式；
图2(a)-(c)为本发明的优选实施方式中，比特数N为4时的信号示意图；
图3(a)-(b)为本发明的优选实施方式中，比特数N为5时的信号示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
一种基于线性调频信号的扩频通信调制方法，应用于发送承载比特信息的符号(Symbol)，包括：
预设每个符号需要承载的比特数N；
根据比特数N划分每个符号占用的原始带宽以及符号对应的原始时间长度，使划分后的每段带宽用于承载一个比特的信息；
根据划分后的时间长度以及对应的时间顺序，依次在划分后的每段带宽上发送一承载对应比特信息的线性调频信号。
具体地，考虑到现有技术中的CSS(Chirp Spread Spectrum，线性调频扩频)技术中，如图1(a)-(d)所示，通常采用四段up-Chirp(频率线性递增)信号以及down-Chirp(频率线性递减)信号的排列组合，相应的，只具有“00”、“01”、“10”以及“11”四种波形，在传输过程中只能通过四种不同的传输方式传输两比特的信息，这严重限制了CSS扩频技术的应用灵活性，由此本发明提供一种基于线性调频信号的扩频通信调制方法，可用于连续发送承载比特信息的多个符号，首先，预设每个符号需要承载的比特数N，其中，选定符号时间长度和占用的带宽，一般的“占用带宽×占用时间长度”越大，其扩频增益越大；再根据比特数N划分每个符号占用的原始带宽以及符号对应的原始时间长度，使划分后的每段带宽用于发送一个比特的信息，最后根据划分后的时间长度以及对应的时间顺序，依次在划分后的每段带宽上发送一承载对应比特信息的线性调频信号，相较现有技术，如IEEE802.15.4协议标准中发送的一个符号仅用于承载两比特信息而言，本发明通过划分一个符号占用的原始带宽以及对应的原始时间长度，使划分后的每个带宽及时间长度上对应发送承载比特信息的信号，也就是说，本发明定义的符号的方法不同于现有技术，本发明定义的符号可以由多个承载比特信息的线性调频信号组成，即，每个符号可承载多个比特的信息，同时，通过选择每个符号的时间长度，可以灵活的控制扩频增益，从而更便捷更方便地实现N比特的CSS调制。
本发明的优选实施方式中，采用下述公式划分符号占用的原始带宽：
Figure BDA0002979266450000061
其中，
BW0用于表示划分后的每段带宽；
BW用于表示符号占用的原始带宽；
N用于表示每个符号承载的比特数。
具体地，在带宽为BW的情况下，即现有技术中的符号原始占用的带宽为BW，初始位置为
Figure BDA0002979266450000062
终止位置为
Figure BDA0002979266450000063
时，可根据公式(1)划分每个符号占用的原始带宽，使划分后的每段带宽为
Figure BDA0002979266450000064
其中，占用的原始带宽可以为500KHz。
本发明的优选实施方式中，划分后的时间长度均相等。
本发明的优选实施方式中，采用下述公式划分所述符号对应的原始时间长度：
Figure BDA0002979266450000071
其中，
T0用于表示划分后的时间长度；
T用于表示所述符号对应的原始时间长度；
N用于表示每个符号承载的比特数。
具体地，在信号的时间长度为T，在划分后的每段带宽
Figure BDA0002979266450000072
上发送一承载对应比特信息的线性调频信号，相应地，当每段带宽上发送的线性调频信号的时间长度相同时，发送的每个线性调频信号的时间长度均为
Figure BDA0002979266450000073
其中，占用的原始时间长度可以为500us。
本发明的一种优选实施方式中，以频率较高向频率较低的顺序划分每个符号占用的原始带宽。
本发明的另一种优选实施方式中，以频率较低向频率较高的顺序划分每个符号占用的原始带宽。
本发明的一种优选实施方式中，线性调频信号为up-Chirp(频率线性递增)信号或down-Chirp(频率线性递减)信号中的其中一种。
本发明的另一种优选实施方式中，up-Chirp(频率线性递增)信号表示0，down-Chirp(频率线性递减)信号表示1。
本发明的优选实施方式中，up-Chirp(频率线性递增)信号表示1，down-Chirp(频率线性递减)信号表示0。
本发明的优选实施方式中，线性调频信号对应的带宽的起始位置和终止位置可以采用下述公式表示为：
