[发明专利]一种高速传输的基于分数傅里叶变换的多路LoRa调制解调方法

说明书

本发明公开了一种高速传输的基于分数傅里叶变换的多路LoRa(MuLoRa)调制解调方法。分析单路LoRa的分数域谱特性，得到其分数域特性后，传输信息经过分数域调制得到LoRa的分数域离散谱；通过分数域调制得到单路LoRa分数域离散谱是线性独立；所有单路LoRa分数域离散谱经过信息调制端的线性叠加运算和分数傅里叶逆变换得到MuLoRa的时域波形向外发送；接收端对MuLoRa信号单倍采样后，得到各路LoRa信号叠加的时域离散信号；经过分数傅里叶变换得到各路信号所对应的分数域离散谱；通过谱峰检测获得各路信号对应的K_m，从而得到MuLoRa调制信号的原始传输信息。本发明用以解决目前LoRa技术传输速率有限的问题，也可为LoRa提供一种有效减少碰撞的多址接入方式。

技术领域

本发明属于无线通信的物理层调制领域；具体涉及一种高速传输的基于分数傅里叶变换(FRFT)的多路LoRa(MuLoRa)调制解调方法。

背景技术

LoRa是semtech公司创建的低功耗局域网无线标准。LoRa的含义即为Long RangeRadio远距离无线电，最大特点是在同样的功耗条件下，比传统的无线射频通信距离大3～5倍，是目前最为火热的物联网(IoT，Internet ofThings)技术之一。LoRa主要在非授权频段运行，其应用不需要依靠运营商的支持，可自建网络部署，布设快、成本低。除了物联网领域外，LoRa还可以被用于自组网、应急通信等领域。但是，LoRa的低功耗及远距离传输是以牺牲数据传输速率为代价的，传输速率随着传输距离的增加而降低，这对LoRa在未来更广阔领域的应用造成了限制。随着通信技术和人类社会的不断发展，智能家居、车联网、卫星物联网等物联网的应用场景也愈发多样，如果能在保持LoRa远距离、低功耗特性的同时，尽可能地提高信息传输速率，则会为LoRa提供在更广阔场景应用的更大的可能性。因此，本发明以提高LoRa传输速率为目标，在限定功率及不使用额外时频资源的条件下，提出一种提高原有LoRa传输速率的MuLoRa调制解调算法，在原有的LoRa时频资源块内同时传输多路LoRa信号，使信息传输速率得到成倍的提升。如果多路LoRa信号用于不同的终端用户，则该多路复用方法也可做为多址接入方法。

物联网是指通过各种硬件设备或软件协议，实现物与物、物与人之间的广泛连接，是最近几年研究的热点之一，有着广阔的发展前景。而为了满足物联网的通信需求，出现了一系列的技术和协议：低功耗广域网(LPWAN)，以尽可能低的功耗覆盖尽可能广的通信范围。

目前，LPWAN技术主要有LoRa、SigFox、LTE-Cat-m、NB-IoT等。这些技术基本都具有低功耗、低成本等特点，所用频段及技术各不相同。本专利主要涉及到提高LoRa传输速率的物理层调制技术。LoRa物理层使用的是一种基于线性调频的频移Chirp调制方式。线性调频技术是一种不需要伪随机编码序列的扩展频谱调制技术，频带宽度远大于信号带宽，所以可以获得很大的系统处理增益，以其固有的优势，在多个通信系统中得到了广泛的应用。线性调频信号也称为Chirp信号，而LoRa所使用的频移Chirp调制(FSCM)技术则是在其上发展而来，通过对基本Chirp信号的循环移位确定FSCM信号不同的起始频率，进而携带需要传输的信息。

LoRa最早由法国公司Cycleo推出，后于2012年被Semtech公司收购，目前LoRa的专利也由Semtech公司拥有，专利文件中并没有对详细技术细节包括核心的调制技术进行描述。而现有文献给出了严格的信号处理描述的调制与解调过程，同时说明LoRa调制在频率选择性衰落信道中具有一定的优越性。现有文献从时域和频域两方面对LoRa调制技术进行了分析，给出了时域信号的描述，证明只有当扩频因子较大时，LoRa才能被认为是近似正交调制，并且LoRa信号的频谱呈现菲涅尔积分特性。