一种应用于物联网系统中Chirp调制方式的帧结构技术方案

本发明专利技术请求保护一种应用于物联网系统中Chirp调制方式的帧结构，应用于宽带无线微功率电力抄表系统，其包括：即前导部分、帧控制部分、帧间隔部分以及载荷数据部分，整个帧结构采用相同载波频率和相同无线带宽进行传输，前导部分和帧控制部分采用固定的调制速率进行传输，该调制速率选择载荷数据可支持的最低调制速率，载荷数据部分根据帧控制中的调制速率进行动态调整转换；前导部分用于接收端对帧的监听和搜索；帧控制部分用于指示载荷数据部分使用的解析参数，帧间隔部分用于接收端接收到调制速率之后进行接收载荷数据部分的射频调整时间，载荷数据部分用于承载高层中的协议信令和业务数据。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于物联网系统中Chirp调制方式的帧结构
本专利技术属于物联网中的通信系统领域，提出一种应用于物联网系统中Chirp调制方式的帧结构。
技术介绍
物联网应用场景和应用领域的多样化导致了通信需求的多样化，没有任何一种物联网通信模式能够涵盖所有的通信需求，即使到目前商用5G通信的阶段，也需要各种通信模式的补充。由于物联网无线通信系统中，通常只能使用共享频段，即不同的物联网系统竞争使用这些频段，导致了这些频段的无线干扰比较严重，信道底噪比较大，因此Chirp扩频通信在物联网通信中得到了推广使用，最为典型就是LoRaWAN系统。但是LoRaWAN系统支持速率比较低，不能满足某些对速率有要求的物联网传输情景。例如在电力抄表中，目前仅有使用频移键控(FSK)模式的窄带电力抄表，并且支持速率也比较低。根据电力部门需求，电力抄表需要支持500Kbps以上的速率，因此需要设计出支持更高传输速率的宽带无线微功率电力抄表系统。宽带无线微功率电力抄表系统采用的无线调制方式存在两种方式，一种采用OFDM调制方式，另外一种是Chirp调制方式。为了适应调制方式在实际场景中的使用，每种调制方式都需要有特定的帧结构模式。目前尚未存在确定的宽带无线微功率电力抄表的帧结构，其他的物联网系统，例如Lora物联网，窄带电力线抄表系统使用的调制方式，传输数据量大小，数据组织方式以及信道编解码都不同，所以帧结构也不适用于宽带无线微功率电力抄表系统。本专利技术提出了一种满足宽带无线微功率电力抄表系统需求的帧结构，该系统采用Chirp调制方式，并且在实际的测试中得到证实。
技术实现思路
本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种应用于物联网系统中Chirp调制方式的帧结构。本专利技术的技术方案如下：一种应用于物联网系统中Chirp调制方式的帧结构，应用于宽带无线微功率电力抄表系统，帧结构中的每个比特数据采用Chirp方式进行调制和解调，其包括：即前导部分、帧控制部分、帧间隔部分以及载荷数据部分，整个帧结构采用相同载波频率和相同无线带宽进行传输，前导部分和帧控制部分采用固定的调制速率进行传输，该调制速率选择载荷数据可支持的最低调制速率，载荷数据部分根据帧控制中的调制速率进行动态调整转换；前导部分用于接收端对帧的监听和搜索；帧控制部分用于指示载荷数据部分使用的解析参数，帧间隔部分用于接收端接收到调制速率之后进行接收射频调整时间，载荷数据部分用于承载高层中的协议信令和业务数据；所述帧控制部分由同步码、调制速率、码率、载荷物理块数目、载荷物理块长度以及校验部分组成，其中，同步码字段为固定的码字，接收端使用同步码确定帧控制部分的起始位置；调制速率字段用于指明载荷数据部分使用的Chirp调制速率，即确定帧结构中载荷数据部分的传输速率；码率字段用于指明载荷数据部分在进行信道编码时候采用的编码效率；载荷物理块数目字段用于指明载荷数据部分中包含的物理块数目；载荷物理块长度字段用于指明载荷数据部分的物理块长度；校验字段指明同步码、调制速率物理块数目以及载荷物理块长度字段的奇偶校验比特。进一步的，所述前导部分由前导码构成，前导码可以根据实际环境需求采用变长方式。进一步的，所述帧间隔部分由帧间隔字段组成，采用固定长度的码字，起到填充作用。进一步的，所述载荷承载数据部分即载荷数据块，由一块控制块和多个物理块组成，其中控制块采用固定长度字节组成，物理块数目和每个物理块字节长度分别由帧控制部分的载荷物理块数目和载荷物理块长度确定。