微跳频多址通讯系统的无线帧结构的制作方法

1.本技术涉及通讯领域，尤其涉及一种微跳频多址通讯系统的无线帧结构。


背景技术：

2.随着网络及通讯技术的进步，物联网已经开始兴起，当前在低功耗广域物联网领域，当前的主流技术是3gpp的nb-iot和lora的chirp扩频技术。
3.依托于lora的chirp扩频技术，一些厂商组成了lorawan联盟，但是lorawan并没有详细定义多个终端和基站(网关)之间的多址方式，而且lora提出的chirp扩频是一种独占频谱的扩频技术，在多用户同时使用信道时会发生冲突，无法共享频谱，或者说，当前物联网使用的恒包络技术并没有将频谱资源利用充分。为了避免多用户冲突，lora物理层本身提供了fhss技术，除此之外，有一些应用厂商采用了载波监听、冲突检测机制，如专利cn109526064a就是采用监听技术，还有一些应用厂商采用时分复用方式，如专利cn110278617a，采用的就是时分多址方式，但是，受chirp扩频信号独占频谱这一缺陷的限制，以上方法并没有在本质上解决频谱效率低的问题，还增加了组网复杂度。
4.专利cn112564843a提出一种全新的微跳频扩频技术，通过微跳频技术可以通过在时频两个维度设计不相关序列，实现基于互不相关的微跳频多址通讯，进一步，专利cn112564843a还提出可以采用mfsk线性微跳频产生类zc序列信号来实现微跳频多址通讯系统，但并没有给出具体的微跳频多址通讯的无线帧结构，可见，相关技术中不存在用于微跳频多址通讯的无线帧结构。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种微跳频多址通讯系统的无线帧结构，所述无线帧结构特别适用于线性微跳频低功耗调制的通讯系统，使用本发明提出的无线帧结构不但能够实现多用户互不相关的同时同频通讯，还能够高效快速的完成时频估计，进而完成数据解调。
6.首先为了简化系统，本发明采用线性微跳频图案进行扩频调制，因为线性规律简单，不必保存复杂的微跳频图案，而且，导频符号必须要线性的微跳频图案，因此数据符号也统一成线性微跳频图案，降低系统复杂度。
7.其次，为了保证不同用户的微跳频图案互不相关，在使用线性微跳频图案时，必须要求微跳频图案的大小为质数p，这样不同斜率r的线性微跳频图案才互不相关。
8.最后，由于使用线性微跳频图案进行时频估计时必须成对的使用，因此，为了保证互不相关的导频符号的种类不小于互不相关的数据符号的种类，导频符号的线性微跳频图案的大小一定要大于数据符号线性微跳频图案的大小的一倍。
9.根据上述特点本发明提供了一种微跳频多址通讯系统的无线帧结构，包括导频符号、同步符号以及数据符号的无线帧，其中，所述导频符号、所述同步符号以及所述数据符号均为采用线性微跳频图案进行扩频调制得到的。
10.其中，所述导频符号和所述同步符号采用的线性微跳频图案的大小为质数p1，所
述数据符号采用的线性微跳频图案的大小为质数p2，并且，floor(log2(p1))》floor(log2(p2))，floor()表示向下取整，log2为取以2为底的对数。
11.其中，导频符号由斜率分别为r和p1-r的线性微跳频符号依次排列构成，导频符号的数量大于等于3，用于时频估计。
12.其中，同步符号由斜率为r的线性微跳频符号构成，同步符号的数量大于等于2，用于帧同步，同步符号可以承载特定数据，一个同步符号承载的比特数为floor(log2(p1))。
13.其中，数据符号由斜率为r的线性微跳频符号构成，数据符号用于承载用户数据，数据符号调制数据的方法为微跳频循环频移调制或微跳频循环时移调制，一个数据符号承载的比特数为floor(log2(p2))。
14.同一用户使用的导频符号、同步符号、数据符号的线性微跳频图案的斜率r相同，且r的取值范围是1到(p2-1)的整数，即大小为p2的线性微跳频多址通讯系统可以支持(p2-1)个互不相关的用户同时同频通讯。
15.组网时，为了保证低功耗，基站侧和终端侧采用半双工通讯方式，即发送与接收不同时进行，且发送接收方使用的线性微跳频图案的斜率r相同。
附图说明
16.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
17.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是根据本技术实施例的微跳频多址通讯系统的无线帧结构的示意图；
19.图2是根据本技术实施例的原始微跳频图案的示意图；
20.图3是根据本技术实施例的微跳频循环频移调制数据为2的示意图；
21.图4是根据本技术实施例的微跳频循环时移调制数据为2的示意图。
具体实施方式
22.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
