CN113726713A - 一种时域复用频移啁啾键控调制及其正交调制扩展方法 - Google Patents

一种时域复用频移啁啾键控调制及其正交调制扩展方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113726713A
CN113726713A CN202110848713.3A CN202110848713A CN113726713A CN 113726713 A CN113726713 A CN 113726713A CN 202110848713 A CN202110848713 A CN 202110848713A CN 113726713 A CN113726713 A CN 113726713A
Authority
CN
China
Prior art keywords
chirp
signals
bits
time domain
frequency
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
CN202110848713.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113726713B (zh
Inventor
王�华
安世祥
何东轩
于泉涛
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.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
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 Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CN202110848713.3A priority Critical patent/CN113726713B/zh
Publication of CN113726713A publication Critical patent/CN113726713A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113726713B publication Critical patent/CN113726713B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/32—Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
    • H04L27/34—Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/32—Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
    • H04L27/34—Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems
    • H04L27/36—Modulator circuits; Transmitter circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/32—Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
    • H04L27/34—Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems
    • H04L27/38—Demodulator circuits; Receiver circuits
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

本发明提供一种时域复用频移啁啾键控调制及其正交调制扩展方法，能够提高数据传输速率和频谱效率，也保证误码率性能基本不变，大幅提高吞吐率。包括：时域复用频移啁啾键控调制系统发送端将输入到调制器的信息比特进行分组，将1个小组内的SF比特进行串并变换和格雷映射后选择周期频移的上啁啾信号，另1个小组的SF个比特经串并变换和格雷映射后选择周期频移的下啁啾信号，然后将携带信息的上下啁啾信号相加后进行传输；时域复用频移啁啾键控调制系统接收端接收信号，将接受信号分别与原始下啁啾信号和上啁啾信号相乘，并将分别相乘后的接收信号做离散傅里叶变换，从两个频谱中获得最高峰的位置信息，并解调出相应的发送信息比特。

Description

