CN108496094A - 包含单边带操作的实例的反向散射装置 - Google Patents

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Abstract

本文中所描述的实例包含利用反向散射通信以根据无线通信协议生成传输的装置和系统。描述了包含单边带操作、使用蓝牙生成载波、到反向散射装置的下行链路通信和其组合的实例。

Description

包含单边带操作的实例的反向散射装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年1月26日申请的美国临时申请第62/287,322号的早期申请日的35U.S.C.§119下的益处，所述美国临时申请的全部内容出于任何目的以全文引用的方式并入本文中。本申请还要求2016年2月5日申请的美国临时申请第62/292,088号的早期申请日的35U.S.C.§119下的益处，所述美国临时申请的全部内容出于任何目的以全文引用的方式并入本文中。
关于联邦政府资助的研究或开发的声明
本发明是在国家科学基金会授予的拨款号CNS-1407583和国家科学基金会授予的拨款号CNS-1305072的政府支持下进行的。政府对本发明享有一定权利。
技术领域
本文中所描述的实例大体上涉及无线通信。描述包含单边带操作的反向散射装置的实例。
背景技术
根据无线通信协议(例如，Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、SigFox)的通信可驱使对传感器或其它通信装置的功率预算。此通信所需的功率可能不足以完全实现各种物联网(“IoT”)或其它普遍存在的感测情形。虽然CMOS技术缩放通常为数字逻辑系统的尺寸和功耗提供了指数优势，但是尚未发现Wi-Fi通信所必需的模拟RF组件具有类似的功率缩放。因此，传感器和移动装置上的Wi-Fi传输仍消耗数百毫瓦的功率。
已经描述了反向散射技术，其创建额外窄带数据流以搭载在现有Wi-Fi信号之上。然而，这些装置通常受到靠近距离的低数据速率的限制，或者需要在接收器处使用定制的全双工硬件，使得任何现有的Wi-Fi装置都不能接收通信。
发明内容
本文中描述了反向散射装置的实例。在一些实例中，反向散射装置包含天线，所述天线经配置以反向散射具有第一频率的载波信号。反向散射装置进一步包含基带电路，所述基带电路经配置以提供数据以供传输。反向散射装置进一步包含波形生成器，所述波形生成器经配置以提供具有第二频率的波形，其中第二频率是第一频率与第三频率之间的绝对差。反向散射装置进一步包含子载波相位调制器，所述子载波相位调制器耦合到基带电路和波形生成器，所述子载波相位调制器经配置以根据数据调整波形的相位、幅值或其组合以提供输出信号。反向散射装置进一步包含耦合到天线的开关，所述开关经配置以控制反向散射装置的阻抗以根据输出信号反向散射载波信号，使得第一频率与第二频率混合来以第三频率在单边带中的反向散射信号中传输数据。
在一些实例中，根据实施相移键控、幅移键控或其组合的无线通信协议布置反向散射信号。
在一些实例中，无线通信协议包括Wi-Fi、ZigBee、SigFox，或其组合。
在一些实例中，其中波形包括两个方波，包含第一方波和第二方波，第二方波从第一方波移位四分之一相位。
在一些实例中，数据包括Wi-Fi包。
在一些实例中，反向散射装置进一步包含多个阻抗元件，且开关经配置以在多个阻抗元件之间切换。
在一些实例中，开关经配置以控制反向散射装置的阻抗来以第三频率在单边带中的反向散射信号中传输数据，其中第三频率等于第一频率加第二频率，而不以第四频率传输另一边带，所述第四频率等于第一频率减去第二频率。
本文中描述了系统的实例。在一些实例中，系统可包含：辅助装置，其经配置以传输包含第一频率的载波信号；和反向散射装置，其经配置以通过将子载波调制用于具有第二频率的波形来反向散射载波信号，反向散射装置经进一步配置以切换反向散射装置的阻抗来以第三频率将载波信号反向散射成反向散射信号，第三频率等于第一频率与第二频率的和或差中的任一种，而不以第四频率提供反向散射信号，所述第四频率等于第一频率与第二频率的和或差中的另一种。系统可进一步包含接收器，所述接收器经配置以按第三频率接收反向散射信号。
