【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于反向散射通信领域，应用于大规模物联网的低能耗通信，具体涉及一种基于体声波滤波器的蓝牙反向散射通信系统同步方法。
技术介绍
1、近年来，在线服务蓬勃发展，多媒体流传输愈发重要。多媒体流传输通常被认为耗电量极高。然而，反向散射系统的发展使多媒体流变得低能耗甚至零能耗。支持多媒体流的反向散射是一种用于传输物联网传感器数据(包括视频和音频)的超低功耗解决方案。然而，大多数与商品无线电完全兼容的反向散射系统都存在同步精度差和吞吐量低的问题，无法支持各种多媒体传感器。
2、反向散射通信可以追溯到rfid技术的专利技术。rfid读取器体积庞大且价格昂贵。因此，研究人员试图利用环境信号来调制数据。自从提出环境反向散射以来，使用各种其他信号的反向散射系统陆续出现。电视、wifi和蓝牙等环境信号均可用于反向散射各种信息，这为大规模传感器网络的部署提供了新的解决方案。提高吞吐量并降低系统的误码率以支持各种无源应用是这些系统的主要关注点。因此亟需着重于蓝牙反向散射系统的同步研究，有效提升蓝牙反向散射系统的性能，以支持未来的多媒体应用。
3、反向散射技术的瓶颈在于同步精度，其关键挑战是导频音信号和边缘抖动。导频音信号是数据包前同步码之前的保护信号，它会在能量上升沿和数据包开始之间造成间隙。由于导频音，现有的先进蓝牙反向散射通信系统搭便车(freerider)的误码率(ber)为58.5％，这对于视频流来说是不可接受的。而抖动也进一步影响了误码率。抖动是能量上升沿的不稳定性导致的。结果表明，抖动会导致16倍的ber损失
4、现有的几乎所有使用基于能量的同步方法的蓝牙反向散射系统都是基于一个未经检验的假设：能量的上升沿是数据包的开始。然而，这个假设对于nordic 52833、ticc2640r2f等较新的商用蓝牙设备无效。这是因为能量上升沿和实际数据包之间存在时间间隔。为了证明这一点，本专利技术使用矢量信号分析仪来捕获ticc2640r2f发送的数据包的基带信号。如图1所示，可以清楚地看到在上升沿和包头之间有一段信号。在德州仪器公司(ti)的蓝牙产品中，这段未知信号被称为“导频音”。根据i/q信号图可以看出，在能量上升沿之后到包头之间，信号并未采取标准的调频方式，这段信号为导频音信号，而包头之后的信号采取调频的方式，为有效数据。
5、插入导频音信号主要是为了功率稳定和频率稳定。传统的蓝牙收发设备的架构如图2所示，包括4个主要组件：混频器、频率合成器、功率放大器(pa)和低噪声放大器(lna)。首先，功率放大器(pa)需要一些时间才能达到预期功率。为了避免输出功率突然变化产生的无用发射，pa的控制经过精心设计，能量稳定需要一定的时间。其次，频率合成器的输出需要一定的时间才能稳定下来。当打开pa时，频率合成器的输出将不稳定，这会导致频率从所需的rf频率漂移。所以蓝牙厂商在发送数据包之前设置了一个保护间隔，以保证稳定的输出功率和中心频率。
6、导频音对主动式设备没有影响，因为它们的使用基于相关的同步。然而，由于能量上升沿和数据包开始之间的间隙，导频音会导致基于能量的同步出现问题。同步错误将导致解调期间的高误码率(ber)。本专利技术测量了不同激励器的导频音长度，发现导频音的长度因设备而异。这意味着在使用基于能量的同步方法时需要针对不同的设备进行不同的校正。
7、如图3所示，对同一设备设置不同的保护间隔，它的误码率不同。对于两个不同设备，它们的最优保护间隔不同。首先，保护间隔长度对斯坦福大学提出的“搭便车”系统freerider的误码率有很大影响。这是因为保护间隔长度极大地影响了同步的准确性。其次，ti cc2652r的最佳保护间隔为16微秒，而ti cc1352p的最佳保护间隔为24微秒。这意味着对于不同的设备需要设置不同的保护间隔来降低导频音的影响。现有的蓝牙反向散射系统没有考虑导频的影响，而是使用上升沿同步。例如，它的保护间隔为零，导致误码率超过50％。
