[发明专利]一种基于线性调频信号的通信系统

说明书

本发明公开了一种基于线性调频信号的通信系统。该系统的数据帧包含前导码、报头、有效载荷(数据)和CRC校验码。前导码中保存两个个同步字用于接收数据流的同步，前导码的长度与同步字可以自定义。前导码结构中UpChirp(升频chirp信号)的长度可设置范围为6‑65536之间，默认为8个。短前导码有利于加快数据传输速率，长前导码主要用于唤醒设备，确认数据到来状态。为了减少功耗，节点在不工作时，处于休眠状态，但是会定时检测发射机信号的前导码，如果检测到的前导码就会准备接收数据，并发出中断或者将相关寄存器置1，外围软件通过定期查询或者相应中断来接收数据。本发明与传统的信道估计方法相比，接收机能够以低复杂度进行数据接收，且能够应对高动态多普勒漂移，提高系统通信稳定性。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是一种基于线性调频信号的通信系统。

背景技术

通信技术的发展，也促进了其他行业领域的发展，例如物联网(IoT)技术。1999年，物联网概念由麻省理工学院提出，早期是指依托射频识别(RFID)技术和设备，按约定的通信协议与互联网的结合，使物品信息实现智能化管理。如今物联网作为各类传感器和现有的互联网相互衔接的一个新技术，已经在各行各业拥有长足和可靠发展，物联网依托各类无线通信技术和标准，例如ZigBee,蓝牙，Wi-Fi，远距离的LTE等等，但这些技术都有自身的限制。Wi-Fi作为短距通信技术，有功耗低、成本低等特点，但通信距离极大限制了其发展；LTE的通讯距离较远，一个基站的覆盖范围能达到数公里，但其通讯设备价格高昂且功耗很高，无法在智慧城市和农业中进行广泛应用。因此，一种低功耗、覆盖范围大的通信技术—-低功耗广域网络(LPWAN)应运而生，并快速发展起来，其中最具代表性的就是LoRa技术。

全球来看，线性调频(Chirp)调制的研究是于19世纪中期从无线通信领域发展起来的，最早是因其较好的脉冲压缩性，被广泛应用于雷达测距之中。1962年，Chirp被国外学者M.R.Winkler首次应用在无线通信领域，因其提出上下扫频信号传输二进制数据的方法，即利用2两个极性相反的Chirp信号分别代表0和1，被称为Chirp-BOK。在解调端，此种调制方式利用Chirp调制信号的自相关特性进行处理，奠定了Chirp调制方法在通信系统的应用基础。1973年，Bemi和Gregg等人对Chirp-BOK调制方式的性能进行了更加深入的性能分析，提出在相干解调下，Chirp-BOK的BER属于中等，和一般的频率调制FSK以及相位调制技术PSK相似。1974年，Gott创造性地提出了把Chirp调制与传统的调制方式相互结合的方式，这种调制方式主要利用Chirp信号代替传统的扩频码，从而实现新型的通信模式。2004年，Brocato首次提出把Chirp扩频应用到短距离的无线通信领域，由此开启了Chirp在通信领域的长足发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于线性调频信号的通信系统，使得其接收机能够以低复杂度进行数据接收，且能够应对高动态多普勒漂移，提高系统通信稳定性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于线性调频信号的通信系统，该系统的数据帧包含前导码、报头、有效载荷(数据)和CRC校验码。前导码中保存两个个同步字用于接收数据流的同步，前导码的长度与同步字可以自定义。前导码结构中UpChirp(升频chirp信号)的长度可设置范围为6-65536之间，默认为8个。短前导码有利于加快数据传输速率，长前导码主要用于唤醒设备，确认数据到来状态。为了减少功耗，节点在不工作时，处于休眠状态，但是会定时检测发射机信号的前导码，如果检测到的前导码就会准备接收数据，并发出中断或者将相关寄存器置1，外围软件通过定期查询或者相应中断来接收数据。

报头用于指示数据传输长度、编码速率与类型，数据是否添加CRC，是否含有定时导频信号。报头留有4个保留位(默认为全0)，用于后续协议的升级，采用5位CRC比特对报头内容进行校验。