在一些实例中，反向散射装置经进一步配置以使用相移键控、幅移键控或其组合提供反向散射信号中的数据。
在一些实例中，反向散射装置经配置以在四个不同阻抗之间切换以反向散射载波信号。
本文中描述了辅助装置的实例。在一些实例中，辅助装置包含：天线；数据白化器，其耦合到天线且经配置以根据蓝牙标准白化输入数据；至少一个处理器；和至少一个计算机可读媒体，其编码有可执行指令，所述可执行指令在被执行时致使至少一个处理器执行包括向数据白化器提供数据序列的操作，在由数据白化器进行操作时，所述数据序列产生1或0的串。
在一些实例中，可执行指令在被执行时致使至少一个处理器计算白化序列且利用白化序列向数据白化器提供数据序列。
在一些实例中，可执行指令在被执行时致使至少一个处理器至少部分地基于蓝牙信道号计算白化序列。
在一些实例中，数据白化器包括7位线性反馈移位寄存器。
在一些实例中，辅助装置进一步包含耦合到数据白化器和所述的发射器，所述发射器经配置以根据蓝牙标准传输数据，且所述发射器经配置以传输1或0的串，使得天线提供具有单音的载波。
本文中描述了系统的其它实例。实例系统可包含：辅助装置，其经配置以传输载波信号，所述载波信号包含蓝牙包，所述蓝牙包包括用蓝牙标准编码的0或1的串，以提供载波信号的单音部分；和反向散射装置，其经配置以通过将子载波调制用于具有第二频率的波形来反向散射载波信号，反向散射装置经进一步配置以切换反向散射装置的阻抗来以第三频率将载波信号反向散射成反向散射信号，第三频率等于第一频率与第二频率的和或差中的任一种。反向散射装置可包含包络检测器，其经配置以响应于对在反向散射装置处入射能量的阈值量的检测而提供控制信号，且反向散射装置可经配置以在检测反向散射装置处入射能量的阈值量之后的保护间隔内开始反向散射。
在一些实例中，入射能量的阈值量的检测对应于蓝牙包的开始。
在一些实例中，选择保护间隔以使得反向散射在蓝牙包的有效负载部分期间开始。
在一些实例中，反向散射装置经进一步配置以在接收蓝牙包的CRC部分之前完成反向散射。
在一些实例中，辅助装置经配置以在传输载波信号之前传输经配置以保留Wi-Fi信道的信号。
在一些实例中，载波信号包含在蓝牙广播包中，且其中反向散射装置经配置以反向散射发送请求(RTS)包。
本文中描述了电子装置的实例。在一些实例中，电子装置包含：发射器，其经配置以传输Wi-Fi包；和控制器，其经配置以控制发射器在Wi-Fi包中的至少一个的有效负载中产生经调幅信号。
在一些实例中，控制器经配置以控制发射器产生随机OFDM符号或恒定OFDM符号。
在一些实例中，使用具有全1或全0的QAM调制位串产生恒定OFDM符号。
在一些实例中，发射器包含：IFFT，其经配置以对QAM调制位进行操作以提供包括Wi-Fi包中的至少一个的至少部分的输出信号；加扰器，其经配置以加扰输入位，以提供加扰位；卷积编码器，其经配置以对加扰位编码，以提供经编码加扰位；交错器，其经配置以使经编码加扰位交错，以提供交错位；以及调制器，其经配置以调制交错位，以提供QAM调制位。控制器可经配置以提供输入位，所述控制器经配置以选择输入位，使得在选定时间，QAM调制位是全0或全1的串。
在一些实例中，控制器经配置以控制发射器提供随机OFDM符号，接着提供恒定OFDM符号，以指示1或0，且提供另外两个连续OFDM符号，以指示1或0中的另一个。
本文中描述了方法的实例。实例方法可包含与电子装置上的应用程序介接以发起载波的传输，通过第一张卡反向散射载波以提供包含数据的反向散射信号，以及通过第二张卡接收包含数据的反向散射信号。
在一些实例中，载波包括具有0或1的序列作为其有效负载的蓝牙信号。
在一些实例中，方法进一步包含接近第一张卡和第二张卡放置电子装置。
在一些实例中，反向散射包括反向散射载波以提供仅具有单边带的反向散射信号。
附图说明
图1是根据本文中所描述的实例布置的系统的示意图。
图2是根据本文中所描述的实例布置的反向散射装置的示意图。
图3是根据本文中所描述的实例布置的可利用蓝牙信号作为载波的实例辅助装置的示意图。
图4是通常用于蓝牙装置中的实例数据白化器的示意图。
图5是实例蓝牙包结构的示意图。
