【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通信，尤其涉及一种基于扩频因子索引的远距离无线电通信方法及相关装置。
技术介绍
1、当代物联网发展趋势中面临着不同应用场景所带来的丰富需求，传统无线通信技术已无法满足现阶段物联网低功耗，低成本的需求。为了解决这个问题，工业界和学术界直接从物联网的三大特性出发，提出了低功耗广域网（low power wide area network,lpwan）的概念。作为一种新型无线通信网络，lpwan不仅可以利用低功耗传输技术实现公里级的远距离通信，其终端设备还具有较低的硬件复杂度。这些优良的特性使其能够很好地满足现阶段物联网低功耗广覆盖的需求。其中，远距离无线电广域网(long range radiowide area network，lorawan)具有独特的网络架构、安全服务、网络接入模式、定位服务和灵活的终端工作模式，被认为是物联网部署自由度最高的lpwan技术。
2、远距离无线电（long range radio，lora）调制技术是lorawan的物理层传输技术，其采用的lora信号是啁啾扩频调制的一种，本质是对啁啾信号进行循环移位，所以又称为frequency shift chirp modulation (fscm)或者frequency shift chirp spreadspectrum (fscss)，具有抗噪声和抗无线衰落等优良特性，使其在工业界和学术界都得到了广泛关注。lora技术相比于其他lpwan技术，成本低，部署灵活，具有良好的抗多普勒性能，更为重要的是lora在传输距离、接收灵敏度
3、影响lora通信速率的有两个因素：带宽和扩频因子sf，其中符号传输速率可以表示为，增大带宽bw能提高通信速率，但是同时会降低lora系统的灵敏度及缩短无线通信距离；在带宽有限的情况下，想要提高通信速率只有减少sf，但是同时会缩减通信范围。目前已经存在许多有关于提升lora传输速率的研究，如针对lora调制技术的优化设计，然而这些优化改进往往以牺牲接收机复杂度和ber性能为代价，况且其最大速率面对当前高速发展的智能家居、智慧城市和车联网等应用场景的需求时仍有所不足。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种基于扩频因子索引的远距离无线电通信方法及相关装置，用于解决现有lora调制技术的通信速率较低导致其应用范围受限的技术问题。
2、本专利技术第一方面提供了一种基于扩频因子索引的远距离无线电通信方法，包括：
3、在一个符号周期内，基于可选扩频因子数和可调传输速率参数将多个信息比特划分为多个索引比特和多个调制比特；
4、基于所述可选扩频因子数和所述可调传输速率参数，按照预设组合数规则将所述索引比特映射为元素序号集；
5、基于预设序列映射表，将所述元素序号集映射为扩频因子序列；基于扩频因子序列的多种扩频因子，分别生成各扩频因子对应的第一啁啾信号；其中，扩频因子序列为，，扩频因子序列共有k种扩频因子；
6、基于所述扩频因子序列，将多个调制比特分别转换为与各扩频因子关联的十进制符号；将各十进制符号调制成承载信号，并将承载信号分别与关联的扩频因子的第一啁啾信号相乘，得到各扩频因子关联的第二啁啾信号；
7、叠加所有所述第二啁啾信号，得到传输信号，并将所述传输信号发送至接收机。
8、进一步的，所述索引比特的比特数目由所述可选扩频因子数和所述可调传输速率参数所确定；
9、所述调制比特的比特数目由所述可选扩频因子数和所述扩频因子序列所确定。
10、进一步的，所述基于所述可选扩频因子数和所述可调传输速率参数，按照预设组合数规则将所述索引比特映射为元素序号集的步骤，包括：
11、将所述索引比特转换为十进制信息；
12、基于所述可选扩频因子数和所述可调传输速率参数，按照预设组合数规则将所述十进制信息映射为元素序号集；其中，所述元素序号集为单调递减且长度与所述可调传输速率参数相同的序列。
13、进一步的，还包括：
14、接收经过一个时不变且频率平坦的信道后的传输信号，得到接收信号；将所述接收信号分别乘以多种扩频因子的基础chirp信号的共轭信号，得到多种解调频信号；
15、对所有所述解调频信号进行离散傅里叶变换，得到离散傅里叶变换结果；
16、将所有所述离散傅里叶变换结果从大到小进行排序，并选取前k个离散傅里叶变换结果组成目标序列，基于所述目标序列确定扩频因子序列；
17、索引扩频因子序列确定索引信息；基于扩频因子序列，对接收信号进行解调，得到调制信息；
18、分别对所述索引信息和所述调制信息进行串并转换，得到输出比特流。
19、进一步的，所述基于扩频因子序列，对接收信号进行解调，得到调制信息的步骤，包括：
20、基于扩频因子序列，将接收信号划分为多个信号子块；
21、分别对所述信号子块依次进行解调频、离散傅里叶变换和峰值检测，确定每个子块的峰值的索引值；
