一种正交分段连续调频波的生成方法及系统

1.本发明涉及信息通信技术领域，尤其涉及一种正交分段连续调频波的生成方法及系统。


背景技术：

2.低功耗广域网技术是一种新型网络技术，可以提供一种超低功耗、长距离的网络通信方式，在智慧农业、智慧城市、工业互联网等典型物联网应用中具有广阔的应用前景。
3.在低功耗广域网中，节点通过网关接入到网络，节点和网关之间的信号调制和解调方式决定了网络的基本性能。已有的低功耗广域网计算，如lora，使用调频连续波(css)的方式进行信号调制，通过将整个频谱上的能量集中到单一频率，可以实现极低信噪比下的信号传输，进而实现低功耗和长距离的网络通信。但是，在多节点并发传输的场景下，不同节点发送的调频连续波会互相干扰，导致解码失败，因此，多个节点无法并行发送数据包，只能通过时间维度上的调度避免信号干扰。其中，对于调频信号的生成，尚未有比较理想的生成方法。


技术实现要素：

4.本发明提供一种正交分段连续调频波的生成方法及系统，用以解决现有技术中无法在同一信道上同时传输数据的缺陷。
5.第一方面，本发明提供一种正交分段连续调频波的生成方法，包括：
6.获取预设分段连续调频波；
7.基于所述预设分段调频波，采用预设排列集合进行计算，得到一组两两正交的分段连续调频波集合。
8.进一步地，所述获取预设分段连续调频波，具体包括：
9.获取具有预设个数、相等预设时长且频域不重叠的子载波，其中每个子载波为连续调频波；
10.设置每个子载波的子载波周期、子载波带宽和子载波起始频率，由所述子载波带宽除以所述子载波周期得到频率随时间变化速率，基于所述子载波带宽、所述子载波周期、所述频率随时间变化速率和子载波起始频率，得到每个子载波信号表示；
11.基于所述预设个数获得第一数字排列，基于所述第一数字排列得到任一个子载波起始频率，将所有子载波起始频率代入所述每个子载波信号表示中，得到所述第一数字排列对应的所述预设分段连续调频波。
12.进一步地，所述第一预设数字排列的排序和所述具有预设个数的子载波一一对应。
13.进一步地，所述基于所述预设分段调频波，采用预设排列集合进行计算，得到一组两两正交的分段连续调频波集合，具体包括：
14.基于所述预设个数获得第二数字排列，由多个第二数字排列得到数字排列集合，
令所述预设个数为质数；
15.获取任意的第一整数和第二整数，基于所述第一整数和所述第二整数得到所述第二数字排列的第一线性表达式；
16.获取任意的第三整数和第四整数，基于所述第三整数、所述第四整数和所述第一线性表达式，得到第二线性表达式，根据所述第二线性表达式得到的新排列插入到所述第二数字排列对应的集合中；
17.根据所述数字排列集合中的预设个数减1个排列，生成对应的预设个数减1个分段连续调频波。
18.进一步地，所述获取任意的第一整数和第二整数，基于所述第一整数和所述第二整数得到所述第二数字排列的第一线性表达式，具体包括：
19.由所述第一整数分别乘以所述第二数字排列中的每个分项之后和所述第二整数相加，并将相加后的每个分项分别和预设个数取余后进行相乘，得到所述第一线性表达式。
20.进一步地，获取任意的第三整数和第四整数，基于所述第三整数、所述第四整数和所述第一线性表达式，得到第二线性表达式，具体包括：
21.所述第三整数设置为从2到所述预设个数减1，所述第四整数为任意整数；
22.将所述第三整数乘以所述第一线性表达式，加上所述第四整数，得到所述第二线性表达式。
23.第二方面，本发明还提供一种正交分段连续调频波的生成系统，包括：
24.获取模块，用于获取预设分段连续调频波；
25.计算模块，用于基于所述预设分段调频波，采用预设排列集合进行计算，得到一组两两正交的分段连续调频波集合。
26.进一步地，所述获取模块，具体用于：
27.获取具有预设个数、相等预设时长且频域不重叠的子载波，其中每个子载波为连续调频波；
28.设置每个子载波的子载波周期、子载波带宽和子载波起始频率，由所述子载波带宽除以所述子载波周期得到频率随时间变化速率，基于所述子载波带宽、所述子载波周期、所述频率随时间变化速率和子载波起始频率，得到每个子载波信号表示；
29.基于所述预设个数获得第一数字排列，基于所述第一数字排列得到任一个子载波起始频率，将所有子载波起始频率代入所述每个子载波信号表示中，得到所述第一数字排列对应的所述预设分段连续调频波。
30.第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述正交分段连续调频波的生成方法的步骤。
