[发明专利]一种Chirp扩频通信系统接收机时间同步系统及方法

说明书

本发明提供一种Chirp扩频通信系统接收机时间同步系统及方法，系统的信噪比增强模块包含取模，获取增益，延时器，合并，取模消除了符号之间的相位差异，增益获取强化了有用信号；组合扩频调制模块使用组合Chirp信号进行扩频调制；在获取经过组合扩频调制，匹配滤波接收，信噪比增强的信号后通过判决模块中设定的噪声阈值，将匹配滤波后窄带脉冲的峰值查找缩小到一个符号周期内，峰值查找模块在这个符号周期内捕获峰值所在处的时刻实现时间同步。本发明通过在同步模块中添加判决模块来解决实际同步与理想同步相差整数倍个符号周期时所带来的同步时刻的误判，提高定时精度。同时，同步时刻搜索范围的缩小也降低了算法的复杂度。

技术领域

本发明涉及低功耗广域网领域，更具体地，涉及一种Chirp扩频通信系统接收机时间同步系统及方法。

背景技术

在关于物联网的众多无线技术中，低功耗广域网(LPWAN)中的LoRa技术是近些年的热点，LoRa是美国Semtech公司推广的一种基于扩频技术的长距离无线传输方案，具有低功耗、低成本、广覆盖、大连接的特点，而其中的扩频技术因抗干扰能力强、可进行多址通信、保密性好、抗多径干扰等特点，首先应用在军事通信中并得到了极大的重视，之后渐渐在民用通信中得到推广。

当前扩频技术主要有四种方法：直接序列扩频、跳频扩频、跳时扩频和线性调频，线性脉冲调频(CSS)属于线性调频，是LoRa协议的物理层关键技术。Chirp扩频是指在一个码元周期内，系统的载频线性地“扫过”一个频率范围，而后形成的一个大宽带的扫频信号。Chirp扩频通信采用了CCS作为物理层传输技术，具有低功耗、远距离、低复杂度和抗干扰能力强的优点。

在数字通信系统中，同步算法的优劣将直接影响到通信系统的可靠性，当同步算法性能差时有可能使得整个通信系统无法正常工作。Chirp系统在经过匹配滤波之后，Chirp信号输出脉冲的主瓣宽度和信号带宽成反比，由于CSS通信系统信号带宽很宽，脉冲持续时间短，确认窄带脉冲最佳采样时刻要求Chirp接收机的时间同步算法具有较好的性能。

在Chirp接收机中，常用的时间同步算法有门限法和峰值查找法。门限法是先设置一个较大的阈值，当匹配滤波器的输出值大于阈值时，即将此时刻作为同步时刻，此方法的特点是结构相对简单，在硬件方面容易实现，但是容易受噪声的干扰，当噪声干扰强时，有可能出现噪声干扰处时刻的值大于阈值，从而导致对压缩脉冲峰值处的误判。另外，在信号的传输环境较为恶劣时，将导致匹配输出的压缩脉冲峰值小于阈值，这时将会出现丢包现象。因此，在低信噪比及环境过于恶劣时门限法不适用。峰值查找法中初始值取大于噪声功率门限的值。设定有两个寄存器R₁、R₂，R₁存储初始值，R₂初始化为0，用来存储大于R₁的输入值I与R₂比较后的最大值。当对一个符号进行N点采样时，峰值查找法需要进行N次比较，但在硬件实现时难度较大。此后，有研究将干扰抑制技术引入CSS系统中，在一定程度上增强了抗干扰能力，但此方法存在一个缺陷，当实际同步采样与理想同步相差整数倍个符号周期时，采样值偏高，这将带来同步时刻的误判。因此，在Chirp扩频通信系统接收机中，寻找一种抗干扰能力强且能解决整数倍个符号周期采样误差所带来的同步误判的方法具有重大意义。

发明内容

本发明一种抗干扰能力强的Chirp扩频通信系统接收机时间同步系统。

本发明的又一目的在于提供一种Chirp扩频通信系统接收机时间同步方法，该方法算法复杂度低，定时精度高。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：