本發(fā)明涉及無線通信，尤其是涉及一種基于索引調(diào)制的數(shù)據(jù)傳輸方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在物聯(lián)網(wǎng)無線通信領(lǐng)域，chirp擴頻調(diào)制(chirp?spread?spectrum,css)是一種常用的調(diào)制技術(shù)，廣泛應(yīng)用于低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)(lpwan)中。chirp擴頻調(diào)制利用線性調(diào)頻信號，在傳輸時通過不斷改變頻率來擴展信號的帶寬，這使得它在惡劣的無線環(huán)境下具有良好的抗干擾性和較強的信號覆蓋能力。特別是在遠距離和低信號條件下，css能顯著提升接收信號的可靠性。

2、然而，css的優(yōu)勢在于其魯棒性和覆蓋范圍，而不是數(shù)據(jù)傳輸速率。由于擴頻技術(shù)通過增加帶寬來提升抗干擾性，單次傳輸?shù)姆枙r間較長，導致在相同的頻譜帶寬下，css的數(shù)據(jù)傳輸速率相對較低。物聯(lián)網(wǎng)中的許多應(yīng)用，如環(huán)境監(jiān)測、智能抄表等，通常只需要傳輸少量數(shù)據(jù)，這使得低速率的css在這些場景下是可接受的選擇。但當需要更高的傳輸速率時，css的擴頻特性和長符號時間限制了數(shù)據(jù)的吞吐量。

3、因此，css在需要高頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用(如實時視頻監(jiān)控、工業(yè)控制等)中表現(xiàn)不佳，傳輸速率低的問題成為其在這些領(lǐng)域的瓶頸。為了滿足不同物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需求，通常需要權(quán)衡通信距離、功耗和傳輸速率，這使得css更適合長距離、低功耗、低數(shù)據(jù)速率的應(yīng)用場景，而不適用于高吞吐量需求的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在提供一種基于索引調(diào)制的數(shù)據(jù)傳輸方法及系統(tǒng)，以解決上述技術(shù)問題，將傳輸數(shù)據(jù)進行分割并將部分數(shù)據(jù)映射到索引序列中進行傳輸，有效提升css的數(shù)據(jù)傳輸效率。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于索引調(diào)制的數(shù)據(jù)傳輸方法，該方法可應(yīng)用于發(fā)射端，具體包括以下步驟：

3、對傳輸數(shù)據(jù)進行分割，獲取索引比特集和調(diào)制比特集；

4、對調(diào)制比特集進行chirp調(diào)制，生成chirp信號；

5、基于預(yù)設(shè)索引載體對索引比特集進行映射，生成索引序列；

6、基于chirp信號和索引序列，生成數(shù)據(jù)序列；

7、將數(shù)據(jù)序列基于預(yù)設(shè)索引載體發(fā)送至接收端，以使接收端基于數(shù)據(jù)序列獲取匹配濾波序列，進而使接收端基于匹配濾波序列獲取索引比特數(shù)據(jù)序列和調(diào)制比特數(shù)據(jù)序列，從而使接收端基于索引比特數(shù)據(jù)序列和調(diào)制比特數(shù)據(jù)序列還原得到傳輸數(shù)據(jù)。

8、上述方案中，將傳輸數(shù)據(jù)分割為索引比特集和調(diào)制比特集：其中，將調(diào)制比特集調(diào)制為可以傳輸?shù)腸hirp信號，而將索引比特集映射到預(yù)設(shè)索引載體上作為chirp信號發(fā)送的索引序列，再根據(jù)chirp信號和索引序列生成可以發(fā)送的數(shù)據(jù)序列。上述過程可以有效減少傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量，能提升css的數(shù)據(jù)傳輸效率。當接收端接收到數(shù)據(jù)序列時，僅需要對數(shù)據(jù)序列進行匹配濾波處理便可以得到匹配濾波序列，匹配濾波序列中包含了chirp信號的信息和索引序列的信息，因而可以通過匹配濾波序列還原出索引比特數(shù)據(jù)序列和調(diào)制比特數(shù)據(jù)序列，進而可以根據(jù)索引比特數(shù)據(jù)序列和調(diào)制比特數(shù)據(jù)序列還原得到傳輸數(shù)據(jù)，從而完成數(shù)據(jù)傳輸。

9、上述方案將傳輸數(shù)據(jù)進行分割并巧妙地將部分數(shù)據(jù)映射到索引序列中進行傳輸，大大減少了傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量，可以有效提升css的數(shù)據(jù)傳輸效率。