31.第四方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述正交分段连续调频波的生成方法的步骤。
32.本发明提供的正交分段连续调频波的生成方法及系统，通过设置子载波各种参数，可以生成任意多个两两正交的分段调频连续波，用于支持高并发通信的需求。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1是本发明提供的正交分段连续调频波的生成方法的流程示意图；
35.图2是本发明提供的正交分段连续调频波的生成系统的结构示意图；
36.图3是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
37.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.图1是本发明提供的正交分段连续调频波的生成方法的流程示意图，如图1所示，包括：
39.s1，获取预设分段连续调频波；
40.s2，基于所述预设分段调频波，采用预设排列集合进行计算，得到一组两两正交的分段连续调频波集合。
41.具体地，首先生成满足一定条件的分段连续调频波，采用预设排列集合对分段连续调频波进行计算，生成正交分段连续调频波。
42.本发明通过设置分段连续调频波中的子载波各种参数，可以生成任意多个两两正交的分段调频连续波，用于支持高并发通信的需求。
43.基于上述实施例，该方法中步骤s1具体包括：
44.获取具有预设个数、相等预设时长且频域不重叠的子载波，其中每个子载波为连续调频波；
45.设置每个子载波的子载波周期、子载波带宽和子载波起始频率，由所述子载波带宽除以所述子载波周期得到频率随时间变化速率，基于所述子载波带宽、所述子载波周期、所述频率随时间变化速率和子载波起始频率，得到每个子载波信号表示；
46.基于所述预设个数获得第一数字排列，基于所述第一数字排列得到任一个子载波起始频率，将所有子载波起始频率代入所述每个子载波信号表示中，得到所述第一数字排列对应的所述预设分段连续调频波。
47.其中，所述第一数字排列的排序和所述具有预设个数的子载波一一对应。
48.具体地，本发明假设一个分段连续调频波由m个子载波组成，带宽为b，周期为t，可以通过以下方式生成分段连续调频波：
49.设s＝{s[0],s[1],
…
,s[m-1}是数字0到m-1的一个排列，则可以根据s生成一个分段连续调频波scs:
[0050]
scs＝{c
s0.,c
s[1]
,
…
,c
s[m-1]
}
[0051]
其中，对于i＝0
……
m-1，有：
[0052][0053][0054]
本发明通过生成具有预设条件的数字排列的分段连续调频波，为后续生成正交分段连续调频波提供了信号输入。
[0055]
基于上述任一实施例，该方法中步骤s2具体包括：
[0056]
基于所述预设个数获得第二数字排列，由多个第二数字排列得到数字排列集合，令所述预设个数为质数；
[0057]
获取任意的第一整数和第二整数，基于所述第一整数和所述第二整数得到所述第二数字排列的第一线性表达式；
[0058]
获取任意的第三整数和第四整数，基于所述第三整数、所述第四整数和所述第一线性表达式，得到第二线性表达式，根据所述第二线性表达式得到的新排列插入到所述第二数字排列对应的集合中；
[0059]
根据所述数字排列集合中的预设个数减1的排列，生成对应的预设个数减1的分段连续调频波。
[0060]
其中，所述获取任意的第一整数和第二整数，基于所述第一整数和所述第二整数得到所述第二数字排列的第一线性表达式，具体包括：
[0061]
由所述第一整数分别乘以所述第二数字排列中的每个分项之后和所述第二整数相加，并将相加后的每个分项分别和预设个数取余后进行相乘，得到所述第一线性表达式。
[0062]
其中，获取任意的第三整数和第四整数，基于所述第三整数、所述第四整数和所述第一线性表达式，得到第二线性表达式，具体包括：
[0063]
所述第三整数设置为从2到所述预设个数减1，所述第四整数为任意整数；
[0064]
将所述第三整数乘以所述第一线性表达式，加上所述第四整数，得到所述第二线性表达式。
[0065]
具体地，本发明对于正交分段连续调频波的生成，首先生成一个0到m-1的排列集合，然后根据前述生成对应的分段连续调频波是两两正交的。排列集合生成算法如下：
[0066]
