[发明专利]基于频控阵射频源的环境反向散射通信系统及其通信方法

说明书

本发明公开了一种基于频控阵射频源的环境反向散射通信系统及其通信方法，该系统采用频控阵射频源发送信号，实现环境反向散射通信，即标签利用空中已存在的频控阵信号与阅读器进行通信，利用标签符号和接收信号的最大互信息得到信道容量，通过差分检测方法，确定该环境反向散射通信系统检测性能。与传统的环境反向散射通信相比，将频控阵射频源取代相控阵射频源，充分利用频控阵的距离‑角度‑时间依赖性波束的特点，以达到提高标签与阅读器的传输速率和改善误码率性能的目的。在与相控阵相同天线数的条件下，获得了更大的信道容量和更小的系统误码率，具有更好的检测性能，为未来的物联网发展和应用推广提供技术支撑。

技术领域

本发明属于物联网通信技术领域，具体涉及一种基于频控阵射频源的环境反向散射通信系统及其通信方法。

背景技术

物联网技术是5G通信系统的关键技术之一，其中能量问题是物联网技术的一大挑战。对于一些电池更换成本昂贵，维护操作复杂的设备，能量收集是长期维持设备正常工作的理想方式。反向散射技术就是一种能量收集技术，但传统的反向散射技术受限于通信距离短且需要一个专门的射频信号源，新型的反向散射技术-环境反向散射(ambientbackscatter)技术解决了这一问题。环境反向散射技术是标签/传感器利用环境中存在的无线射频信号，如手机信号、电视广播信号，WiFi信号等，作为调制自己信息的载频信号，不需要专门的载波发生器，实现与阅读器/接收端通信的功能，有助于实现“绿色物联网”。环境反向散射技术基本通信原理是：标签通过不反射和反射收到的无线信号表示成“0”和“1”这两种状态；阅读器/接收端根据反射和不反射信号两种情况下接收信号的差别和特点，采取相应的信号处理方式进而检测出这两种状态。目前环境反向散射通信的研究主要集中在接收机和反射器件原型的设计上，已知的检测方法主要是差分检测，平均功率检测和利用OFDM信号的循环前缀特性检测，这样可以避免对信道的估计，但是传输速率比较低，误码率比较高。

环境中存在的射频信号多种多样，传统的环境反向散射通信系统中的无线射频信号都是来自全向天线发出的同频信号，包括单天线射频源，或者多天线相位阵射频源。利用相控阵射频源可以在一定程度上提高信号检测性能，但相控阵无法实现无线信号在距离维度上的能量聚焦。而频控阵在同一时间对不同阵元施加不同的频偏，发射相参信号，因而每个天线阵元发射的信号频率不同，其可以提供距离依赖性波束。频控阵波束因具有距离-角度-时间依赖性，使其在雷达和安全通信等领域已取得瞩目的成效。为此，为了进一步提高信道容量和检测性能，提出一种基于频控阵射频信号源的环境反向散射通信系统及其通信方法。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于频控阵射频源的环境反向散射通信系统及其通信方法解决了传统环境反向散射通信系统中信道容量小和检测性能低的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于频控阵射频源的环境反向散射通信系统，包括频控阵射频源、标签和阅读器；

所述频控阵射频源包括若干个阵元，且每个阵元均与标签和阅读器连接，所述标签还与阅读器连接。

进一步地，所述频控阵射频源用于发射射频信号至标签和阅读器上；

所述标签将标签符号调制到接收到的射频信号上，生成反射链路信号并转发至阅读器；

所述阅读器从接收到的信号中恢复出标签符号，并确定环境反向散射通信系统的检测性能参数；

其中，阅读器接收到频控阵射频源发射的信号为直接链路信号；

阅读器接收到标签发射的信号为反射链路信号。

进一步地，所述标签为单天线标签；所述阅读器为单天线阅读器。

进一步地，所述环境反向散射通信系统的检测性能参数包括标签与阅读器之间的互信息量、标签与阅读器之间信道容量和误码率；