一种时域复用频移啁啾键控调制及其正交调制扩展方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，涉及一种时域复用频移啁啾键控调制及其正交调制扩展方法，适用于远距离(Long Range,LoRa)通信、啁啾扩频调制(Chirp spread spectrum,CSS)技术和频移啁啾调制(Frequency Shift Chirp Modulation,FSCM)技术的波形设计、传输方案及其正交调制扩展方案。
背景技术
LoRa作为一种低功耗广域物联网技术，已成功应用于大量物联网场景中，具有带宽可扩展、抗干扰能力强、接收灵敏度高的优势。LoRa采用啁啾扩频调制(CSS)信号调制数据，使得接收机具有较高的灵敏度，可以在较低的信噪比条件下准确恢复出信息。CSS信号分为上啁啾(up-chirp)信号和下啁啾(down-chirp)信号两种。
LoRa调制方式又被称为频移啁啾调制(FSCM)，采用上啁啾信号传递信息，其信号频率在一个符号周期内线性变化，其性能主要受其扩频因子(SF)和信号带宽(B)的影响，主要优势在于在同样的功耗条件下比其他无线调制方式传输距离更远，实现了低功耗远距离通信。LoRa调制能够在同样的功耗下比传统的无线通信距离扩大3-5倍，但LoRa调制通信范围的增加是以降低数据速率为代价得来的，相较传统正交相移键控(QPSK)、正交振幅键控(QAM)等调制方式其频谱效率不占优势。因此，在实际应用中，LoRa调制往往需要大幅牺牲频谱效率来提高传输可靠性。尽管LoRa调制技术提供了灵活的数据速率选择，但其最高可实现的数据速率对许多应用而言仍有不足，且随着其扩频因子增加，其频谱效率和数据传输效率也随之大幅降低。
在实际应用中，针对LoRa调制的能量效率和频谱效率的折衷考虑，有学者基于传统的LoRa调制解调方案提供了一种具有更高的数据速率的调制方案，通过在每个LoRa符号的初始阶段嵌入额外的信息比特来提高传统的LoRa调制的数据速率。信息位被分为两组，第一组确定了LoRa符号的初始频率，而第二组的相移键控(PSK)调制决定LoRa符号的初始相位。虽然在LoRa符号的初始阶段传送额外的信息比特可以提高可实现的数据速率，但接收器需要准确地估计信道状态信息(CSI)。同时接收机复杂度的增加、功耗的增加不仅会增加接收机成本，还降低了其电池寿命。因此，这样的解决方案在许多低成本的物联网系统中是不可行的。
有学者提出了另一种提高传统LoRa调制数据速率的方法，即同时使用交错啁啾和上啁啾的调制方式(Interleaved chirp spreading LoRa-based Modulation，ICS-LoRa)来使啁啾信号单位时间的携带比特数量翻倍，该方法不需要在接收端提供信道状态信息。虽然在这种ICS-LoRa调制中引入的交错啁啾有一个恒定的包络，但它们与基本的上啁啾信号有相当高的相关性，这种高相关性会直接导致了ICS-LoRa调制的误码率性能下降。
如果可以降低新引入的啁啾信号与基本上啁啾信号之间的相关性，则可以提高误码率性能。基于上述想法，有研究人员提出使用线性变化的下啁啾及其周期位移信号代替ICS-LoRa调制方案中使用的交错啁啾，命名为斜移键控LoRa(SSK-LoRa)调制。这种方法虽然并未造成严重的误码率性能下降，但在每个符号周期内只能多传输一比特，对系统数据速率和频谱效率的提升极为有限。
此外，有学者提出一种使用正交和同相分量来共同传输啁啾信号的正交啁啾调制(In-phase and Quadrature Chirp Spread Spectrum,IQCSS)，考虑到传统的LoRa调制接收端进行检测时，用于判决的信息集中于频域的实部，故而在调制过程使用同相分量和正交分量共同携带传递信息，使接收端频域的虚部也可用于判决，这样与传统的LoRa物理层方案相比，此方案的频谱效率提高了一倍。此方案可以与其他调制方法兼容，以进一步提高传输性能，本文也将据此提出将本发明扩展为正交调制方案的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种时域复用频移啁啾键控调制及其正交调制扩展方法，能够提高数据传输速率和频谱效率，也保证误码率性能基本不变，大幅提高吞吐率。
本发明通过以下技术方案实现。
一种时域复用频移啁啾键控调制及其正交调制扩展方法，包括：
时域复用频移啁啾键控调制系统发送端将输入到调制器的信息比特进行分组，将1个小组内的SF比特进行串并变换和格雷映射后选择周期频移的上啁啾信号，另1个小组的SF个比特经串并变换和格雷映射后选择周期频移的下啁啾信号，然后将携带信息的上下啁啾信号相加后进行传输；