10、進一步地，所述索引比特集包括若干個具備順序的索引比特；所述基于預(yù)設(shè)索引載體對索引比特進行映射，生成索引序列，包括：

11、基于調(diào)制比特集中的調(diào)制比特數(shù)，確定預(yù)設(shè)索引載體的載體元素數(shù)；

12、基于載體元素數(shù)獲取載體元素序列；

13、將所有所述索引比特按序一一映射到所述載體元素序列中對應(yīng)的載體元素上，從而基于所述載體元素序列生成索引序列。

14、上述方案中，索引載體的類型可以有多種，包括時隙索引和載波索引等，不同類型的索引載體的載體元素不同，為了確保調(diào)制比特集中所有數(shù)據(jù)可以得到傳輸，需要根據(jù)調(diào)制比特集中的調(diào)制比特數(shù)確定載體元素數(shù)。如一個載體元素有兩種狀態(tài)，不同狀態(tài)下的載體元素可以簡單表征為0和1，即兩個狀態(tài)的載體元素可以表征一個調(diào)制比特；因此若調(diào)制比特數(shù)為2，即至少需要兩個具備兩個狀態(tài)的載體元素。確定載體元素數(shù)后可以將載體元素按順序排列，得到載體元素序列，該載體元素序列中的載體元素不小于索引比特集中的索引比特數(shù)。進而可以將所有索引比特按序一一映射到載體元素序列中對應(yīng)的載體元素上，生成索引序列。對于兩個狀態(tài)的載體元素而言，可以理解的一種方式即索引比特為每個載體元素賦予了一個值，該值可以表征載體元素的狀態(tài)。

15、需要說明的是，載體元素亦可以有3種狀態(tài)，此時若調(diào)制比特數(shù)為3，其具備000、001、010和011等八種情況，用一個載體元素無法表征，但兩個載體元素可以表征9種情況，因而僅需要兩個載體元素便可以表征三個調(diào)制比特。以此類推，載體元素亦可以有多種狀態(tài)，僅需保證所有索引比特可以一一映射到載體元素序列中對應(yīng)的載體元素上。

16、上述方案利用載體元素序列的狀態(tài)組合來表征不同數(shù)量的索引比特情況，在后續(xù)數(shù)據(jù)傳輸過程后可以通過數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)的不同來分析得到載體元素序列，進而可以估計得到對應(yīng)的索引比特集。

17、進一步地，所述基于chirp信號和索引序列，生成數(shù)據(jù)序列，包括：

18、所述chirp信號包括若干個具備順序的調(diào)制比特；

19、基于預(yù)設(shè)傳輸規(guī)則，將所述chirp信號上若干個調(diào)制比特按照順序搭載到索引序列上，生成包括若干數(shù)據(jù)元素的數(shù)據(jù)序列。

20、上述方案中，預(yù)設(shè)傳輸規(guī)則用于確定數(shù)據(jù)搭載規(guī)則，以兩種狀態(tài)的載體元素為例，還是簡單地將載體元素狀態(tài)表征為0和1，則預(yù)設(shè)傳輸規(guī)則可以為逢0搭載或逢1搭載，即chirp信號上若干個調(diào)制比特會搭載到索引序列上的0位或1位。相應(yīng)地，若逢0搭載，則后續(xù)數(shù)據(jù)發(fā)送是僅有0狀態(tài)下的載體元素會攜帶調(diào)制比特并傳輸?shù)浇邮斩耍瑢崿F(xiàn)對調(diào)制比特的傳輸。且接收端僅需根據(jù)索引載體的類型及載體元素的編號，便可以還原得到載體元素序列，進而可以估計得到對應(yīng)的索引比特集。

21、需要說明的是，如索引載體為時隙索引，其載體元素為時隙，那么逢0搭載則是0狀態(tài)下的時隙便會搭載調(diào)制比特，即在該時隙時調(diào)制比特會進行發(fā)送，反之，1狀態(tài)下的時隙不會搭載調(diào)制比特，即在該時隙時不會發(fā)送調(diào)制比特。需要說明的是，0狀態(tài)和1狀態(tài)的定義取決于預(yù)設(shè)傳輸規(guī)則，亦可以設(shè)置為逢1搭載。

22、進一步地，所述索引序列為二進制序列；所述基于預(yù)設(shè)傳輸規(guī)則，將所述chirp信號上若干個調(diào)制比特按照順序搭載到索引序列上，生成包括若干數(shù)據(jù)元素的數(shù)據(jù)序列，包括：

23、所述預(yù)設(shè)傳輸規(guī)則包括逢0搭載規(guī)則或逢1搭載規(guī)則；

24、基于逢0搭載規(guī)則或逢1搭載規(guī)則將所述chirp信號上若干個調(diào)制比特按照順序搭載到索引序列對應(yīng)的載體元素上，生成包括若干數(shù)據(jù)元素的數(shù)據(jù)序列。

25、進一步地，所述將數(shù)據(jù)序列基于預(yù)設(shè)索引載體發(fā)送至接收端，以使接收端基于數(shù)據(jù)序列獲取匹配濾波序列，進而使接收端基于匹配濾波序列獲取索引比特數(shù)據(jù)序列和調(diào)制比特數(shù)據(jù)序列，從而使接收端基于索引比特數(shù)據(jù)序列和調(diào)制比特數(shù)據(jù)序列還原得到傳輸數(shù)據(jù)，包括：

