本发明属于通信领域，具体涉及一种高速率猝发通信方法及其系统。
背景技术：
随着物联网潮流的兴起，在实际需求中往往需要一个系统能够容纳尽可能多的通信单元，但是每个通信单元的信息容量并不需要太大，例如一个仓储库房作为一个智能化系统，管理者会希望将存储区域尽可能的进行细分，这样可以更快的更精准进行货物的存取与管理。每一个子区域作为一个通信节点，向管理终端报告本区域存储货物的货号、数量和剩余存储能力。可见要想实现这样一个系统，一般采用猝发通信的信息收发模式，尽可能扩大系统容量。
现有技术中有一种短波猝发通信系统，采用32倍扩频，码速率76.8kbps，1/2卷积纠错码，信息速率2.4kbps。在该系统中，每次发送有效信息前需要发送52个符号作为扩频码识别、同步和频差估计等任务。同时有效信息经过1/2纠错编码，需要发送的符号数量翻倍。可见，如果每次发送的有效信息数量较少，那么该系统的调制效率不会太高，造成浪费。如上所述，一般猝发通信的技术中都需要考虑信息的捕获与同步，为此通常的做法是在发送有效信息之前发送一段导频(前导)序列，借助导频捕获与跟踪、帧头捕获和相位跟踪等完成收发同步，同时为了保证通信质量，一般加入纠错编码技术，进而完成信息的传输功能。这样因为同步信号而导致的额外开销较大，调制效率低，尤其当整个网络节点数量大，但是每个节点发送数据量不大的情况下，低的调制效率将会制约网络节点数量和网络信息容量。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提出一种高速率猝发通信方法及其系统，以解决提高调制效率，降低工程实现难度和成本的问题。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提出一种高速率猝发通信方法，该方法包括如下步骤：
(1)使用CRC校验模块，对要发射的消息包进行CRC校验编码，并发送至差分编码模块；
(2)使用差分编码模块，将编码完成的数据进行差分编码，并发送至扩频调制模块；
(3)使用扩频调制模块，将经过差分编码的数据进行扩频调制，并通过发射端发出；
(4)使用AD转换器，在接收端对数据进行采样，再将采样信号分为I、Q两路送入低通滤波器；
(5)使用低通滤波器，将输出的I、Q两路信号分别送入扩频码匹配滤波器，由扩频码匹配滤波器进行数据解扩处理，并输出解扩数据；
(6)使用扩频码匹配滤波器，将输出结果分成两路，一路对I、Q信号进行平方和，得到解扩信号的场强，另一路将I、Q信号存入带有抽头的移位寄存器，抽头间隔为扩频码长度，抽头数量为发射端数量；
(7)使用位同步信号提取模块，将解扩信号的场强与噪声门限值进行比较，当出现以扩频码周期重复出现且大于噪声门限值的场强时，确定该周期峰值信号为相关峰，并利用相关峰的位置提取位同步信号；
(8)使用差分运算模块，利用位同步信号，将移位寄存器中的数据抽头读出，进行差分运算，送入CRC校验器；
(9)使用CRC校验器，在一个扩频码周期内完成数据的校验工作，如果校验成功，则认为接收数据为有效数据，反之为无效数据。
进一步地，步骤(1)中包长为32比特，使用CRC8进行校验编码，编码完成的数据为40比特。
进一步地，步骤(2)是将编码完成的40比特数据添加一个0比特作为差分初值，然后进行差分编码。
进一步地，步骤(3)是将经过差分编码的数据的每一个比特对应一个完整地扩频码周期然后与之相乘，完成扩频调制。
进一步地，在步骤(3)完成后，使用调制模块，将经过扩频调制的数据按照扩频码速率进行恒包络调制。
进一步地，采用MSK或SFSK调制进行所述恒包络调制。
进一步地，在步骤(4)中，通过AD转换器对数据进行零中频采样，或进行中频采样后在数字基带进行数字下变频，变成零中频信号。
进一步地，在步骤(5)中，匹配滤波器以扩频码速率输出解扩数据。
此外，本发明还提出一种高速率猝发通信系统，该系统包括：