时域复用频移啁啾键控调制系统接收端接收信号，将接受信号分别与原始下啁啾信号和上啁啾信号相乘，并将分别相乘后的接收信号做离散傅里叶变换，从两个频谱中获得最高峰的位置信息，并解调出相应的发送信息比特。
一种正交时域复用频移啁啾键控调制方法，其特征在于，包括：
正交时域复用频移啁啾键控调制系统发送端将传输信息比特分为每组4SF比特的若干组，对每组做串并变换后将每SF个比特首先转变为格雷码，再转变为十进制数，据此选择两个周期频移的上啁啾信号和两个周期频移下啁啾信号用于携带信息，取一组周期频移上下啁啾信号时间同步相加作为同相分量，将剩余的周期频移上下啁啾信号时间同步相加后作为正交分量叠加发送；
正交时域复用频移啁啾键控调制系统接收端接收信号，将所述接收信号分别与原始下啁啾信号和上啁啾信号相乘，并将接收信号做离散傅里叶变换，分别从两个频谱的实部和虚部中获得最高峰的位置信息，并解调出相应的发送信息比特。
本发明的有益效果：
本发明通过上啁啾信号和下啁啾信号同时传输不同比特数据的信息，相比于传统LoRa调制的一个符号周期内只能传递SF位比特信息，本发明能够在一个符号周期内传递2SF个比特信息(其中SF的取值范围一般为6到12)。
附图说明
图1为本发明时域复用频移啁啾键控调制方法发送端结构框图；
图2为本发明时域复用频移啁啾键控调制方法接收端结构框图；
图3为本发明正交时域复用频移啁啾键控调制系统发送端结构框图；
图4为本发明正交时域复用频移啁啾键控调制系统接收端结构框图；
图5(a)为未携带信息和携带信息wu的up-chirp时频图，(b)为未携带信息和携带信息wd的down-chirp时频图。
图6(a)为扩频因子SF＝7时，传统LoRa调制和所提的TDM-LoRa，IQTDM-LoRa调制的误码率性能比较，(b)为扩频因子SF＝9时，传统LoRa调制和所提的TDM-LoRa，IQTDM-LoRa调制的误码率性能比较，(c)为扩频因子SF＝11时，传统LoRa调制和所提的TDM-LoRa，IQTDM-LoRa调制的误码率性能比较。
图7(a)为扩频因子SF＝7时，传统LoRa调制和所提的TDM-LoRa，IQTDM-LoRa调制每秒内正确传递码元数目的比较，(b)为扩频因子SF＝9时，传统LoRa调制和所提的TDM-LoRa，IQTDM-LoRa调制每秒内正确传递码元数目的比较，(c)为扩频因子SF＝11时，传统LoRa调制和所提的TDM-LoRa，IQTDM-LoRa调制每秒内正确传递码元数目的比较。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1、2所示，本具体实施方式的一种时域复用频移啁啾键控调制方法，具体包括：
步骤一、时域复用频移啁啾键控调制系统(TDM-LoRa)发送端将输入到调制器的信息比特进行分组，每组2SF个比特，再将2SF个比特分为两个小组，每个小组SF个比特，将1个小组内的SF比特进行串并变换和格雷映射后选择周期频移的上啁啾信号，另1个小组的SF个比特经串并变换和格雷映射后选择周期频移的下啁啾信号，然后将携带信息的上下啁啾信号相加后进行传输。
在传统LoRa调制中，调制系统的频谱效率为：
Rb/B＝SF/(BT)＝SF/2SF (1)
其中Rb＝SF/T，为比特传输速率(单位时间内传输比特的数目)，T为符号周期，B为系统占用频谱带宽，且在传统LoRa调制中一般有BT＝2SF。
而根据上述方法改进后的TDM-LoRa调制的频谱效率为：
Rb/B＝2SF/(BT)＝SF/2SF-1 (2)
可以看出，相较于传统的LoRa调制，其提供的TDM-LoRa调制将调制系统的频谱效率和数据速率均提高为原来的两倍。
步骤二、时域复用频移啁啾键控调制系统(TDM-LoRa)接收端接收信号，将接受信号分别与原始下啁啾信号和上啁啾信号相乘，并将分别相乘后的接收信号做离散傅里叶变换，从两个频谱中获得最高峰的位置信息，并解调出相应的发送信息比特。
在具体实施时可以采用以下方式：
将接收信号做和采样、同步处理后，将接收信号r(n)与原始的离散上啁啾信号
Figure BDA0003179376610000061
对应位相乘得到gu(n)，将接收信号r(n)与原始的离散下啁啾信号
Figure BDA0003179376610000062
对应位置相乘得到gd(n)，并将相乘后所得的信号gu(n)、gd(n)分别做离散傅里叶变换(DFT)，得到gu(n)与gd(n)的频域表示：Gu(k)和Gd(k)，从Gu(k)与Gd(k)中分别找到频域采样点中相应的峰值，根据在2SF个频域采样点中出现峰值的位置，分别获得下啁啾信号和上啁啾信号所携带的信息。
如图3、4所示，本具体实施方式还提供一种正交时域复用频移啁啾键控调制方法，具体包括：
