一种基于调频连续波的近距离反向散射通信系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于调频连续波的近距离反向散射通信方法，涉及无线通信技术领域；该方法包括以下的步骤：通过调频连续波信号源循环发送激励信号；反向散射标签接收来自调频连续波信号源的入射信号，对入射信号进行振幅调制，并将反射信号发送至接收机；通过接收机实现接收信号的接收，该接收信号包括反射信号以及由调频连续波信号源发送的直链信号；接收机解调出反向散射信号，并实现反向散射标签的动态调整调制方式，动态调整调频连续波信号源的发射功率；本发明专利技术的有益效果是：提出了对调频连续波进行幅度调制，实现近距离高速率的反向散射通信方法。向散射通信方法。向散射通信方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于调频连续波的近距离反向散射通信系统和方法


[0001]本专利技术涉及无线通信
，更具体的说，本专利技术涉及一种基于调频连续波的近距离反向散射通信系统和方法。

技术介绍

[0002]现有的RFID技术虽然可以实现无源通信，但是缺点非常明显，通信速率低，通信距离短。现有的物联网通信技术WiFi、蓝牙、NB
‑
IoT虽然可以实现高速率、远距离的通信方式，但是物联网节点的耗能极高，不能长时间地稳定工作。现有的环境反向通信技术，虽然实现利用了环境信号作为信号源，但是环境信号并不稳定，不是一种可靠的通信方式。
[0003]反向散射通信技术是物联网通信技术的一种，其最大的优势是极低的功耗，允许设备在功能受限的情况下相互通信，使其非常适合在无法更换电池的物联网应用场景中使用。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于调频连续波的近距离反向散射通信系统和方法，提出了对调频连续波进行幅度调制，实现近距离高速率的反向散射通信方法。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于调频连续波的近距离反向散射通信方法，其改进之处在于，该方法包括以下的步骤：
[0006]通过调频连续波信号源循环发送激励信号；
[0007]反向散射标签接收来自调频连续波信号源的入射信号，对入射信号进行振幅调制，并将反射信号发送至接收机；
[0008]通过接收机实现接收信号的接收，该接收信号包括反射信号以及由调频连续波信号源发送的直链信号；接收机解调出反向散射信号，并通过由接收机到反向散射标签的下行反馈链路，实现反向散射标签的动态调整调制方式，通过接收机到调频连续波信号源的控制链路，动态调整调频连续波信号源的发射功率。
[0009]进一步的，所述调频连续波信号源发送入射信号到反向散射标签的路径称为路径g，反向散射标签将反射信号发送至接收机的路径称为路径b，调频连续波信号源发送直链信号至接收机称为路径f；
[0010]反向散射标签对入射信号进行振幅调制，包括：
[0011]调频连续波信号源发送的信号为s(t)，s(t)为频率线性增加的扩频信号，其频率表示为：f(t)＝f0+kt；其中f0是调频连续波的初始频率，则调频连续波信号的相位为：
[0012][0013]调频连续波信号s(t)表示为：
[0014][0015]调频连续波信号源发射功率为P
t
，则经过路径g到达接收机的接收信号为：
[0016][0017]其中，L
f
是路径f的自由空间传播的损耗，单位是dB，L
f
的计算方法如下所示：
[0018]L＝32.45+20logD+20logf；
[0019]反射信号经过反射路径g和b到达接收端的接收信号，表示为：
[0020][0021]其中，m(t)是标签反射基带信号，为OOK信号或4ASK信号；L
g
,L
b
是反射路径g和b的路径损耗，θ
g
、θ
b
是由传播时延引起的相位差；
[0022]则接收机端的接收信号表示为：
[0023]y(t)＝sf(t)+sb(t)+n(t)；
[0024]其中，s
f
(t)是直链信号，s
b
(t)是标签反射信号，n(t)是高斯白噪声，服从均值为0，方差为σ2的正态分布。
[0025]进一步的，所述的接收机通过解调算法消除直链信号，解调出反向散射信号，解调算法包括：
[0026]S201、将接收信号与本地同步载波进行混频，其中接收信号包括反射信号和直链信号；对直链信号和反射信号的叠加信号进行下变频，即将频带信号转换为基带信号；
[0027]S202、对反射信号和直链信号的叠加的信号进行包络检波，消除直链干扰，同时获得反射信号的振幅调制信息；
[0028]S203、在包络检波过程中，直链信号会引入直流分量，通过对信号求均值，并在包络检波后的信号减去均值，使得到的信号中只存在反射信号；
[0029]S204、前导码同步，同步后取出反向散射基带信号的有效数据部分；
[0030]S205、对经过采样的反向散射基带信号进行符号能量的累加，计算出每个数量比特的能量，根据接收信号的能量大小情况，进行能量检测；
[0031]S206、使用前导码计算得到的判断门限，根据反射信号得到的比特能量进行比特判决，恢复出反射信号码元信息。
[0032]进一步的，所述步骤S204中，所述的前导码采用的是13bit的巴克码序列。
[0033]进一步的，接收机解调出反向散射信号,并通过接收机到标签的下行反馈链路，实现反向散射标签的动态调整调制方式，即为反向散射标签根据接收机的信息反馈的自适应调制方法，该自适应调制方法包括：