首先要求m是质数；
[0067]
具体算法：
[0068]
1)设s0＝{s0[0],s0[0],
……
,s0[m-1]}是0到m-1的一个任意的排列，集合s＝{s0}；
[0069]
2)对于任意的整数a和b，定义以下操作：
[0070]
s0*a b＝{(s0[0]*a b)modm,
…
,(s0[m-1]*a b)mod m}；
[0071]
3)取i从2到m-1，取j为任意的整数，按照以下方法计算得到m-2新的排列：
[0072]
si＝s0*i j
[0073]
再将si插入集合s中；
[0074]
4)根据集合s中的m-1个排列，按照前述生成分段连续调频波的步骤，生成m-1个分段连续调频波。
[0075]
由于最大的质数是无穷大，因此，可以生成无限多个两两正交的分段连续调频波，算法流程如下所示：
[0076]
data:m as the number of sub-chirps in a scatter chirp
[0077]
result:sc as a set of m-1scatter chirps
[0078][0079][0080]
本发明生成的相互正交的分段连续调频波，能有效支持高并发通信。
[0081]
下面对本发明提供的正交分段连续调频波的生成系统进行描述，下文描述的正交分段连续调频波的生成系统与上文描述的正交分段连续调频波的生成方法可相互对应参照。
[0082]
图2是本发明提供的正交分段连续调频波的生成系统的结构示意图，如图2所示，包括：获取模块21和计算模块22；其中：
[0083]
获取模块21用于获取预设分段连续调频波；计算模块22用于基于所述预设分段调频波，采用预设排列集合进行计算，得到一组两两正交的分段连续调频波集合。
[0084]
本发明通过设置分段连续调频波中的子载波各种参数，可以生成任意多个两两正交的分段连续调频波，用于支持高并发通信的需求。
[0085]
基于上述实施例，所述获取模块21具体用于：
[0086]
获取具有预设个数、相等预设时长且频域不重叠的子载波，其中每个子载波为连续调频波；
[0087]
设置每个子载波的子载波周期、子载波带宽和子载波起始频率，由所述子载波带宽除以所述子载波周期得到频率随时间变化速率，基于所述子载波带宽、所述子载波周期、所述频率随时间变化速率和子载波起始频率，得到每个子载波信号表示；
[0088]
基于所述预设个数获得第一数字排列，基于所述第一数字排列得到任一个子载波起始频率，将所有子载波起始频率代入所述每个子载波信号表示中，得到所述第一数字排列对应的所述预设分段连续调频波。
[0089]
图3示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)310、通信接口(communicationsinterface)320、存储器(memory)330和通信总线340，其中，处理器310，通信接口320，存储器330通过通信总线340完成相互间的通信。处理器310可以调用存储器330中的逻辑指令，以执行正交分段连续调频波的生成方法，该方法包括：获取预设分段连续调频波；基于所述预设分段调频波，采用预设排列集合进行计算，得到一组两两正交的分段连续调频波集合。
[0090]
此外，上述的存储器330中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0091]
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的正交分段连续调频波的生成方法，该方法包括：获取预设分段连续调频波；基于所述预设分段调频波，采用预设排列集合进行计算，得到一组两两正交的分段连续调频波集合。
[0092]
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的正交分段连续调频波的生成方法，该方法包括：获取预设分段连续调频波；基于所述预设分段调频波，采用预设排列集合进行计算，得到一组两两正交的分段连续调频波集合。
[0093]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0094]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0095]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。