步骤一、正交时域复用频移啁啾键控调制系统(IQTDM-LoRa)发送端将传输信息比特分为每组4SF比特的若干组，对每组做串并变换后将每SF个比特首先转变为格雷码，再转变为十进制数，据此选择两个周期频移的上啁啾信号和两个周期频移下啁啾信号用于携带信息，取一组周期频移上下啁啾信号时间同步相加作为同相分量，将剩余的周期频移上下啁啾信号时间同步相加后作为正交分量叠加发送。
根据上述IQTDM-LoRa调制方案的频谱效率为：
Rb/B＝4SF/(BT)＝SF/2SF-2 (3)
其中Rb＝SF/T，为比特传输速率(单位时间内传输比特的数目)，T为符号周期，B为系统占用频谱带宽。可以看出，相较于传统的LoRa调制，调制系统的频谱效率和数据速率提高为原来的四倍。
步骤二：正交时域复用频移啁啾键控调制系统(IQTDM-LoRa)接收端接收信号，将所述接收信号分别与原始下啁啾信号和上啁啾信号相乘，并将接收信号做离散傅里叶变换，分别从两个频谱的实部和虚部中获得最高峰的位置信息，并解调出相应的发送信息比特。
在具体实施时可以采用以下方式：
将接收信号做和采样、同步处理后，将接收信号r(n)与原始的离散上啁啾信号su(n)对应位相乘得到gu(n)，之后将接收信号r(n)与原始的离散下啁啾信号sd(n)对应位置相乘得到gd(n)，并将相乘后所得的信号gu(n)、gd(n)分别做离散傅里叶变换(DFT)，得到gu(n)与gd(n)的频域表示：Gu(k)和Gd(k)，Gu(k)的实部表示为Gu,i(n)，虚部表示为Gu,q(n)，Gd(k)的实部表示为Gd,i(n)，虚部表示为Gd,q(n)，从Gu,i(n)、Gu,q(n)、Gd,i(n)与Gd,q(n)中分别找到频域采样点的实部和虚部中相应的峰值，根据在2SF个频域采样点中出现峰值的位置，分别获得同相分量和正交分量的下啁啾信号和上啁啾信号所携带的信息。
设带宽B＝125kHz，扩频因子SF＝7，符号周期T＝2SF/B，采样间隔Ts＝1/B，调制阶数M＝2SF＝128，信道为单边带噪声功率谱密度N0的加性高斯白噪声信道(AWGN)为例，每帧有1400比特。
实施例一：
下面针对所述一种时域复用频移啁啾键控调制方法进行详细分解：
步骤一：将一帧的1400比特分组为每组2SF＝14个比特，并将每组的2SF＝14个比特做串并变换。
步骤二：设每组第n个比特为d[n]，将前SF＝7个二进制比特转换为格雷码，并将格雷码转换为十进制数：
Figure BDA0003179376610000071
将剩余7个二进制比特变为格雷码后转换为十进制数：
Figure BDA0003179376610000081
步骤三：前SF＝7个比特的相应信息wu由循环移位的上啁啾信号携带，SF表示扩频因子，B表示符号带宽，符号采样间隔表示为Ts＝1/B，则携带信息wu的离散上啁啾信号表示为：
Figure BDA0003179376610000082
其中n＝0,1......2SF-1,同理，剩余7个比特的相应信息为wd，并由循环移位的下啁啾信号携带信息wd：
Figure BDA0003179376610000083
步骤四：将sLoRa,u(n,wu)与sLoRa,d(n,wd)时间对齐，同步相加后，得到相应的TDM-LoRa调制信号：
s(n)＝sLoRa,u(n,wu)+sLoRa,d(n,wd) (8)
将此调制信号发送给接收端。
步骤五：重复步骤二到四，直至将发送端所有的比特数全部调制为TDM-LoRa调制信号。
步骤六：在接收端做同步处理后，接收到相应的TDM-LoRa调制信号：
r(n)＝s(n)+ni(n) (9)
其中,ni(n)表示均值为0，方差为σ2＝N0/2的复高斯噪声，N0为单边带的噪声功率谱密度。
步骤七：将r(n)与sd(n)相乘，得到gd(n)：
Figure BDA0003179376610000091
，gd(n)＝gu,d(n)+gd,d(n)+ni(n)sd(n)，同理，将r(n)与su(n)相乘，可以得到得到gu(n)：
Figure BDA0003179376610000092
，gu(n)＝gu,u(n)+gd,u(n)+ni(n)su(n)。
步骤八：对gd(n)与gu(n)做离散时间傅里叶变换(DFT)，得到Gd(k)与Gu(n)，实际中采用快速傅里叶变化(FFT)来做简化运算：
Figure BDA0003179376610000093
Figure BDA0003179376610000094
步骤九：分别从Gd(k)和Gu(k)中找到最大值，并分别确定各自最大值所处在第
Figure BDA0003179376610000095
个与第
Figure BDA0003179376610000096
个频率采样点，所得