图6是根据本文中所描述的实例布置的可用于将数据传输到反向散射装置的电子装置的示意图。
图7是对两个位编码以供传输到根据本文中所描述的实例布置的反向散射装置的四个OFDM符号绘图。
图8是本文中所描述的系统、装置和方法的多个实例用途的示意图。
具体实施方式
下文阐述某些细节以提供对本发明的实施例的充分理解。然而，所属领域的技术人员将明白，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明的实施例。在一些情况下，未详细展示熟知电路、控制信号、网络组件、时序协议和软件操作，以避免不必要地混淆所描述的本发明的实施例。
本文中所描述的实例可提供反向散射装置和系统，其可合成符合标准的无线传输(例如，Wi-Fi和/或ZigBee)以与例如Wi-Fi接入点和/或ZigBee集线器等符合标准的现有装置通信。利用所描述的反向散射技术的实例的传感器可具有数量级更低的功耗，这可以显著改善电池寿命和/或减小传感器上的电池的尺寸和成本。
本文中所描述的实例包含利用反向散射通信来直接生成Wi-Fi传输(例如，代替通过反向散射Wi-Fi信号发送额外数据流)的装置和系统，其可以在具有Wi-Fi芯片组的数十亿现有装置中的任何一个上解码。
图1是根据本文中所描述的实例布置的系统的示意图。系统102包含辅助装置104、接收器106、反向散射装置108和反向散射装置110。在操作期间，辅助装置104传输载波信号。反向散射装置108和/或反向散射装置110可将载波信号反向散射成可符合无线通信协议的传输，例如Wi-Fi、ZigBee和/或蓝牙。来自反向散射装置108和/或反向散射装置110的传输可由接收器106接收。以此方式，接收器106可以是能够接收以由反向散射装置108和/或反向散射装置110传输的协议(例如，Wi-Fi、ZigBee和/或蓝牙)布置的无线通信信号的任何电子装置(例如，无线通信装置)。因此，反向散射装置可使用无线通信协议向常规电子装置(例如，无线通信装置)进行传输。
Wi-Fi信号大体上是指无线局域网通信信号，通常使用2.4GHz和/或5GHz ISM无线电频带。可以根据电气和电子工程师协会的802.11标准，例如但不限于802.11a、802.11b、802.11g和/或802.11n，发送通信信号。
辅助装置104可使用能够提供本文中所描述的载波信号的任何电子装置(例如，无线通信装置)实施。辅助装置的实例包含但不限于路由器、例如手机或平板计算机的移动通信装置、计算机和/或笔记本电脑。辅助装置104可大体上具有有线电源，但在一些实例中，辅助装置104可以是电池供电的。一般来说，辅助装置104可具有充足功率以产生载波信号。单个辅助装置可将载波信号提供到多于一个反向散射装置，如本文中所描述。尽管图1中展示单个辅助装置104，但在一些实例中可使用任何数目的辅助装置。在一些实例中，辅助装置104可实施媒体接入控制协议。辅助装置104例如可在所要信道(例如，将在其上传输载波信号和/或反向散射信号的信道)确定为空闲后传输载波信号。
辅助装置104大体上包含RF组件，例如频率合成器和/或功率放大器，其在反向散射装置108和/或反向散射装置110处可能不需要。以此方式，辅助装置104可为任何数目的反向散射装置，例如反向散射装置108和反向散射装置110，提供RF功能。
由辅助装置104提供的载波信号可以是各种无线信号中的任一个，所述各种无线信号可由反向散射装置108和/或反向散射装置110反向散射以形成根据例如Wi-Fi、ZigBee、蓝牙和/或SigFox等无线通信协议布置的无线通信信号。载波信号可以是连续波或特定协议的载波信号(例如，蓝牙、Wi-Fi、ZigBee和/或SigFox信号)。在一些实例中，载波信号可以是扩频信号。在一些实例中，载波信号可以是跳频信号。在一些实例中，载波信号可以是连续波信号。在一些实例中，可根据接收器106经配置以接收的特定无线协议和/或频率和/或幅值和/或相位选择连续波信号的一或多个特性(例如，频率、幅值和/或相位)。在一些实例中，载波信号可以是单频音信号。