[0034]接收机在解调后，根据CRC出错率，从下行链路反馈接收信号的信道质量指标CQI至反向散射标签；
[0035]反向散射标签根据信道质量指标CQI的值大小，选择相应的调制方式。
[0036]进一步的，所述调制方式包括高阶振幅调制方式和低阶振幅调制方式。
[0037]进一步的，所述自适应调制方法还包括下行链路的设计，且下行链路的设计包括：
[0038]频率选择，下行链路采用超高频频段；
[0039]调制方式，下行链路采用二进制振幅调制解调；
[0040]数据格式设计，下行链路数据帧格式包括前导码、标签标识码、操作指令、信道质量指标CQI和校验码，前导码采用13比特的巴克码序列，标签标识码用于标识特定的唯一的
标签，操作指令由8比特构成，用于指示标签对应的操作，信道质量指标CQI由4比特构成，用于标签自适应调制的反馈控制；校验码对除前导码外的所有数据进行循环冗余校验编码，以确保信息传输的可靠性。
[0041]进一步的，所述自适应调制方法包括以下步骤：
[0042]S301、反向散射标签采用低阶振幅调制方式主动向接收机发送数据包；
[0043]S302、如未接收到来自接收机的相应，则随机延迟时间T后再次发送；
[0044]S303、如接收到来自接收机的应答，且该应答帧CQI字段大于CQI_GOOD阈值，则反向散射标签将调制方式调整为高阶振幅调制方式；如接收到来自接收机的应答，且CQI字段小于CQI_WORST阈值，则反向散射标签会请求增大调频连续波信号源的发射功率；
[0045]S304、如已达到调频连续波信号源的最大发送功率，则结束自适应调制方法。
[0046]进一步的，在接收机端，所述自适应调制方法还包括以下步骤：
[0047]S305、接收机对每个反向散射标签应答帧的CQI字段默认初始值CQI_WORST，接收机每接收到来自某一反向散射标签的一个数据包，并且该数据包的循环冗余校验正确，则该标签的CQI值累加1；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于调频连续波的近距离反向散射通信方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：通过调频连续波信号源循环发送激励信号；反向散射标签接收来自调频连续波信号源的入射信号，对入射信号进行振幅调制，并将反射信号发送至接收机；通过接收机实现接收信号的接收，该接收信号包括反射信号以及由调频连续波信号源发送的直链信号；接收机解调出反向散射信号，并通过由接收机到反向散射标签的下行反馈链路，实现反向散射标签的动态调整调制方式，通过接收机到调频连续波信号源的控制链路，动态调整调频连续波信号源的发射功率。2.根据权利要求1所述的一种基于调频连续波的近距离反向散射通信方法，其特征在于，所述调频连续波信号源发送入射信号到反向散射标签的路径称为路径g，反向散射标签将反射信号发送至接收机的路径称为路径b，调频连续波信号源发送直链信号至接收机称为路径f；反向散射标签对入射信号进行振幅调制，包括：调频连续波信号源发送的信号为s(t)，s(t)为频率线性增加的扩频信号，其频率表示为：f(t)＝f0+kt；其中f0是调频连续波的初始频率，则调频连续波信号的相位为：调频连续波信号s(t)表示为：调频连续波信号源发射功率为P
t
，则经过路径g到达接收机的接收信号为：其中，L
f
是路径f的自由空间传播的损耗，单位是dB，L
f
的计算方法如下所示：L＝32.45+20logD+20logf；反射信号经过反射路径g和b到达接收端的接收信号，表示为：其中，|Γ
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|是标签的反射系数，m(t)是标签反射基带信号，为OOK信号或4ASK信号；Lg,Lb是反射路径g和b的路径损耗，θ
g
、θ
b
是由传播时延引起的相位差；则接收机端的接收信号表示为：y(t)＝sf(t)+sb(t)+n(t)；其中，s
f
(t)是直链信号，s
b
(t)是标签反射信号，n(t)是高斯白噪声，服从均值为0，方差为σ2的正态分布。3.根据权利要求1所述的一种基于调频连续波的近距离反向散射通信方法，其特征在于，所述的接收机通过解调算法消除直链信号，解调出反向散射信号，解调算法包括：S201、将接收信号与本地同步载波进行混频，其中接收信号包括反射信号和直链信号；对直链信号和反射信号的叠加信号进行下变频，即将频带信号转换为基带信号；S202、对反射信号和直链信号的叠加的信号进行包络检波，消除直链干扰，同时获得反
射信号的振幅调制信息；S203、在包络检波过程中，直链信号会引入直流分量，通过对信号求均值，并在包络检波后的信号减去均值，使得到的信号中只存在反射信号；S204、前导码同步，同步后取出反向散射基带信号的有效数据部分；S205、对经过采样的反向散射基带信号进行符号能量的累加，计算出每个数量比特的能量，根据接收信号的能量大小情况，进行能量检测；S206、使用前导码计算得到的判断门限，根据反射信号得到的比特能量进行比特判决，恢复出反射信号码元信息。4.根据权利要求3所述的一种基于调频连续波的近距离反向散射通信方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨刚，李思豪，
申请(专利权)人：四川瑞辰祥物联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：