Figure BDA0003179376610000097
与
Figure BDA0003179376610000098
即为解调接收信号所得上下啁啾信号所携带十进制信息。
步骤十：将
Figure BDA0003179376610000099
和
Figure BDA00031793766100000910
转化为二进制数，并将所得二进制数逆向做格雷变换获得原来发送的二进制信息。
步骤十一：将所得的2SF＝14个比特数做并串变换。
步骤十二：重复步骤六到十一，直至将全部接收到的TDM-LoRa调制信号解调为相应的二进制比特数。
实施例二：
下面针对所述一种正交时域复用频移啁啾键控调制方法进行详细分解：
步骤一：将一帧的1400比特分组为每组4SF＝28个比特，并将每组的2SF＝14个比特做串并变换。
步骤二：设每组第n个比特为d[n]，将前SF＝7个二进制比特转换为格雷码，并将格雷码转换为十进制数：
Figure BDA0003179376610000101
将第二组7个二进制比特变为格雷码后转换为对应的十进制数：
Figure BDA0003179376610000102
将第二组7个二进制比特变为格雷码后转换为对应的十进制数：
Figure BDA0003179376610000103
将第二组7个二进制比特变为格雷码后转换为对应的十进制数：
Figure BDA0003179376610000104
步骤三：前SF＝7个比特的相应信息wu,i由循环移位的上啁啾信号携带，SF表示扩频因子，B表示符号带宽，符号采样间隔表示为Ts＝1/B，则携带信息wu的离散上啁啾信号表示为：
Figure BDA0003179376610000105
其中n＝0,1......2SF-1,同理，第二组7个比特的相应信息为wd,i，并由循环移位的下啁啾信号携带信息wd,i：
Figure BDA0003179376610000111
第三组7个比特的相应信息为wu,q，并由循环移位的上啁啾信号携带信息wu,q：
Figure BDA0003179376610000112
第四组7个比特的相应信息为wd,q，并由循环移位的上啁啾信号携带信息wd,q：
Figure BDA0003179376610000113
步骤四：将sLoRa,u,i(n,wu,i)与sLoRa,d,i(n,wd,i)时间对齐，同步相加后，得到一个相应的TDM-LoRa调制信号：
si(n)＝sLoRa,u,i(n,wu,i)+sLoRa,d,i(n,wd,i) (22)
将sLoRa,u,q(n,wu,q)与sLoRa,d,q(n,wd,q)时间对齐，同步相加后，得到相应另一个的TDM-LoRa调制信号：
sq(n)＝sLoRa,u,q(n,wu,q)+sLoRa,d,q(n,wd,q) (23)
将两个TDM-LoRa调制信号分别作为发送IQTDM-LoRa调制信号同相分量和正交分量，即：
s(n)＝si(n)+j·sq(n)
＝sLoRa,u,i(n,wu,i)+sLoRa,d,i(n,wd,i)+j·sLoRa,u,q(n,wu,q)+j·sLoRa,d,q(n,wd,q)(24)
步骤五：重复步骤二到四，直至将发送端所有的比特数全部调制为IQTDM-LoRa调制信号。
步骤六：在接收端做同步处理后，接收到相应的IQTDM-LoRa调制信号：
r(n)＝s(n)+ni(n) (25)
其中,ni(n)表示均值为0，方差为σ2＝N0/2的复高斯噪声，N0为单边带的噪声功率谱密度。
步骤七：将r(n)与sd(n)相乘，得到gd(n)：
Figure BDA0003179376610000121
gd(n)＝gu,i,d(n)+gd,i,d(n)+j·gu,q,d(n)+j·gd,q,d(n)+ni(n)sd(n)，同理，将r(n)与su(n)相乘，可以得到得到gu(n)：
Figure BDA0003179376610000122
gu(n)＝gu,i,u(n)+gd,i,u(n)+j·gu,q,u(n)+j·gd,q,u(n)+ni(n)su(n)。
步骤八：对gd(n)与gu(n)做离散时间傅里叶变换(DFT)，得到Gd(k)与Gu(n)，实际中采用快速傅里叶变化(FFT)来做简化运算：
Figure BDA0003179376610000123
Figure BDA0003179376610000124
取Gd(k)的实部部分Gd,i(k)和虚数部分Gd,q(k)，取Gu(n)的实部部分Gu,i(k)和虚部部分Gu,q(k)。
步骤九：分别从Gd,i(k)、Gd,q(k)、Gu,i(k)和Gu,q(k)中找到最大值，并分别确定各自最大值所处在第
Figure BDA0003179376610000131
