[发明专利]基于低复杂度的chrip信号发生器的CSS发射机设计方法

说明书

本发明提供的基于低复杂度的chrip信号发生器的CSS发射机设计方法，通过设计一种Chirp信号发生器，能够根据调节控制信号，自由设定Chirp信号的带宽、扩频因子、中心频率及Chirp信号的方向，提高了信号发生器的灵活性；在此基础上，实现了在很低的复杂度下直接将Chirp扩频信号调制到通频带，有效降低生成不同频带的信号发生器的复杂度。

技术领域

本发明涉及扩频通信及短距离无线通信技术领域，更具体的，涉及一种基于低复杂度的chrip信号发生器的CSS(Chirp Spread specturm)发射机设计方法。

背景技术

国内外研究的Chirp信号发生器大部分应用于Chirp超宽带雷达系统中，通信领域主要应用在室内无线定位等领域。现如今物联网技术发展的如火如荼，短距离无线通信技术在物联网中有新的应用，为了填补在低功耗物联网通信技术领域低复杂度的Chirp扩频技术应用的空白。

Chirp信号又称线性调频信号，它以很快的速度扫过频率，信号的持续期间信号连续的线性变化，使得信号的频谱占据一定的带宽。当扫频带宽为B，扫频时间为T时，基本的信号时域表达式为：

其中f₀为中心频率，a(t)为线性调频的脉冲包络。

Chirp信号的相位瞬时频率为f(t)＝f₀+μt，瞬时频率f(t)与时间t呈线性变化关系，变化的斜率则由扫频速率μ控制。μ代表了Chirp信号的速率，也就是还说Chirp信号扫频随时间变化的速度。可以表示为：

μ的正负表示Chirp信号的扫频方向。

如图1所示，当取“+”号时，表示Chirp信号的瞬时频率随着时间而增加，为上扫频Chirp信号(Up-Chirp)；

如图2所示，当取“-”号时，表示Chirp信号的瞬时频率随着时间而减小，为下扫频Chirp信号(Down-Chirp)。

上扫频Chirp信号和下扫频Chirp信号的扫频速率、带宽和时宽都是相同的。

Chirp信号的时间带宽积TB简称TB积，是衡量Chirp信号的一个重要标准。Chirp扩频的调制阶数为M×2^SF＝TB，SF(Spreading Factor)为扩频因子，其中M表示每个CSS符号携带扩频因子的位数。在基带，每个CSS符号包含M个复数采样点，以等于信号带宽B的速率发送出去。

传统的Chirp信号常用的产生方法有两种：模拟法和数字法，其中Chirp信号的模拟产生法又可以分为有源法和无源法。有源法如图3利用一定速率的模拟信号(如三角波、锯齿波等)控制压控振荡器(VCO)产生所需的Chirp信号。无源法主要采用声表面波(SAW)滤波器来产生Chirp信号，该方法能够产生高频率和高带宽的Chirp信号。

模拟有源法易实现、结构简单、灵活性高，对雷达系统中低截获有所帮助，广泛应用于雷达(RADAR)系统中，但是这种方法所产生的脉冲起始振荡新相位不相干，不适合与数字基带系统设计。

无源法主要采用声表面波(SAW)滤波器来产生Chirp信号。该方法能够产生高频率和高带宽的Chirp信号，在现代的室内定位chirp扩频通信系统中应用比较广泛。但是产生的Chirp信号的频率和宽带都是固定不变的，在Chirp扩频通信技术中较为常见，但是SAW器件一经过生产定型，扫频起始频率和扫频时宽就确定了，无法更改故采用SAW器件的Chirp系统灵活性差，且SAW器件制作工艺要求精度高、条件苛刻，所以成本较高，价格昂贵。

Chrip信号的数字产生方法主要是采用直接数字合成(DDS)技术来产生Chirp信号。数字法能够产生大时宽、大带宽、高稳定性的Chirp信号，DSS技术产生的信号的特点是频率分辨率高、频率转换时间短。