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基于直接数字频率合成的LoRa散射通信方法

唐晓庆 谢桂辉 佘亚军 张帅

引用本文: 唐晓庆, 谢桂辉, 佘亚军, 张帅. 基于直接数字频率合成的LoRa散射通信方法[J]. 电子与信息学报, doi: 10.11999/JEIT190001 shu
Citation:  Xiaoqing TANG, Guihui XIE, Yajun SHE, Shuai ZHANG. LoRa Backscatter Communication Method Based on Direct Digital Frequency Synthesis[J]. Journal of Electronics and Information Technology, doi: 10.11999/JEIT190001 shu

基于直接数字频率合成的LoRa散射通信方法

    作者简介: 唐晓庆: 男,1987年生,高级工程师,博士,研究方向为无源物联网通信、高速数字设计、舰船无线通信;
    谢桂辉: 男,1988年生,讲师,博士,研究方向为射频隐身通信、物联网、保密通信;
    佘亚军: 男,1959年生,研究员,硕士,研究方向为舰船通信及导航、智慧船舶;
    张帅: 男,1987年生,高级工程师,博士,研究方向为电路与系统、舰船通信;
    通讯作者: 谢桂辉, xieguihui@cug.edu.cn
  • 基金项目: 2018年度湖北省创新专项重大项目(2018AAA064),2018年中国地质大学(武汉)实验技术研究项目(SJ-201831)

摘要: LoRa散射通信不仅成本低、功耗低,而且通信距离远。但现存散射方案的系统组成复杂,且无法应用于实际工程。为此该文提出一种新的LoRa散射通信方法,采用直接数字频率合成(DDS)技术产生频率线性变化的方波作为LoRa散射调制信号,并据此首次展示了基于MCU的LoRa散射通信系统原型样机。实验结果表明,该方法能够在相距208 m的基站和接收端之间的任意位置实现低功耗LoRa散射通信,且兼容现有的商用LoRa射频芯片组。此外,该方法还适用于专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)设计,可使LoRa散射IC有更高的鲁棒性、更低的成本和功耗。

English

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  • 图 1  一个完整LoRa数据包的信号频谱图

    图 2  LoRa散射通信系统组成

    图 3  LoRa散射调制形成的频谱图(接收端)

    图 4  基于DDS的LoRa散射方案原理框图

    图 5  基于DDS生成LoRa散射调制方波的流程图

    图 6  采用MCU输出LoRa散射调制方波

    图 7  实现LoRa散射通信的原型样机

    图 8  LoRa散射调制方波信号的示波器截图

    图 9  LoRa散射通信期间各个阶段的电流消耗

    图 10  不同参数配置时LoRa散射通信距离测试结果

    图 11  散射端在不同位置时接收端信号强度测试结果

    表 1  国内外较为先进的散射通信相关研究成果对比

    2015 Wi-Fi Backscatter[11]2016 Passive Wi-Fi[12]2017 LoRa Backscatter[13]2018 本文方法
    样机 处理器MCUFPGAFPGAMCU
    样机 功耗<1 mW280 μW
    IC功耗14.5~59.2 μW9.25 μW4.75 μW
    通信 速率1 kbps1~11 Mbps18~38 kbps18~38 kbps
    通信 距离2.1 m9~30 m475 m208 m
    IC成本较低较低很低
    实用性较低一般一般较高
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  • 通讯作者:  谢桂辉, xieguihui@cug.edu.cn
  • 收稿日期:  2019-01-03
  • 录用日期:  2019-06-08
  • 网络出版日期:  2019-07-04
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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