【摘 要】
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在LPWAN领域中,Lo Ra因其低功耗、广覆盖、组网灵活等特点与物联网的需求十分契合,被广泛部署在各个行业,但由于其物理层协议的私有性,Lo Ra的安全性无法得到保障,这也使其应用领域受到限制,因此开发Lo Ra底层的可替代技术变得尤为重要。本课题基于CSS调制技术设计了一套完整的物理层协议,包括对调制解调、信道编解码的研究设计与实现,利用CSS技术优异的传输性能,实现通信网络的远距离传输。具体
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在LPWAN领域中,Lo Ra因其低功耗、广覆盖、组网灵活等特点与物联网的需求十分契合,被广泛部署在各个行业,但由于其物理层协议的私有性,Lo Ra的安全性无法得到保障,这也使其应用领域受到限制,因此开发Lo Ra底层的可替代技术变得尤为重要。本课题基于CSS调制技术设计了一套完整的物理层协议,包括对调制解调、信道编解码的研究设计与实现,利用CSS技术优异的传输性能,实现通信网络的远距离传输。具体研究内容如下所:首先,介绍了CSS通信与信道编解码的相关理论基础,包括调制信号的表述与原理,分析了CSS信号的幅度谱,随后重点介绍了基于DFT的CSS信号解调方法,分析了加性高斯白噪声信道下的CSS通信误码率,并分析了CSS通信的设备间干扰。此外还介绍了卷积码、CRC校验、白化、交织的相关原理。其次,基于相关理论基础提出了一套基于CSS的物理层通信设计方案,包含CSS调制信号的产生,调制帧结构,调制器设计实现以及解调方案的设计,分析了解调时帧同步算法,研究了载波频率偏移CFO、符号定时偏移STO以及采样频率偏移SFO对解调的影响,并针对这三种偏移提出了帧同步算法的设计与实现结构,给出了仿真结果和性能分析。接着,确定了信道编解码方案,对编码后的帧结构、CRC校验码、纠错码、白化以及交织等模块进行了方案设计,重点研究了纠错码的选择、卷积码编码与维特比译码的实现方案。最后,设计了CSS通信系统的硬件实现方案,搭建了系统的FPGA验证硬件平台,使用Verilog硬件描述语言实现了发射端和接收端各模块的程序,实现了全部设计功能,进行了系统收发测试,通过实验室仪器测得接收机为500KHz带宽、SF=7的参数时在-6d B信噪比的条件下通信的误帧率低于5%,进而从硬件角度验证了本CSS通信系统方案的可行性和有效性。
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