[发明专利]一种基于聚类分析的环境反向散射信号检测方法

说明书

本发明一种基于聚类分析的环境反向散射信号检测方法，属于通信技术领域；目的是提升环境反向散射系统下行链路中接收机的信号检测性能，提高信息的传输效率；具体通过建立环境反向散射通信模型、提取接受到的反向散射信号、提取反向散射信号、使用K‑means算法计算能量集与聚类中心的距离，判断所属聚类，进而解码出反向散射的信号；通过本发明方法，有效提高了环境反向散射系统下行链路中信息的传输效率，同时使系统误码率得到降低。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及到一种基于聚类分析的环境反向散射信号检测方法。

背景技术

由环境或专用射频(Radio frequency，RF)源供电的无线通信系统最近引起了人们的极大关注。其中环境反向散射通信(AmBC)系统实现了让反向散射装置(Backscatterdevice，BD)能够从环境RF信号中获取电力，并且将环境射频信号当做载波将其信息传输到附近的接收器。由于AmBC与环境无线系统在相同的频带上进行工作，因此可以将它们视为频谱共享系统。与传统的反向散射通信(如射频识别(RFID)系统)不同的是，AmBC可以免除读取器生成RF正弦载波，从而实现低成本和高能效的无处不在的通信。已经证实，来自环境RF信号的收集功率足以为高通量无电池传感器供电。大量设备连接将成为新一代物联网系统的主要通信范例之一，而环境反向散射通信(AmBC)由于其低复杂性和低功耗而最近引起了学术界和工业界越来越多的关注，并且它已经被认为是绿色物联(IoT)的有希望的解决方案。在AmBC中，阅读器接收两种类型的信号：来自RF源的直接链路信号和来自标签的反向散射信号。AmBC系统设计的关键问题是如何从弱反向散射信号中提取标签信息。导致上述任务挑战的主要原因有两个：(1)由于反向散射链路的双重衰落，直接链路信号比反向散射信号强得多；(2)与点对点系统不同，AmBC系统的相关信道很难估计。这两种原因导致系统误码率大大提高。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，提供一种基于聚类分析的环境反向散射信号检测方法，目的是提升环境反向散射系统下行链路中接收机的信号检测性能，提高信息的传输效率。

本发明是通过如下技术方案实现的。

一种基于聚类分析的环境反向散射信号检测方法，包括以下具体步骤：

1)建立环境反向散射通信模型，所述模型包括环境射频源，单天线的IOT传感反向散射设备(S-BD)和配备有多天线的环境反向散射接收器(M-AR)；所述射频源给S-BD提供能量和信号载波，S-BD将自身的传感数据包经天线的负载调制通过射频载波传输到M-AR中，M-AR中的天线分布在空间各处表现为相互独立且不相干扰。

2)提取接受到的反向散射信号：设RF源信号为s(n)，标签信号为c(n)，表示RF源和读取器之间的信道响应为h_m，RF源和标签之间的信道响应为f，标签和阅读器之间的信道响应为g_m，将α表示为反向散射信号的复数衰减，接收到的采样信号y(n)可表示为式(1)：

y(n)＝h_ms(n)+αfg_ms(n)c(n)+u(n)            (1)

其中u(n)是方差为σ²的加性高斯白噪声，即u(n)～CN(0,σ²)，其中σ²＝E[u(n)²]。

3)提取反向散射信号：以生成能量集作为K-均值聚类算法的输入样本，标签以RF源信号的采样率的1/N倍的速率发送比特；即c(N(i-1)+j)s对于j＝0到N-1是相等的，其中n＝N(i-1)+j；N收到的样本：

y(n)＝h_ms(n)+αfg_ms(n)+u(n)，c(n)＝1

n＝0，1，…，N-1；