Figure BDA0002979266450000081
其中，
fstarti用于表示线性调频信号的起始位置，其中，i用于表示线性调频信号在所有线性调频信号中的排序序号；
BW用于表示符号占用的原始带宽；
N用于表示每个符号承载的比特数；
fterminationi用于表示线性调频信号的终止位置，其中，i用于表示线性调频信号在所有线性调频信号中的排序序号。
实施例一
本实施例一提供一种比特数为4的基于线性调频信号的扩频通信调制方法，包括：
当每个符号需要承载的比特数N＝4时，
根据比特数4划分每个符号占用的原始带宽BW以及符号对应的原始时间长度T，划分后的四段带宽分别为
Figure BDA0002979266450000082
每段带宽均用于承载一个比特的信息；
根据划分后的时间长度
Figure BDA0002979266450000083
以及对应的时间顺序，在划分后的四段带宽
Figure BDA0002979266450000084
上依次发送四个承载对应比特信息的线性调频信号，四个线性调频信号对应的时间长度相等，即此处的符号由四个承载比特信息的线性调频信号组成。
此处的线性调频信号均可为up-Chirp(频率线性递增)信号或down-Chirp(频率线性递减)信号中的其中一种，up-Chirp(频率线性递增)信号可以表示0，down-Chirp(频率线性递减)信号可以表示1，可对应表示16种波形。
具体地，如图2(a)所示，表示“0101”时，对应的排序序号为1的线性调频信号为up-Chirp(频率线性递增)信号，其起始位置为
Figure BDA0002979266450000091
终止位置为
Figure BDA0002979266450000092
对应的排序序号为2的线性调频信号为down-Chirp(频率线性递减)信号，其起始位置为
Figure BDA0002979266450000093
终止位置为
Figure BDA0002979266450000094
对应的排序序号为3的线性调频信号为up-Chirp(频率线性递增)信号，其起始位置为
Figure BDA0002979266450000095
终止位置为
Figure BDA0002979266450000096
对应的排序序号为4的线性调频信号为down-Chirp(频率线性递减)信号，其起始位置为
Figure BDA0002979266450000097
终止位置为
Figure BDA0002979266450000098
进一步的地，还可如图2(b)所示，表示“0110”，或如图2(c)所示，表示“1100”。
实施例二
本实施例二提供一种比特数为5的基于线性调频信号的扩频通信调制方法，包括：
当每个符号需要承载的比特数N＝5时，
根据比特数5划分每个符号占用的原始带宽BW以及符号对应的原始时间长度T，划分后的四段带宽分别为
Figure BDA0002979266450000099
每段带宽均用于承载一个比特的信息；
根据划分后的时间长度
Figure BDA0002979266450000101
以及对应的时间顺序，在划分后的五段带宽
Figure BDA0002979266450000102
上依次发送五个承载对应比特信息的线性调频信号，五个线性调频信号对应的时间长度相等，即此处的符号由五个承载比特信息的线性调频信号组成。
此处的线性调频信号均可为up-Chirp(频率线性递增)信号或down-Chirp(频率线性递减)信号中的其中一种，up-Chirp(频率线性递增)信号可以表示0，down-Chirp(频率线性递减)信号可以表示1，可对应表示32种波形。
具体地，如图3(a)所示，表示“01100”时，对应的排序序号为1的线性调频信号为up-Chirp(频率线性递增)信号，其起始位置为
Figure BDA0002979266450000103
终止位置为
Figure BDA0002979266450000104
对应的排序序号为2的线性调频信号为down-Chirp(频率线性递减)信号，其起始位置为
Figure BDA0002979266450000105
终止位置为
Figure BDA0002979266450000106
对应的排序序号为3的线性调频信号为down-Chirp(频率线性递减)，其起始位置为
Figure BDA0002979266450000107
终止位置为
Figure BDA0002979266450000108