CRC校验模块、差分编码模块、扩频调制模块、AD转换器、低通滤波器、扩频码匹配滤波器、位同步信号提取模块、差分运算模块和CRC校验器；其中，CRC校验模块，用于对要发射的消息包进行CRC校验编码，并发送至差分编码模块；差分编码模块，用于将编码完成的数据进行差分编码，并发送至扩频调制模块；扩频调制模块，用于将经过差分编码的数据进行扩频调制，并通过发射端发出；AD转换器，用于在接收端对数据进行采样，再将采样信号分为I、Q两路送入低通滤波器；低通滤波器，用于将输出的I、Q两路信号分别送入扩频码匹配滤波器，由扩频码匹配滤波器进行数据解扩处理，并输出解扩数据；扩频码匹配滤波器，用于将输出结果分成两路，一路对I、Q信号进行平方和，得到解扩信号的场强，另一路将I、Q信号存入带有抽头的移位寄存器，抽头间隔为扩频码长度，抽头数量为发射端数量；位同步信号提取模块，用于将解扩信号的场强与噪声门限值进行比较，当出现以扩频码周期重复出现且大于噪声门限值的场强时，确定周期峰值信号为相关峰，并利用相关峰的位置提取位同步信号；差分运算模块，用于利用位同步信号，将移位寄存器中的数据抽头读出，进行差分运算，送入CRC校验器；CRC校验器，用于在一个扩频码周期内完成数据的校验工作，如果校验成功，则认为接收数据为有效数据，反之为无效数据。
进一步地，系统还包括调制模块，用于将经过扩频调制的数据按照扩频码速率进行恒包络调制。
(三)有益效果
本发明结合物联网典型应用场景，利用新的算法，删除了导频(前导)序列，由于通信距离近，在保证通信可靠性的前提下，删除了纠错编码，用CRC校验码代替。本发明利用扩频码周期性和自相关性，通过扩频匹配滤波的输出计算出信号的位同步，同时利用CRC校验最大限度的降低了虚警概率和误码概率，数据调制效率高，通用性强，而且收发端结构简单，有利于低成本实现。
附图说明
图1为本发明实施例的猝发通信流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提供的高速率猝发通信方法，主要流程如图1所示，该猝发通信方法包括如下步骤：
(1)使用CRC校验模块，对要发射的消息包进行CRC校验编码。消息包的长度和CRC码长没有限制，信息包越长，调制效率越高，但是发送持续时间越长，而且接收端占用的解调资源越多。CRC码长越长，漏检率越低，但是调制效率越低。本实施例中的包长为32比特，使用CRC8进行校验编码，编码完成的数据为40比特。
(2)使用差分编码模块，将编码完成的40比特数据添加一个0比特作为差分初值，然后进行差分编码。
(3)使用扩频调制模块，将经过差分编码的数据的每一个比特对应一个完整地扩频码周期然后与之相乘，完成扩频调制。扩频码长没有限制，但是在相同码率的情况下，扩频码长度越长扩频增益越高，而信息速率越低，解扩所需资源越多。为了在接收端可以忽略频偏的影响，扩频码速率不能太低，本实施例中等于或大于200kbps。
(4)使用调制模块，将经过扩频调制的数据按照扩频码速率进行恒包络调制后，通过发射端发出。采用恒包络调制的目的是降低信号由于发射通道的非线性带来旁瓣的功率泄露。本实施例中采用最为常见的MSK或SFSK调制。
(5)使用AD转换器，在接收端对数据进行零中频采样，或进行中频采样后在数字基带进行数字下变频，变成零中频信号，再将采样信号分为I、Q两路送入低通滤波器。
(6)使用低通滤波器，将输出的I、Q两路信号分别送入扩频码匹配滤波器，由扩频码滤波器进行数据解扩处理，匹配滤波器以扩频码速率输出解扩数据。
(7)使用扩频码匹配滤波器，将输出的结果分成两路，一路对I、Q信号进行平方和，得到解扩信号的场强，另一路将I、Q信号存入带有抽头的移位寄存器，抽头间隔为扩频码长度，抽头数量为发射端数量，本实施例中抽头间隔为32，抽头数量为40。
(8)使用位同步信号提取模块，将解扩信号的场强与噪声门限值进行比较，当出现以扩频码周期重复出现且大于噪声门限值的场强时，确定该周期峰值信号为相关峰，并利用相关峰的位置提取位同步信号。
(9)使用差分运算模块，利用位同步信号，将移位寄存器中的数据抽头读出，进行差分运算，送入CRC校验器。
(10)使用CRC校验器，在一个扩频码周期内完成数据的校验工作，如果校验成功，则认为接收数据为有效数据，反之为无效数据。
本实施例选定扩频码长32，扩频码速率5MHz，包长32比特，CRC码长为8，调制波形为SFSK恒包络调制，支持256个通信节点。由此可以计算出一次猝发通信的时间只有大约256微秒，如果每个节点以一秒钟为周期发送一次，理论上在同一频点可以容纳的节点数将近4000个。考虑到发送随机碰撞、节点的发送周期、主机应答等因素的影响，实际可容纳的节点数虽然小于4000个，但是能够支持的节点数也远大于256个，足够满足大多数物联网的应用需求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。