23.根据本技术实施例的一方面，提供了一种微跳频多址通讯系统的无线帧结构。图1是根据本技术实施例的微跳频多址通讯系统的无线帧结构的示意图，如图1所示，该无线帧结构为包括导频符号、同步符号以及数据符号的无线帧。
24.其中，所述导频符号、所述同步符号以及所述数据符号均为采用线性微跳频图案进行扩频调制得到的，所述导频符号和所述同步符号采用的线性微跳频图案的大小为质数p1，所述数据符号采用的线性微跳频图案的大小为质数p2，并且，floor(log2(p1))》floor(log2(p2))，floor()表示向下取整，log2为取以2为底的对数。
25.进一步地，所述导频符号由斜率分别为r和(p1-r)的线性微跳频符号依次排列构
成，所述导频符号的数量大于等于3，用于时频估计，其中，r为1:(p2-1)的正整数。
26.进一步地，所述同步符号由斜率为r的线性微跳频符号构成，所述同步符号的数量大于等于2，用于帧同步，所述同步符号用于承载特定数据，一个所述同步符号承载的比特数为floor(log2(p1))。
27.进一步地，所述数据符号由斜率为r的线性微跳频符号构成，所述数据符号用于承载用户数据，所述数据符号调制数据的方法为微跳频循环频移调制或微跳频循环时移调制，一个所述数据符号承载的比特数为floor(log2(p2))。
28.进一步地，同一用户使用的所述导频符号、所述同步符号以及所述数据符号的线性微跳频图案的斜率r相同，且r的取值范围是1到(p2-1)的整数，大小为p2的线性微跳频多址通讯系统支持(p2-1)个互不相关的用户同时同频通讯。
29.进一步地，所述微跳频多址通讯系统适用于长距低功耗通讯系统，发送接收采用半双工通讯方式，且发送接收方使用的线性微跳频图案的斜率r相同。
30.下面用一个具体的例子，来解释说明为什么这么设计无线帧结构，如图1所示，是微跳频多址通讯系统的无线帧结构图的例子，可包括3个的导频符号，2个同步符号，若干个数据符号。
31.这个例子里假设数据符号的扩频因子为8，即一个符号可以承载8个比特，那么一个符号的大小，即微跳频图案的大小p2为大于28的质数，一般取最小的大于28的质数，即p2为257，那么可以得知r的取值是1到256，导频符号的大小必须大于数据符号的两倍，这里取p1为大于29的最小质数，即p1为521，由图1可知，三个导频符号和两个同步符号的大小为521，数据符号的大小为257，这里假设用户使用的斜率值r为3，那么三个导频使用的斜率值分别是3、518、3或者是518，3，518，同步符号可以承载数据，这里默认选择同步符号承载的是基站侧id，这样非本小区的信号无法正确同步，就放弃接收，以降低系统功耗。
32.由于导频符号的大小p1是数据符号大小p2的两倍以上，那么导频符号的信噪比比数据符号信噪比大3db，利于信号搜索及时频估计，且时频估计得到频率分辨率将小于1/2的数据频点间隔，可以将频偏对数据的影响降到1/2个频点以下，导频符号的数量必须大于等于3的原因是必须使用一对斜率值不同的导频符号才能正确的估计时延和频偏，因为时延未知，因此必须发送3个导频符号，这样接收方才能捕捉到两个导频符号的循环移位样本。
33.同样，同步符号的信噪比也比数据符号的信噪比大3db，而且，同步符号的大小必须于导频符号的大小相同，这样，同步搜索的符号边界是以导频符号的大小为边界，才能正确搜到，同时，由于同步符号与数据符号的大小不同，大小不同的微跳频图案互不相关(甚至连符号都无法对齐)，因此，不可能在数据符号里发生误同步，增强了系统的鲁棒性，同时，同步符号大于两个，更加保证了不会出现误同步问题。
34.数据符号的采用微跳频循环频移调制，即数据大小n决定微跳频图案的频点在频域上向上或向下循环移动n位的调制，或，微跳频循环时移调制，即数据大小n决定微跳频图案的采样点在时域上向前或向后循环移动n位的调制，具体见图2、图3、图4，其中图2为原始微跳频图案(这里的例子非线性微跳频)，图3所示，为微跳频循环频移调制数据“2”的示意图，图4所示，为微跳频循环时移调制数据“2”的示意图，因此接收方可以采用频域相关方法得到频域峰值，对应的频域峰值位置即为接收数据，或者采用时域圆周相关法得到时域峰
值，对应的时域峰值位置即为接收数据，实际应用中，时域分辨率由采样率决定，而频域分辨率由符号大小(微跳频图案大小)决定，因此通常采用微跳频循环频移调制，由此可见频偏对数据解调的性能有很大影响，因此，数据符号的大小p2确定时，导频符号的大小p1设计的越大，时频估计出的频偏越准，数据解调的性能越佳。
35.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
36.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
37.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。