对应的排序序号为4的线性调频信号为up-Chirp(频率线性递增)信号，其起始位置为
Figure BDA0002979266450000109
终止位置为
Figure BDA00029792664500001010
对应的排序序号为5的线性调频信号为up-Chirp(频率线性递增)信号，其起始位置为
Figure BDA00029792664500001011
终止位置为
Figure BDA00029792664500001012
进一步地，还可如图3(b)所示，表示“11001”。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：提供一种基于线性调频信号的扩频通信调制方法，用于定义发送承载比特信息的符号，每个符号承载N比特，并根据比特数N划分每个符号占用的原始带宽以及符号对应的原始时间长度，并根据划分后的每段带宽、每段时间长度以及对应的时间顺序，依次放置承载对应比特信息的线性调频信号，使本发明发送的符号由多个承载比特信息的线性调频信号组成，每个符号可承载多个比特的信息，同时，通过选择每个符号的时间长度，可以灵活的控制扩频增益，从而能够更便捷更方便地实现N比特的CSS调制。
以上仅为本发明较佳的实施方式，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于线性调频信号的扩频通信调制方法，应用于发送承载比特信息的符号，其特征在于，包括：
预设每个所述符号需要承载的比特数N；
根据所述比特数N划分每个所述符号占用的原始带宽以及所述符号对应的原始时间长度，使划分后的每段带宽用于承载一个比特的信息；
根据划分后的时间长度以及对应的时间顺序，依次在划分后的每段带宽上发送一承载对应比特信息的线性调频信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于线性调频信号的扩频通信调制方法，其特征在于，采用下述公式划分所述符号占用的原始带宽：
Figure FDA0002979266440000011
其中，
BW0用于表示划分后的每段带宽；
BW用于表示所述符号占用的所述原始带宽；
N用于表示每个所述符号承载的比特数。
3.根据权利要求1所述的一种基于线性调频信号的扩频通信调制方法，其特征在于，划分后的时间长度均相等。
4.根据权利要求3所述的一种基于线性调频信号的扩频通信调制方法，其特征在于，采用下述公式划分所述符号对应的原始时间长度：
Figure FDA0002979266440000012
其中，
T0用于表示划分后的时间长度；
T用于表示所述符号对应的原始时间长度；
N用于表示每个所述符号承载的比特数。
5.根据权利要求1所述的一种基于线性调频信号的扩频通信调制方法，其特征在于，以频率较高向频率较低的顺序划分每个所述符号占用的原始带宽。
6.根据权利要求1所述的一种基于线性调频信号的扩频通信调制方法，其特征在于，以频率较低向频率较高的顺序划分每个所述符号占用的原始带宽。
7.根据权利要求1所述的一种基于线性调频信号的扩频通信调制方法，其特征在于，所述线性调频信号为up-Chirp(频率线性递增)信号或down-Chirp(频率线性递减)信号中的其中一种。
8.根据权利要求7所述的一种基于线性调频信号的扩频通信调制方法，其特征在于，所述up-Chirp(频率线性递增)信号表示0，所述down-Chirp(频率线性递减)信号表示1。
9.根据权利要求8所述的一种基于线性调频信号的扩频通信调制方法，其特征在于，所述up-Chirp(频率线性递增)信号表示1，所述down-Chirp(频率线性递减)信号表示0。
10.根据权利要求7所述的一种基于线性调频信号的扩频通信调制方法，其特征在于，所述线性调频信号对应的带宽的起始位置和终止位置采用下述公式表示为：
Figure FDA0002979266440000021
其中，
fstarti用于表示所述线性调频信号的起始位置，其中，i用于表示所述线性调频信号在所有所述线性调频信号中的排序序号；
BW用于表示所述符号占用的所述原始带宽；
N用于表示每个所述符号承载的比特数；
fterminationi用于表示所述线性调频信号的终止位置，其中，i用于表示所述线性调频信号在所有所述线性调频信号中的排序序号。
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