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一种面向物联网的轻量级增强型长距离物理层设计方法

本站小编 Free考研考试/2022-01-03

谢桂辉1, 2,
唐晓庆3,,,
焦向开1, 2,
李乳演4
1.中国地质大学(武汉)自动化学院 武汉 430074
2.复杂系统先进控制与智能自动化湖北省重点实验室 武汉 430074
3.湖北大学计算机与信息工程学院 武汉 430062
4.武昌首义学院信息科学与工程学院 武汉 430070
基金项目:湖北省自然科学基金(2019CFB271),中山市科技计划项目(2019AG032)

详细信息
作者简介:谢桂辉:男,1988年生,讲师,博士,主要研究方向为无源物联网通信、信道编码、射频隐身通信
唐晓庆:男,1987年生,高级工程师,博士,主要研究方向为无源物联网通信、高速数字设计、舰船无线通信
焦向开:男,1997年生,硕士生,研究方向为信道编码
李乳演:女,1988年生,讲师,硕士,主要研究方向为嵌入式设计、物联网通信
通讯作者:唐晓庆 2010202120076@whu.edu.cn
中图分类号:TN92

计量

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被引次数:0
出版历程

收稿日期:2020-08-20
修回日期:2021-02-07
网络出版日期:2021-03-22
刊出日期:2021-12-21

A Lightweight Enhanced Long Range Physical Layer Design Method for Internet of Things

Guihui XIE1, 2,
Xiaoqing TANG3,,,
Xiangkai JIAO1, 2,
Ruyan LI4
1. School of Automation, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China
2. Hubei Key Laboratory of Advanced Control and Intelligent Automation for Complex Systems, Wuhan 430074, China
3. School of Computer Science and Information Engineering, Hubei University, Wuhan 430062, China
4. School of Information Science and Engineering, Wuchang Shouyi University, Wuhan 430070, China
Funds:The Natural Science Foundation of Hubei Province (2019CFB271), The Science and Technology Project of Zhongshan City(2019AG032)


摘要
摘要:为了提高LoRa在衰落信道下的误码率性能,该文设计了一种轻量级的增强型长距离(EnLoRa)物理层。首先,采用循环码移位键控(CCSK)作为纠错码,级联对角矩阵交织和啁啾扩频(CSS)调制技术,构造了一种新的比特交织编码调制(BICM)结构。然后,基于该结构,提出了一种基于比特对数似然比信息的软CSS解调和软译码算法,并将译码输出后的外信息作为先验信息反馈至解调模块,进行迭代译码。仿真结果表明,与相同码率的LoRa系统对比,EnLoRa系统在高斯信道下的编码增益提高了0.8 dB,在瑞利信道下的编码增益提高了7 dB。在此基础之上,通过多次迭代译码,还可以获得最大2.5 dB的额外收益。时间复杂度增加不到10%,空间复杂度增幅可忽略不计。该方法可望进一步降低物联网节点的功耗,在室内、市区和工业等复杂多径场景具有较大的应用价值。
关键词:循环码移位键控/
比特交织编码调制/
比特对数似然比/
迭代译码
Abstract:To improve the bit error rate performance of LoRa (Long Range) in fading channels, a lightweight Enhanced Long Range (EnLoRa) physical layer is designed. First, Cyclic Code Shift Keying (CCSK) is chosen as the error correction code, and the diagonal matrix interleaving and Chirp Spread Spectrum (CSS) modulation techniques are concatenated to construct a new Bit Interleaved Coded Modulation (BICM) structure. Then, based on this structure, a soft CSS demodulation and soft decoding algorithm based on bit log-likelihood ratio information is proposed. Further, the decoded external information is fed back to the demodulation module as a priori information for iteration decoding. The simulation results show that, compared with the LoRa system of the same code rate, the coding gain of the EnLoRa system under the Gaussian channel is increased by 0.8 dB, and the coding gain under the Rayleigh channel is increased by 7 dB. On this basis, through multiple iterations, an additional gain of up to 2.5 dB can be obtained. The time complexity is only increased by 10%, and the increase in space complexity is negligible. This method is expected to reduce further the power consumption of LoRa nodes and has great application value to complex multipath scenarios such as indoors, urban areas and industries.
Key words:Cyclic Code Shift Keying (CCSK)/
Bit Interleaved Coded Modulation (BICM)/
Bit log likelihood ratio/
Iterative decoding



PDF全文下载地址:

https://jeit.ac.cn/article/exportPdf?id=4f25ed7c-8b2f-4612-94cd-30bc61ac823b
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