26、將數(shù)據(jù)序列基于預(yù)設(shè)索引載體發(fā)送至接收端，以使接收端執(zhí)行以下步驟：

27、將數(shù)據(jù)序列中每個數(shù)據(jù)元素按序進行匹配濾波處理，獲取匹配濾波序列；匹配濾波序列中每個元素具備唯一的元素編號；

28、按序且根據(jù)數(shù)據(jù)值大小，獲取匹配濾波序列中數(shù)據(jù)值大的前預(yù)設(shè)第一數(shù)量的數(shù)據(jù)元素作為調(diào)制比特數(shù)據(jù)序列；所述第一數(shù)量為調(diào)制比特集中的調(diào)制比特數(shù)；

29、獲取調(diào)制比特數(shù)據(jù)序列中每個數(shù)據(jù)元素的元素編號，得到元素編號序列；

30、基于元素編號序列，獲取載體元素編號；

31、基于載體元素編號獲取索引比特數(shù)據(jù)序列；

32、基于索引比特數(shù)據(jù)序列和調(diào)制比特數(shù)據(jù)序列還原得到傳輸數(shù)據(jù)。

33、上述方案中，通過確認數(shù)據(jù)值大的前預(yù)設(shè)第一數(shù)量的數(shù)據(jù)元素作為調(diào)制比特數(shù)據(jù)序列，可以估計出那些數(shù)據(jù)元素里邊包含了調(diào)制比特，因而可以得到調(diào)制比特數(shù)據(jù)序列。進而再通過索引載體的類型及預(yù)設(shè)傳輸規(guī)則可以確定調(diào)制比特的傳輸規(guī)則，即元素編號序列可以獲取載體元素編號，進而可以獲取索引比特數(shù)據(jù)序列，最后基于索引比特數(shù)據(jù)序列和調(diào)制比特數(shù)據(jù)序列還原得到傳輸數(shù)據(jù)。

34、本發(fā)明還提出一種基于索引調(diào)制的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，可以應(yīng)用如上述的一種基于索引調(diào)制的數(shù)據(jù)傳輸方法，該系統(tǒng)包括發(fā)射端和接收端；其中，所述發(fā)射端包括比特分割模塊、調(diào)制模塊、索引生成模塊、數(shù)據(jù)生成模塊和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊；所述接收端包括數(shù)據(jù)接收模塊、匹配濾波模塊、序列獲取模塊和數(shù)據(jù)還原模塊；其中：

35、所述比特分割模塊用于對傳輸數(shù)據(jù)進行分割，獲取索引比特集和調(diào)制比特集；所述調(diào)制模塊用于對調(diào)制比特集進行chirp調(diào)制，生成chirp信號；所述索引生成模塊用于基于預(yù)設(shè)索引載體對索引比特集進行映射，生成索引序列；所述數(shù)據(jù)生成模塊用于基于chirp信號和索引序列，生成數(shù)據(jù)序列；所述數(shù)據(jù)發(fā)送模塊用于向接收端發(fā)送數(shù)據(jù)序列；所述數(shù)據(jù)接收模塊用于接收數(shù)據(jù)序列；所述匹配濾波模塊用于基于數(shù)據(jù)序列獲取匹配濾波序列；所述序列獲取模塊用于基于匹配濾波序列獲取索引比特數(shù)據(jù)序列和調(diào)制比特數(shù)據(jù)序列；所述數(shù)據(jù)還原模塊用于基于索引比特數(shù)據(jù)序列和調(diào)制比特數(shù)據(jù)序列還原得到傳輸數(shù)據(jù)。

36、上述方案提供的系統(tǒng)架構(gòu)簡單，適用性強，可以直接實現(xiàn)一種基于索引調(diào)制的數(shù)據(jù)傳輸方法，將傳輸數(shù)據(jù)分割為索引比特集和調(diào)制比特集：其中，將調(diào)制比特集調(diào)制為可以傳輸?shù)腸hirp信號，而將索引比特集映射到預(yù)設(shè)索引載體上作為chirp信號發(fā)送的索引序列，再根據(jù)chirp信號和索引序列生成可以發(fā)送的數(shù)據(jù)序列。上述過程可以有效減少傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量，能提升css的數(shù)據(jù)傳輸效率。當接收端接收到數(shù)據(jù)序列時，僅需要對數(shù)據(jù)序列進行匹配濾波處理便可以得到匹配濾波序列，匹配濾波序列中包含了chirp信號的信息和索引序列的信息，因而可以通過匹配濾波序列還原出索引比特數(shù)據(jù)序列和調(diào)制比特數(shù)據(jù)序列，進而可以根據(jù)索引比特數(shù)據(jù)序列和調(diào)制比特數(shù)據(jù)序列還原得到傳輸數(shù)據(jù)，從而完成數(shù)據(jù)傳輸。