【摘 要】
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物联网技术靠海量节点感知物理世界,提高人民生活水平,同时使自然环境和人文遗迹得到更好的保护。但数以万计节点同时工作需要消耗巨大的能量,限制了物联网的进一步发展和广泛部署。低功耗广域物联网LPWAN（Low-power Wide-Area Network,LPWAN）技术因具有低功耗,远距离,广覆盖的优势,受到越来越多的瞩目。其中LoRaWAN网络更是因其优越的远距离传输性能和开放性备受推崇。近年来
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（61802310,61972316,61802309,62061146001）； 中国博士后基金特别资助项目（2019T120939）； 陕西省自然科学基金国际合作项目（2014JQ8327）； 中国博士后基金面上资助项目（2017M623227）；
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物联网技术靠海量节点感知物理世界,提高人民生活水平,同时使自然环境和人文遗迹得到更好的保护。但数以万计节点同时工作需要消耗巨大的能量,限制了物联网的进一步发展和广泛部署。低功耗广域物联网LPWAN（Low-power Wide-Area Network,LPWAN）技术因具有低功耗,远距离,广覆盖的优势,受到越来越多的瞩目。其中LoRaWAN网络更是因其优越的远距离传输性能和开放性备受推崇。近年来,研究者提出了基于LoRa信号的后向散射通信系统,后向散射标签捕获商用LoRa设备发送的环境激励信号,进行二次调制,而后通过在接收端对后向散射信号解码实现通信。但现有基于LoRa信号的后向散射通信系统存在以下问题:（1）由于后向散射通信需要在原信号上进行二次调制,LoRa后向散射通信的吞吐量受限;（2）后向散射信号能量强度比辐射信号要低得多,易受环境噪声干扰,后向散射通信系统不稳定。针对上述问题,本文实现了一个基于LoRa后向散射的高吞吐、抗干扰跳频通信系统H2-B LoRa。本文设计的H2-B LoRa系统有两个主要贡献:（1）针对LoRa后向散射系统吞吐量低的问题,基于频移调制（FSK）技术,利用LoRa信号的频带资源,H2-B LoRa系统采用了高吞吐LoRa后向散射编码方案;设计了细粒度频率发生器,得到用于频移编码的高精度频移中频信号,再通过FFT-bin运算对频移编码的信号进行解码。H2-B LoRa系统吞吐量可达24.76Kbps,相比于采用相位编码的LiteNap系统,吞吐量提升两个数量级;相比于采用OOK编码调制的PLoRa系统,吞吐量提升了 4倍;（2）针对后向散射信号易受噪声影响、抗干扰能力差的问题,H2-B LoRa系统将后向散射技术与自适应跳频相结合。具体地,该系统提出一种后向散射跳频自同步方法进行收发同步,并利用信道估计进行信道自适应更新,同时支持奇偶校验、循环冗余校验、汉明校验三种信道编码方式。实验表明,在信噪比为-10 dBm的环境下,采用奇偶校验、循环冗余校验和汉明校验时,与PLoRa系统相比,H2-B LoRa系统的稳定性分别提升3%,45%和85%。
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