1.一种非相干LoRa系统下的联合定时同步与频偏估计方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S1:建立数据帧结构,数据帧结构包括接收导频信号和接收数据信号;
步骤S2:对数据帧结构中的接收导频信号进行去调制操作得到去调制信号;
步骤S3:对去调制信号进行解啁啾操作得到解啁啾信号;
步骤S4:对解啁啾信号进行离散傅里叶变换得到频域信号;
步骤S5:对频域信号进行取模值操作得到相应的幅值;
步骤S6:对得到的幅值进行取最大值和幅角操作得到相应的最大值索引,将最大值索引作为关于传输时延和多普勒频移的联合偏移量的估计值;
步骤S7:利用联合偏移量的估计值对数据帧结构中的接收数据信号进行补偿操作得到校正数据信号,实现在极低信噪比下对大传输时延和多普勒频移的可靠估计。
2.根据权利要求1所述的非相干LoRa系统下的联合定时同步与频偏估计方法,其特征在于,所述步骤S1中建立数据帧结构的方法为:步骤S1.1:给定长度为Lp的导频块和长度为Ld的数据块;
步骤S1.2:将长度为Lp的导频块插入到长度为Ld的数据块的头部,得到数据帧结构F。
3.根据权利要求2所述的非相干LoRa系统下的联合定时同步与频偏估计方法,其特征在于,所述步骤S2中求取去调制信号的方法为:步骤S2.1:首先求取数据帧结构F中的接收导频信号,数据帧结构F通过采样时刻k遍历得到对应于导频块的采样时刻集合κp={k:0≤k≤Lp‑1}和对应于数据块的采样时刻集合κd={k:Lp≤k≤Lp+Ld‑1};然后将对应于导频块的采样时刻集合κp通过采样时刻k逐一提取得到第l个啁啾的接收导频信号:
SF
式中:B为传输带宽,M=2 为正交啁啾数,SF为扩频因子,τ、fd和θ分别为传输时延、多2
普勒频移和相偏,nk(l)是均值为0、方差为σ的复高斯随机变量,sk(l‑τ)是附加了传输时延τ的LoRa调制信号, 为虚数单位;
步骤S2.2:最后对接收导频信号rk(l)p进行去调制操作得到去调制信号:式中:dk为传输导频符号。
4.根据权利要求3所述的非相干LoRa系统下的联合定时同步与频偏估计方法,其特征在于,所述步骤S3中,对去调制信号r′k(l)p进行解啁啾操作得到解啁啾信号:
5.根据权利要求4所述的非相干LoRa系统下的联合定时同步与频偏估计方法,其特征在于,所述步骤S4中,对解啁啾信号zk(l)进行离散傅里叶变换运算得到频域信号:式中:q表示DFT的频率索引。
6.根据权利要求5所述的非相干LoRa系统下的联合定时同步与频偏估计方法,其特征在于,所述步骤S5中,对频域信号Z(q)进行取模值操作得到相应的幅值:
7.根据权利要求6所述的非相干LoRa系统下的联合定时同步与频偏估计方法,其特征在于,所述步骤S6中,对幅值 进行取最大值和幅角操作得到相应的最大值索引,即联合偏移量的估计值:
8.根据权利要求7所述的非相干LoRa系统下的联合定时同步与频偏估计方法,其特征在于,所述步骤S7中求取校正数据信号的方法为:步骤S7.1:首先求取数据帧结构F中的接收数据信号,将对应于数据块的采样时刻集合κd通过采样时刻k逐一提取得到第l个啁啾的接收数据信号:步骤S7.2:然后利用联合偏移量的估计值 对接收数据信号rk(l)d进行补偿操作得到校正数据信号: