具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了清晰有效的表述本发明的关键内容，这里会引用一些OFDM系统的一些概念、术语与方法。

首先是基带时频资源划分，本发明将基带时频资源在频域方向以子载波频点为基本单位，时域方向以采样点为基本单位进行划分。

子载波频点及采样点的概念如OFDM系统，其中所述子载波频点是一个频域概念，是基带带宽上频率的最小分辨单位，任何两个子载波频点上的子载波信号正交，采样点是一个时域概念，是时域基带信号上时间的最小分辨单位，一个符号时间内的采样点数量在没有循环前缀的情况下，与基带带宽内的最大子载波数量相同(这里默认基带带宽同采样带宽)。

OFDM系统规定最小的时频资源管理单位为RE，RE是频域上的一个子载波频点和时域上的一个符号构成的时频资源，如图1，即OFDM系统的时频资源是在频域方向以子载波为基本单位，时域方向以符号为基本单位进行划分的。本质上，OFDM系统时域的最小分辨单位虽然是采样点，但为了子载波信号的正交性，子载波信号在时域方向上只能以符号为最小管理单位。

实际上在面对多址及跳频等具体应用时，为了简化时频资源调度，OFDM系统是以更大的时频资源块RB为基本单位的进行调度的，关于RB的构成方式这里就不再详述。

相对OFDM系统，本发明的时频资源管理在时域方向上做了进一步细化，将基带时频资源的最小管理单位细化到了每个子载波的每个采样点，如图2。

在此基础上，本发明提出一种微跳频方法，其核心是将时域基带信号在频域方向以子载波频点为基本单位、时域方向以采样点为基本单位进行跳频。

所述微跳频在频域方向上以子载波频点为基本单位的跳频，指的是频域跳频间隔为子载波频点，跳频范围是基带带宽内的所有子载波频点，所述微跳频在时域方向上以采样点为基本单位跳频，指的是时域基带信号一个符号内的所有采样点都可以独立跳频。

下面将从发送和接收两个方向具体介绍。

在发送端，微跳频过程如下，同OFDM系统，最初的基带信号被看作是每个子载波频点上的频域信号，通过时频逆变换，如IFFT(本质上是将频域子载波频点信号映射到时域子载波信号)，变换成时域的子载波信号，以上这些步骤与传统的OFDM系统相同，微跳频的区别是，进一步对所述的时域子载波信号以采样点为单位按照事先预定的某种微跳频图案进行微跳频，其中，所述微跳频图案指的是在基带带宽范围内所有子载波频点和一个符号时间范围内所有采样点所构成的时频资源矩阵中的一种时频资源占用图案，其中，任一所述采样点占用且仅用了一个子载波频点，微跳频图案示意图见图3。

在具体实施上，发送端微跳频可以通过将微跳频前的时域子载波信号的每个采样点点乘按照预设的微跳频图案产生的微跳频信号，或将微跳频前的子载波信号的每个采样点旋转按照预设的微跳频图案产生的微跳频角度来实现。

其中，所述微跳频角度指的是按照微跳频图案的子载波频点和采样时间点进行乘积所得到的角度，所述微跳频信号指的是基于微跳频角度的复信号。

由于子载波信号每个时刻的相位是时间和频率的乘积，微跳频在信号原相位的基础上按微跳频图案的频率和时间的乘积进行了相位叠加，因此，微跳频也可以看作是一种信号相位加扰。

一种典型的微跳频图案及微跳频角度、微跳频信号可以用伪代码示例如下：

首先，假设hoppingPattern是频域跳频图案，hoppingT是时域跳频图案，那么这两个图案是任意的，也可以是随机的，公式如下(这个例子里时间只做了随机平移)：

hoppingPattern＝(randperm(M)-1-randi([0,M-1]))/M； (1)

hoppingT＝((0:M-1)-randi([0,M-1]))； (2)

hoppingTheta＝hoppingPattern.*hoppingT*K； (3)

hoppingSignal＝exp(1i*2*pi*hoppingTheta)； (4)

其中M为时频点数，pi是圆周率，1i是虚数单位，exp是指数函数，randperm是随机排序函数，randi是随机整数函数，K为可配系数，用于增加灵活性，hoppingTheta即为微跳频角度，hoppingSignal即为微跳频信号。

直观地说，微跳频就是将传统的OFDM系统的子载波信号进一步以采样点为单位打散在基带带宽内的所有可能的子载波频点上了，因此，微跳频和传统的跳频一样具有抗单音干扰(或者是抗频率选择性衰落)和信号保密等效果。另外，虽然微跳频后信号不再具有子载波信号的正交性，但可以通过解微跳频恢复这种正交性。

在接收端，解微跳频过程如下，首先，接收端将接收到的时域基带采样信号以采样点为单位按照预设的微跳频图案进行解微跳频，然后将所述解微跳频后的时域信号进一步采用时频变换，如FFT(本质上是做接收信号与正交子载波信号集的投影)，变换到频域得到频域基带信号。

在具体实施上，接收端解微跳频可以通过将将接收到的时域基带信号每个采样点点乘按照预设的微跳频图案产生的微跳频信号的共轭，或将接收到的时域基带信号每个采样点反向旋转按照预设的微跳频图案产生的微跳频角度来实现。

一个典型的微跳频系统如图4，包括发送端微跳频和接收端解微跳频。

在微跳频系统里，微跳频可能存在如下用法：

第一种，定义为叠加使用微跳频图案。例如，传统的OFDM系统，一个符号内可能存在多个子载波，那么发送端的多个子载波可以使用一个微跳频图案进行微跳频，如图5所示，这时微跳频图案可以看作是一个频率偏移图案，对应的接收端也采用一个微跳频图案解微跳频；也有可能发送端的多个子载波采用不同的微跳频图案进行微跳频，比如说，发送给多个用户或者是多个流，那么接收端采用对应的不同的微跳频图案解微跳频，也可能存在这种情况，发送端对一个符号内的某个子载波采用不同的微跳频图案进行微跳频，比如说，广播，那么多个接收端使用不同的微跳频图案对接收到的信号进行解微跳频。

第二种，定义为连续使用微跳频图案。即发送端一个符号内的子载波信号使用多个微跳频图案连续多次微跳频，对应的，接收端对接收到的一个符号的采样信号使用多个微跳频图案连续多次解微跳频。举个例子，chirp扩频信号可以看作是mFSK信号的线性微跳频，而chirp信号本身可以继续微跳频。

上述叠加使用可以看作是微跳频图案使用的加法；连续使用可以看作是微跳频图案使用的乘法，满足交换律，即发送端与接收端连续使用的微跳频图案的顺序无关。

第三种定义为扩展使用微跳频图案。发送端连续多个符号的子载波信号使用不同的微跳频图案进行微跳频；接收端对接收到的连续多个符号的采样信号使用不同的微跳频图案进行解微跳频。比如说为了增加保密性，连续3个符号使用3个不同的微跳频图案拼接成一个大微跳频图案。

微跳频可能还存在其他使用方法，以上只是一些特例，任何时域基带信号在频域方向以子载波频点为基本单位、时域方向以采样点为基本单位进行跳频的技术都属于本发明所揭示内容。

特别地，本发明在微跳频系统的基础上，提出了一种一个符号只包含一个子载波的微跳频多址通讯系统，其目的在于，解决低功耗广域物联网领域的频谱低效问题及组网复杂问题。

之所以选择一个符号只含一个子载波信号的系统，是因为这种信号恒包络低功耗，适合物联网领域，优选地，这里采用mFSK基带信号。

mFSK是FSK的扩频技术，mFSK可以看作是一个符号只含一个子载波信号的OFDM系统，虽然频谱利用率很低，但是由于恒包络低功耗及信号灵敏度高，是物联网通讯优选的通讯方式，可是，mFSK由于子载波固定，因此抗单音干扰能力很差，而且独占频谱。

LoRa采用的chirp扩频信号是一种线性扫频信号，chirp扩频将一个符号的信号打散在整个频带上，因此抗干扰能力得到了改善，但chirp扩频信号也是独占频谱。

chirp基带信号可以用伪代码描述如下：

chirpPattern＝-((-M/2:M/2-1))/M； (5)

chirpT＝(-M/2:M/2-1)； (6)

chirpTheta＝chirpPattern.*chirpT/2； (7)

chirpSignal＝exp(1i*2*pi*chirpTheta)； (8)