8、设置最佳保护间隔后，同步仍会受到抖动的影响。边沿抖动使上升沿测量不准确。边缘抖动的产生有多种原因。首先，检测器有响应延迟。其次，不同的阈值设置、不同的距离、不同的发射功率都会影响上升沿的位置。本专利技术测量了现成的包络检测器的抖动。如图4所示，超过55％的上升沿抖动超过200μs，它极大地影响了低功耗蓝牙反向散射系统的性能。
技术实现思路
1、针对现有蓝牙反向散射通信系统的同步精度问题，本专利技术提出了一种基于体声波滤波器的蓝牙反向散射通信系统同步方法，通过非恒包络信号进行模板匹配，提高系统的同步精度，以达到更低的误码率和更高的吞吐量，匹配各类低功耗物联网场景的数据传输需求。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于体声波滤波器的蓝牙反向散射通信系统同步方法，包括如下步骤：
4、步骤1、反向散射标签检测环境中的蓝牙信号，蓝牙信号经过体声波滤波器，将恒定包络更改为非恒包络。然后经过整流器，将高频信号转换为低频的可采样信号，最后经过模数转换模块被数字逻辑采样；
5、步骤2、数字逻辑将采样信号与预存的模板进行相关，找到超过阈值的相关位置；完成同步后，标签跳过前导码、包头字段，在数据段进行调制；传输0时，附加8mhz移频，传输1时，附加8mhz和0.5mhz的混频信号；最后传输的数据被接收端解码。
6、进一步地，所述体声波滤波器的型号为qpq1905，在不同频段上的频率响应不同，将频率信息反映在包络形状上。
7、进一步地，所述步骤1包括选择模板长度，使得只有一个采样点的相关值高于阈值。
8、进一步地，所述模板长度大于80个采样点。
9、进一步地，所述步骤2包括：使用一个11位的缓冲区存储最近的11个采样点，作为移动窗口；使用移动窗口计算输入信号的平均值；找到最大相关值，然后跳过104微秒开始调制。
10、有益效果：
11、1、本专利技术具有较高的同步精度，从而有较低的误码率、较高的吞吐量。
12、2、本专利技术采用包络重构的方式获取非恒包络信号，用相关进行同步。将同步精度从微秒级别提升到亚微妙级别。
13、3、本专利技术获得较高的同步精度后，无源蓝牙标签的吞吐量提升高达两倍，误码率降低至原来的1/60。
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1.一种基于体声波滤波器的蓝牙反向散射通信系统同步方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于体声波滤波器的蓝牙反向散射通信系统同步方法，其特征在于，所述体声波滤波器的型号为QPQ1905，在不同频段上的频率响应不同，将频率信息反映在包络形状上。
3.根据权利要求2所述的一种基于体声波滤波器的蓝牙反向散射通信系统同步方法，其特征在于，所述步骤1包括选择模板长度，使得只有一个采样点的相关值高于阈值。
4.根据权利要求3所述的一种基于体声波滤波器的蓝牙反向散射通信系统同步方法，其特征在于，所述模板长度大于80个采样点。
5.根据权利要求1-4之一所述的一种基于体声波滤波器的蓝牙反向散射通信系统同步方法，其特征在于，所述步骤2包括：使用一个11位的缓冲区存储最近的11个采样点，作为移动窗口；使用移动窗口计算输入信号的平均值；找到最大相关值，然后跳过104微秒开始调制。
【技术特征摘要】
1.一种基于体声波滤波器的蓝牙反向散射通信系统同步方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于体声波滤波器的蓝牙反向散射通信系统同步方法，其特征在于，所述体声波滤波器的型号为qpq1905，在不同频段上的频率响应不同，将频率信息反映在包络形状上。
3.根据权利要求2所述的一种基于体声波滤波器的蓝牙反向散射通信系统同步方法，其特征在于，所述步骤1包括选择模板长度，使得只有一个...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄展翔，
申请(专利权)人：合肥春夜喜雨科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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