[发明专利]一种改进误码性能的基于多倍带宽采样的LoRa解调方法

说明书

本发明公开了一种改进误码性能的基于多倍带宽采样的LoRa解调方法。应用多倍带宽的采样频率对LoRa符号作时域采样；对采样点进行DeChirp运算；再对离散样点抽取单倍带宽采样点，估计LoRa符号的频率跳变点时刻；形成的估计值生成辅助变换信号，对DeChirp运算后的采样点进行时频关系变换，并整合为整段信号；对变换后的多倍带宽采样信号进行离散傅里叶变换运算；对离散傅里叶变换运算后的频谱利用谱峰搜索的LoRa解调方法恢复出原始信息。本发明基于多倍带宽采样的LoRa解调方法可改善远距离传输时低信噪比条件下的LoRa信号解调的误码性能，同时改善存在同步偏移时LoRa信号解调的误码性能。

技术领域

本发明属于LoRa信号解调领域；具体涉及一种改进误码性能的基于多倍带宽采样的LoRa解调方法。

背景技术

作为LPWAN典型技术之一的LoRa(Long Range)由Chirp信号发展而来，因其具有远距离、低功耗、抗多径干扰等一系列优点被广泛应用于物联网。Chirp信号一直以来都是雷达、声纳、航空航天和军事通信等领域的重要研究对象。LoRa调制是一种提高传统线性调频技术频谱利用率的新型调制技术，其本质是依据传输信息将Chirp信号循环移位，通过LoRa符号的初始频率承载传输信息。

近年来，随着物联网应用的不断拓展，现有研究中针对LoRa的调制解调方式与波形正交性进行了具体数学分析、详述了物理层的理论分析、指出具有相同扩频因子(SF)的终端设备之间存在冲突干扰、对LoRa调制的底层误码性能进行了严格理论分析，并推导出了加性高斯白噪声与Rayleigh衰落信道下的BER近似闭式表达、又针对多终端干扰进行了系统建模，并推导出多终端干扰系统下的BER表达。这些研究表明了诸多学者对LoRa物理层波形展开了深入研究和探索。

以上研究均采用传统单倍带宽采样的解调方式并致力于研究误码性能的表达，在物联网应用领域不断拓展与终端节点大规模提升的背景下，探索改进误码性能的LoRa解调算法具有重要研究意义。

LoRa解调技术的核心思想是相干解调，典型解调算法包括在接收端将接收信号与所有可能符号的复共轭相乘、与DownChirp信号相乘后再作离散傅立叶变换(DFT，DiscreteFourier Transform)。传统的LoRa解调方案虽然复杂度较低，但远距离传输时，随着接收信噪比的降低，该解调方案的误码性能将急剧下降。考虑到物联网的应用需求、当前A/D等数字处理技术的迅速发展、现有DSP的处理能力远高于LoRa解调的应用需求、以及部分学者针对谱峰搜索方法提出了新的快速算法，本发明面向信噪比恶化的传输条件，基于多倍带宽采样的思路，提出一种改进低信噪比条件下误码性能的LoRa解调方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于多倍带宽采样的LoRa信号解调方法，以改善远距离传输时低信噪比条件下的LoRa信号解调的误码性能，同时改善存在同步偏移时LoRa信号解调的误码性能。

本发明通过以下技术方案实现：

一种改进误码性能的基于多倍带宽采样的LoRa解调方法，所述LoRa解调方法包括以下步骤：

步骤1：应用多倍带宽的采样频率对LoRa符号作时域采样；

步骤2：对步骤1的采样点进行DeChirp运算；

步骤3：对步骤2的DeChirp运算后的离散样点抽取单倍带宽采样点，估计LoRa符号的频率跳变点时刻；

步骤4：基于步骤3的跳变点时刻估计值生成辅助变换信号，并以此对DeChirp运算后的采样点进行时频关系变换，从而将LoRa符号时频图的分段信号整合为整段信号；

步骤5：对步骤4变换后的多倍带宽采样信号进行离散傅里叶变换运算；

步骤6：对步骤5离散傅里叶变换运算后的频谱利用谱峰搜索的LoRa解调方法恢复出原始信息。