对比式(5)、(6)和式(1)、(2)可以看出chirp信号可以看成是一种微跳频图案的特例，即按线性方式进行微跳频的图案，如图6，所述线性微跳频为进行微跳频时，所述微跳频图案中的子载波频点按照线性规律变化，且采样点按照正常顺序或平移。

由于将chirp信号在时域延时与频域平移等效，因此LoRa的chirp扩频技术可以看做是mFSK基带信号使用线性微跳频图案进行微跳频。

更进一步，ZC序列信号也可以看作是mFSK基带信号微跳频的一个特例，ZC序列信号公式如下：

ZC(m)＝exp(-1i*pi*R*m*(m+1)/M),for m＝0,...,M-1 (9)

这里，R为与M互质的整数，即ZC序列的根值。

可以看出，ZC序列信号也可以看作是一种线性的微跳频，因此具有和chirp信号类似的性质，可以用来时频同步，而且，由于不同R值的ZC序列信号互不相关，因此可以产生多种互不相关的ZC序列信号。

由上述可见，可以通过将mFSK基带信号微跳频产生chirp和互不相关的ZC序列信号，而微跳频图案是任意的，因此，微跳频方法统一了mFSK，chirp，ZC等恒包络通讯技术，或者说基带的mFSK信号，chirp信号，ZC序列信号只是微跳频信号的一些特例。

进一步，利用这种mFSK微跳频产生的互不相关的ZC序列可以实现无冲突的mFSK微跳频多址，其原理在于，同时发送的互不相关的ZC序列信号，只有与接收端的ZC序列信号具有相同R值的ZC序列信号才能相关出峰值，其余不相关的ZC序列信号的相关值不存在峰值，等效于噪声干扰。

而且如前所述，ZC序列信号本来就可以用于接收端时频估计，因此使用这种互不相关的ZC序列信号扩频，可以实现无冲突的多址通讯系统。

更进一步，一定长度的ZC序列里，互不相关的的ZC序列信号的数量是有限的，并没有充分利用信道资源，因为只要是满足互不相关性，就可以无冲突通讯，因此可以构造更多的互不相关的信号，如伪随机信号，可以通过对所述基带mFSK信号进行伪随机微跳频，得到互不相关的伪随机微跳频信号，其中，所述伪随机微跳频为进行微跳频时，所述微跳频图案中的子载波频点的变化规律为伪随机，且采样点按照正常顺序、平移或伪随机顺序。

作为一个例子，时域或者频域的伪随机微跳频图案可以采用二次同余伪随机化，但并不限制采用其他伪随机方案。

用伪代码表示如下：

for i＝0:M-1

hoppingPattern (i) ＝ mod(x0+x1*i+x2*i^2,M)； (10)

end

其中，x0为任意偏移量，x1为奇数，x2为偶数。

与传统的多址方式相比mFSK微跳频多址是一种二维多址，如CDMA是码分多址，OFDM本质是频分复用，都是一维多址，而mFSK微跳频多址可以在频域和时域两个方向单独控制产生互不相关的微跳频信号，因此频谱利用更高效灵活。

伪随机的微跳频序列不能用于时频估计，只能用于数据信号部分扩频，因此，在设计微跳频多用户通讯系统时，导频信号采用mFSK线性微跳频产生的互不相关的ZC序列信号，用于接收端时频估计，所述微跳频多用户通讯系统的数据信号可以采用mFSK线性微跳频产生的互不相关的ZC序列信号，或采用mFSK伪随机微跳频产生的互不相关的伪随机信号。

如上所述，采用mFSK微跳频的信号除了具有恒包络、抗单音干扰的特性外，还可以利用微跳频图案的互不相关性实现无冲突的mFSK微跳频多址，所述无冲突，指的是多个用户可以利用互不相关的微跳频图案随时发送微跳频信号，不用考虑是否还存在其他用户在发送数据，用在基站侧，在不考虑基站功耗的情况下，可以采用多用户信号同时发送信号的方式，也可独自发送；在终端侧，由于考虑低功耗，一般只采用独自发送的方式。

这种无冲突的mFSK微跳频多址，不但使频谱资源得到了真正有效地利用，而且因为不用考虑冲突，组网时不必再设计复杂的监听机制或者调动所有终端采用定时同步等机制完成时分多址，极大地简化了组网复杂度。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。