22、基于所有所述信号子块关联的索引值，确定调制信息。
23、本专利技术第二方面提供了一种基于扩频因子索引的远距离无线电通信系统，包括：发射机和接收机；所述发射机，用于将在一个符号周期内的信息比特调制成多种第二啁啾信号，叠加所有第二啁啾信号得到传输信号并将所述传输信号发送至接收机；
24、所述发射机包括比特分割器、比特映射器、索引选择器、啁啾信号发生器、进制转换器和调制器；
25、所述比特分割器分别连接所述比特映射器和所述进制转换器，用于基于可选扩频因子数和可调传输速率参数将多个信息比特划分为多个索引比特和多个调制比特，并将所述索引比特发送至所述比特映射器，将所述调制比特发送至所述进制转换器；
26、所述比特映射器连接所述索引选择器，用于基于所述可选扩频因子数和所述可调传输速率参数，按照预设组合数规则将所述索引比特映射为元素序号集，并将所述元素序号集发送至所述索引选择器；
27、所述索引选择器与所述啁啾信号发生器相连接，用于基于预设序列映射表，将所述元素序号集映射为扩频因子序列；基于扩频因子序列的多种扩频因子，分别生成各扩频因子对应的第一啁啾信号；其中，扩频因子序列为，，扩频因子序列共有k种扩频因子；
28、所述进制转换器和所述调制器相连接，用于基于所述扩频因子序列，将多个调制比特分别转换为与各扩频因子关联的十进制符号；将各十进制符号调制成承载信号，并将承载信号分别与关联的扩频因子的第一啁啾信号相乘，得到各扩频因子关联的第二啁啾信号；
29、进一步的，所述比特映射器连接所述索引选择器，具体用于将所述索引比特转换为十进制信息；基于所述可选扩频因子数和所述可调传输速率参数，按照预设组合数规则将所述十进制信息映射为元素序号集；其中，所述元素序号集为单调递减且长度与所述可调传输速率参数相同的序列。
【技术保护点】
1.一种基于扩频因子索引的远距离无线电通信方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的远距离无线电通信方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的远距离无线电通信方法，其特征在于，所述基于所述可选扩频因子数和所述可调传输速率参数，按照预设组合数规则将所述索引比特映射为元素序号集的步骤，包括：
4.根据权利要求1所述的远距离无线电通信方法，其特征在于，还包括：
5.根据权利要求4所述的远距离无线电通信方法，其特征在于，所述基于扩频因子序列，对接收信号进行解调，得到调制信息的步骤，包括：
6.一种基于扩频因子索引的远距离无线电通信系统，其特征在于，包括：发射机和接收机；所述发射机，用于将在一个符号周期内的信息比特调制成多种第二啁啾信号，叠加所有第二啁啾信号得到传输信号并将所述传输信号发送至接收机；
7.根据权利要求6所述的远距离无线电通信系统，其特征在于，所述比特映射器连接所述索引选择器，具体用于将所述索引比特转换为十进制信息；基于所述可选扩频因子数和所述可调传输速率参数，按照预设组合数规则将所述十进制信息
8.根据权利要求6所述的远距离无线电通信系统，其特征在于，所述接收机包括扩频因子序列生成单元、索引检索器、解调器和转换单元；
9.一种基于扩频因子索引的远距离无线电通信设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器：
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行权利要求1-5任一项所述的远距离无线电通信方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于扩频因子索引的远距离无线电通信方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的远距离无线电通信方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的远距离无线电通信方法，其特征在于，所述基于所述可选扩频因子数和所述可调传输速率参数，按照预设组合数规则将所述索引比特映射为元素序号集的步骤，包括：
4.根据权利要求1所述的远距离无线电通信方法，其特征在于，还包括：
5.根据权利要求4所述的远距离无线电通信方法，其特征在于，所述基于扩频因子序列，对接收信号进行解调，得到调制信息的步骤，包括：
6.一种基于扩频因子索引的远距离无线电通信系统，其特征在于，包括：发射机和接收机；所述发射机，用于将在一个符号周期内的信息比特调制成多种第二啁啾信号，叠加所有第二啁啾信号得到传输信号并将所...
【专利技术属性】
技术研发人员：方毅，曾灏，聂波，马焕，马定妃，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：
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