和
Figure BDA0003179376610000132
个频率采样点，所得
Figure BDA0003179376610000133
与
Figure BDA0003179376610000134
即为解调接收信号所得同相、正交的上、下啁啾信号所携带十进制信息。
步骤十：将
Figure BDA0003179376610000135
和
Figure BDA0003179376610000136
转化为二进制数，并将所得二进制数逆向做格雷变换获得原来发送的二进制信息。
步骤十一：将所得的4SF＝28个比特数做并串变换。
步骤十二：重复步骤六到十一，直至将全部接收到的IQTDM-LoRa调制信号解调为相应的二进制比特数。
如图6的仿真结果可以看出，本发明基于LoRa调制提出的TDM-LoRa调制在提高两倍频谱效率的情况下，误码率性能在BER＝10-5时与传统LoRa调制相差0-1dB，且误码率间的差距随着扩频因子SF的增大而缩小，当SF较大时，可以在保证误码率性能优良的同时，获得更高的频谱效率。本发明提出的方案IQTDM-LoRa调制在提高四倍频谱效率的情况下，误码率性能在BER＝10-5时，随着扩频因子SF的增大，误码率性能与传统LoRa调制之间的差距逐渐减小，当SF＝11时，误码率性能甚至优于LoRa调制约0.5dB。
如图7的仿真结果可以看出，本发明TDM-LoRa调制技术在单位时间内成功传递的比特数约为传统LoRa调制技术的两倍，本发明扩展方案的IQTDM-LoRa调制技术在单位时间内成功传递的比特数约为传统LoRa调制技术的四倍，适用于需要较高速传输速率、信息传递准确、系统功耗低、且信息传输距离远的信息传递的场景。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种时域复用频移啁啾键控调制方法，其特征在于，包括：
时域复用频移啁啾键控调制系统发送端将输入到调制器的信息比特进行分组，将1个小组内的SF比特进行串并变换和格雷映射后选择周期频移的上啁啾信号，另1个小组的SF个比特经串并变换和格雷映射后选择周期频移的下啁啾信号，然后将携带信息的上下啁啾信号相加后进行传输。
2.如权利要求1所述的一种时域复用频移啁啾键控调制方法，其特征在于，
时域复用频移啁啾键控调制系统接收端接收信号，将接受信号分别与原始下啁啾信号和上啁啾信号相乘，并将分别相乘后的接收信号做离散傅里叶变换，从两个频谱中获得最高峰的位置信息，并解调出相应的发送信息比特。
3.如权利要求1或2所述的一种时域复用频移啁啾键控调制方法，其特征在于，所述分组采用以下方式：
每组2SF个比特，再将2SF个比特分为两个小组，每个小组SF个比特。
4.一种正交时域复用频移啁啾键控调制方法，其特征在于，包括：
正交时域复用频移啁啾键控调制系统发送端将传输信息比特分为每组4SF比特的若干组，对每组做串并变换后将每SF个比特首先转变为格雷码，再转变为十进制数，据此选择两个周期频移的上啁啾信号和两个周期频移下啁啾信号用于携带信息，取一组周期频移上下啁啾信号时间同步相加作为同相分量，将剩余的周期频移上下啁啾信号时间同步相加后作为正交分量叠加发送。
5.如权利要求4所述的一种正交时域复用频移啁啾键控调制方法，其特征在于，正交时域复用频移啁啾键控调制系统接收端接收信号，将所述接收信号分别与原始下啁啾信号和上啁啾信号相乘，并将接收信号做离散傅里叶变换，分别从两个频谱的实部和虚部中获得最高峰的位置信息，并解调出相应的发送信息比特。
CN202110848713.3A 2021-07-26 2021-07-26 一种时域复用频移啁啾键控调制及其正交调制扩展方法 Active CN113726713B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110848713.3A CN113726713B (zh) 2021-07-26 2021-07-26 一种时域复用频移啁啾键控调制及其正交调制扩展方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110848713.3A CN113726713B (zh) 2021-07-26 2021-07-26 一种时域复用频移啁啾键控调制及其正交调制扩展方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113726713A true CN113726713A (zh) 2021-11-30
CN113726713B CN113726713B (zh) 2023-02-17

Family

ID=78674020