进一步的，前导码采用长度可变方式时，当物联网系统使用N(N≧1)个频点进行组网时，发送端在N个频点中随机选择一个频点，接收端不确定发送端具体使用的频点，那么接收端对N个频点依次进行扫描，需要前端码长度为单频点前导码的N倍，首先确定发送端使用的频点，然后才能进行帧数据接收。进一步的，宽带无线微功率电力抄表系统选择使用的带宽为4MHz或2MHz或1MHz或500KHz，规定总带宽的10％为保护带宽，占据带宽上下边缘的5％，根据实际部署场景。进一步的，所述码率字段采用了Turbo编码方式，编码的码率即匹配打孔速率支持1/2，16/18以及1/3。进一步的，所述帧控制中的同步码、调制速率、物理块数目和载荷物理块长度字段还需进行奇偶比特校验，具体含义为：同步码、调制速率、物理块数目和载荷物理块长度字段的比特1数目为偶数，则校验字段为0，反之则校验字段为1。进一步的，所述载荷数据部分的总长度＝16+载荷物理块数目x载荷物理块数据长度。本专利技术的优点及有益效果如下：本专利技术提出了一种物联网系统中Chirp调制方式的帧结构，解决了宽带无线微功率电力抄表系统的帧结构问题，为采用Chirp调制方式的物联网系统提供一种完整的帧结构定义。该帧结构定义的优点。第一：采用前导部分，帧控制部分以及载荷部分设计，其中前导部分采用可变长设计，有利于物联网采用多频组网。假设使用N个频点组网，前导需要N个长度的单频点前导长度即可，组网频点数目改变，不需要改变接收机电路。以往物联网则需要建网之前确定，或是采用专用的信令协调完成。第二：帧结构中使用的Chirp调制速率和码率，经过严格仿真和实际测试得出，其性能比未定义的调制速率和码率好。并且采用定义的帧结构，可以在帧控制部分中灵活指示载荷数据部分的调制速率和码率。第三：在帧控制部分和载荷数据部分之间增加了帧间隔部分，在以往帧结构中没有这个部分，所以只支持前导，帧控制和载荷数据部分采用相同的射频参数；或是对物联网设备的射频提出过高要求，不利于物联网低成本设计原则。附图说明图1是本专利技术提供优选实施例一种应用于物联网系统中Chirp调制方式的帧结构示意图；图2是宽带无线微功率电力抄表带宽定义；图3是宽带无线微功率电力抄表帧结构；图4是接收端搜索前导码的原理；图5是帧结构中的载荷数据部分。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：本专利技术提出了一种采用Chirp调制方式的宽带无线微功率电力抄表系统的帧结构，该帧结构由三个部分组成，即前导部分、帧控制部分、帧间隔部分以及载荷数据部分。整个帧结构采用相同载波频率和相同无线带宽进行传输，前导部分和帧控制部分采用固定的调制速率进行传输，该调制速率选择载荷数据可支持的最低调制速率，载荷数据块根据帧控制中的调制速率进行动态调整转换。具体如图1所示。前导部分由前导码字段构成，前导码可以根据实际环境需求采用变长方式，该部分主要用于接收端对帧的监听和搜索。帧控制部分由同步码，调制速率，码率，载荷物理块数目，载荷物理块长度以及校验部分组成。其中，同步码字段为固定的码字，接收端使用同步码确定帧控制部分的起始位置。调制速率字段指明载荷数据部分使用的Chirp调制速率，即确定帧结构中载荷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于物联网系统中Chirp调制方式的帧结构，应用于宽带无线微功率电力抄表系统，帧结构中的每个比特数据采用Chirp方式进行调制和解调，其特征在于，包括：/n即前导部分、帧控制部分、帧间隔部分以及载荷数据部分，整个帧结构采用相同载波频率和相同无线带宽进行传输，前导部分和帧控制部分采用固定的调制速率进行传输，该调制速率选择载荷数据可支持的最低调制速率，载荷数据部分根据帧控制中的调制速率进行动态调整转换；前导部分用于接收端对帧的监听和搜索；帧控制部分用于指示载荷数据部分使用的解析参数，帧间隔部分用于接收端接收到调制速率之后进行接收射频调整时间，载荷数据部分用于承载高层中的协议信令和业务数据；所述帧控制部分由同步码、调制速率、码率、载荷物理块数目、载荷物理块长度以及校验部分组成，其中，同步码字段为固定的码字，接收端使用同步码确定帧控制部分的起始位置；调制速率字段用于指明载荷数据部分使用的Chirp调制速率，即确定帧结构中载荷数据部分的传输速率；码率字段用于指明载荷数据部分在进行信道编码时候采用的编码效率；载荷物理块数目字段用于指明载荷数据部分中包含的物理块数目；载荷物理块长度字段用于指明载荷数据部分的物理块长度；校验字段指明同步码、调制速率物理块数目以及载荷物理块长度字段的奇偶校验比特。/n...