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110848713.3A Active CN113726713B (zh) 2021-07-26 2021-07-26 一种时域复用频移啁啾键控调制及其正交调制扩展方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113726713B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114301495A (zh) * 2021-12-10 2022-04-08 河南工程学院 一种非相干LoRa系统下的软输出解调方法
CN114553268A (zh) * 2022-02-23 2022-05-27 广东工业大学 一种基于MIMO的非相干LoRa通信系统
CN114826323A (zh) * 2022-03-31 2022-07-29 浙江大学 一种面向星际通信链路的频移对称啁啾扩频调制与解调方法
CN114884534A (zh) * 2022-04-20 2022-08-09 中国地质大学（武汉） 基于LoRa的双载波斜坡键控调制解调方法及装置
CN115296695A (zh) * 2022-08-02 2022-11-04 北京邮电大学 一种基于扩频因子的速率恢复方法
CN115580511A (zh) * 2022-09-05 2023-01-06 深圳市国电科技通信有限公司 扩频调制的方法及装置
CN116318242A (zh) * 2023-02-17 2023-06-23 西安电子科技大学 一种提高编码lfm系统传输速率的软解调方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112161664A (zh) * 2020-09-27 2021-01-01 深圳市华奥通通信技术有限公司 水表系统和水表数据采集方法
CN112738001A (zh) * 2020-11-25 2021-04-30 北京智芯微电子科技有限公司 正交键控调制方法、解调方法、系统、发射机及接收机

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112161664A (zh) * 2020-09-27 2021-01-01 深圳市华奥通通信技术有限公司 水表系统和水表数据采集方法
CN112738001A (zh) * 2020-11-25 2021-04-30 北京智芯微电子科技有限公司 正交键控调制方法、解调方法、系统、发射机及接收机

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IVO BIZON FRANCO DE ALMEIDA; MARWA CHAFII; AHMAD NIMR; GERHARD F: "In-phase and Quadrature Chirp Spread Spectrum for IoT Communications", 《GLOBECOM 2020 - 2020 IEEE GLOBAL COMMUNICATIONS CONFERENCE》 *
MUHAMMAD HANIF AND HA H. NGUYEN: "Slope-Shift Keying LoRa-Based Modulation", 《IEEE INTERNET OF THINGS JOURNAL》 *
孙楠: "基于分数傅里叶变换的Lora调制与解调", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)信息科技辑》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114301495A (zh) * 2021-12-10 2022-04-08 河南工程学院 一种非相干LoRa系统下的软输出解调方法
CN114553268A (zh) * 2022-02-23 2022-05-27 广东工业大学 一种基于MIMO的非相干LoRa通信系统
US11799513B2 (en) 2022-02-23 2023-10-24 Guangdong University Of Technology Non-coherent long-range (LoRa) communication system based on multiple-input multiple-output (MIMO) technology
CN114826323A (zh) * 2022-03-31 2022-07-29 浙江大学 一种面向星际通信链路的频移对称啁啾扩频调制与解调方法
CN114826323B (zh) * 2022-03-31 2023-01-31 浙江大学 一种面向星际通信链路的频移对称啁啾扩频调制与解调方法
CN114884534A (zh) * 2022-04-20 2022-08-09 中国地质大学（武汉） 基于LoRa的双载波斜坡键控调制解调方法及装置
CN115296695A (zh) * 2022-08-02 2022-11-04 北京邮电大学 一种基于扩频因子的速率恢复方法
CN115296695B (zh) * 2022-08-02 2023-12-12 北京邮电大学 一种基于扩频因子的速率恢复方法
CN115580511A (zh) * 2022-09-05 2023-01-06 深圳市国电科技通信有限公司 扩频调制的方法及装置
CN116318242A (zh) * 2023-02-17 2023-06-23 西安电子科技大学 一种提高编码lfm系统传输速率的软解调方法
CN116318242B (zh) * 2023-02-17 2024-05-28 西安电子科技大学 一种提高编码lfm系统传输速率的软解调方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113726713B (zh) 2023-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113726713B (zh) 一种时域复用频移啁啾键控调制及其正交调制扩展方法
CN110266622B (zh) 一种正交多载波m元混沌调相扩频水声通信方法
CN101783781B (zh) 一种降低ofdm系统信号峰均功率比的信息传输方法
US20060250944A1 (en) Apparatus and method for transmitting bit-interleaved coded modulation signals in an orthogonal frequency division multiplexing system
RU2006101981A (ru) Комбинации сигналов для систем с несколькими несущими
CN101080907A (zh) 用于在多天线通信系统中传递正交导频音的方法和设备
CN1973467A (zh) 在通信系统中使用正交频分复用方案发射/接收导频信号的装置和方法
US20060291372A1 (en) Apparatus and method for reducing pilot overhead in a wireless communication system
CN113726704A (zh) 基于分组的频移啁啾扩频调制和解调方法
CN111294082B (zh) 一种基于扩频的并行传输ofdm通信方法与系统
CN101771644B (zh) 一种基于联合检测和软判决译码的信号接收方法
CN112003805B (zh) 联合时频索引调制多模差分混沌移位键控调制解调方法
JP4863262B2 (ja) 送信機，通信システム及び送信方法
CN113114600A (zh) 一种再差分排列索引的差分混沌移位键控调制器及方法
KR100769671B1 (ko) Ｍｂ-ｏｆｄｍ 송수신장치 및 그 신호처리 방법
CN109412998B (zh) 导频图案调制系统中的位置图案设计方法
CN102387105B (zh) 调制方法和装置
US11245434B2 (en) Low power long-range radio
KR20050081556A (ko) 초광대역 통신방법 및 장치
JP4538052B2 (ja) Ｏｆｄｍ信号の処理方法及びｏｆｄｍ送信機
Patel et al. A comparative performance analysis of OFDM using MATLAB simulation with M-PSK and M-QAM mapping
CN101150555A (zh) 编码方法与装置和解码方法与装置
JP2006511154A (ja) Ｏｆｄｍシステム用の送信機ダイバーシティ方法
CN115643140A (zh) 一种多级循环移位索引差分混沌移位键控系统与方法
US8548094B2 (en) Transmission device and modulation method

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