【技术特征摘要】
1.一种应用于物联网系统中Chirp调制方式的帧结构，应用于宽带无线微功率电力抄表系统，帧结构中的每个比特数据采用Chirp方式进行调制和解调，其特征在于，包括：
即前导部分、帧控制部分、帧间隔部分以及载荷数据部分，整个帧结构采用相同载波频率和相同无线带宽进行传输，前导部分和帧控制部分采用固定的调制速率进行传输，该调制速率选择载荷数据可支持的最低调制速率，载荷数据部分根据帧控制中的调制速率进行动态调整转换；前导部分用于接收端对帧的监听和搜索；帧控制部分用于指示载荷数据部分使用的解析参数，帧间隔部分用于接收端接收到调制速率之后进行接收射频调整时间，载荷数据部分用于承载高层中的协议信令和业务数据；所述帧控制部分由同步码、调制速率、码率、载荷物理块数目、载荷物理块长度以及校验部分组成，其中，同步码字段为固定的码字，接收端使用同步码确定帧控制部分的起始位置；调制速率字段用于指明载荷数据部分使用的Chirp调制速率，即确定帧结构中载荷数据部分的传输速率；码率字段用于指明载荷数据部分在进行信道编码时候采用的编码效率；载荷物理块数目字段用于指明载荷数据部分中包含的物理块数目；载荷物理块长度字段用于指明载荷数据部分的物理块长度；校验字段指明同步码、调制速率物理块数目以及载荷物理块长度字段的奇偶校验比特。


2.根据权利要求1所述的一种应用于物联网系统中Chirp调制方式的帧结构，其特征在于，所述前导部分由前导码构成，前导码可以根据实际环境需求采用变长方式。


3.根据权利要求1所述的一种应用于物联网系统中Chirp调制方式的帧结构，其特征在于，所述帧间隔部分由帧间隔字段组成，采用固定长度的码字，起到填充作用。


4.根据权利要求1所述的一种应用于物联网系统中Chirp调制方式的帧结构，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：周红，
申请(专利权)人：重庆源联信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50