在一些实例中，载波信号可以是无数据信号。举例来说，可由接收器解码的数据可不编码在载波信号中。在一些实例中，可使用预先确定的数据信号实施载波信号。举例来说，载波信号可不编码有并非在辅助装置104处预先确定的和/或生成的数据。在一些实例中，载波信号可以是非有效负载信号。举例来说，可由接收器106检测的数据有效负载可不包含在载波信号中。在一些实例中，载波信号可以是基于由辅助装置104执行的媒体接入控制子层处理的信号。
在一些实例中，辅助装置可检测频谱和/或无线通信信道的未使用的部分。举例来说，辅助装置可检测无线通信信道或其部分是未使用的，且可在未使用的无线通信信道或其部分上选择性地传输载波信号。在一些实例中，载波信号传输可能仅在辅助装置确定供载波信号使用的无线通信信道是未使用的之后才可进行。在一些实例中，另外或实际上，辅助装置可检测意图在其上接收反向散射信号的无线通信信道或其部分是未使用的，且可在接收信道是未使用的时选择性地传输载波信号。
举例来说，传统Wi-Fi通信使用载波感测共享网络。然而，载波感测通常需要Wi-Fi接收器，其在每次传输之前被接通。由于传统Wi-Fi接收器需要耗电的RF组件，例如ADC、频率合成器和LNA，因此在反向散射装置108和/或反向散射装置110处进行载波感测的要求可以减少使用反向散射技术实现的总功率节省。因此，在本文中所描述的实例中，载波感测可由辅助装置104执行，且可不由例如反向散射装置108和/或反向散射装置110等反向散射装置执行。一般来说，辅助装置104可执行载波感测且发信号通知反向散射装置，例如反向散射装置108和/或反向散射装置110何时进行传输。辅助装置104还可仲裁多个反向散射装置之间的信道并解决其它链路层问题，包含ACK和重新传输。
可使用和/或连同具有反向散射通信能力的任何装置实施反向散射装置108和反向散射装置110，所述具有反向散射通信能力的装置例如但不限于，附属装置、例如手机或平板计算机的移动通信装置、计算机和/或笔记本电脑。可实施具有反向散射通信能力的其它装置，包含但不限于传感器、可佩戴装置，例如手表、眼镜、隐形眼镜和/或医疗植入物。预期反向散射装置可具有足够小的外观尺寸和低功率要求，以便能够并入在或附接到任何物体且为对象提供通信功能性和/或提供与对象相关联的通信功能性。以此方式，反向散射装置可广泛放置在环境中，且促进物联网(IoT)和/或其它广泛传感器功能性。尽管图1中展示两个反向散射装置，但应理解，可使用任何数目的反向散射装置，包含一个反向散射装置。在其它实例中，系统102中可存在10、20、30、40、50、60、70、80、90、100或更多个反向散射装置。
一般来说，例如反向散射装置108和反向散射装置110的反向散射装置用以向载波信号呈现变化的阻抗，使得例如载波信号在任何给定时间被反向散射装置反射或吸收。以此方式例如‘1’可指示反射，且‘0’指示吸收，或反之亦然，且载波信号可被反向散射成携载数据的信号。因此，在一些实例中，可仅使用更改反向散射装置的天线处的阻抗所需的能量通过反向散射提供携载数据的信号。以此方式，反向散射装置可以比反向散射装置自身产生载波信号时更低的功率传输携载数据的信号。
本文描述的反向散射装置，例如反向散射装置108和反向散射装置110通常可以是超低功率装置。举例来说，本文中所描述的反向散射装置可消除或减少对耗电的通信组件(例如，可能存在于辅助装置104中的RF信号生成器、混合器、模数转换器等)的需求。以此方式，本文中所描述的反向散射装置可消耗数微瓦的功率来传输数据，这样可利用反向散射装置的通信能力来改善组件(例如，传感器)的电池寿命。反向散射装置可执行数字基带操作，例如译码和/或调制。
由反向散射装置108和/或反向散射装置110反向散射的反向散射信号可以是使用由反向散射装置108和/或反向散射装置110执行的子载波调制产生的信号。在一些实例中，反向散射信号的频率可从载波信号的频率频移。在一些实例中，可以使用相移和/或幅移键控将数据编码在反向散射信号中。在一些实例中，反向散射信号可基于由反向散射装置108和/或反向散射装置110执行的相移键控(例如，QPSK和/或BPSK)和/或幅移键控子载波调制。因此，包含反向散射装置108和反向散射装置110的本文中所描述的反向散射装置可根据利用相移和/或幅移键控的无线通信协议(例如，Wi-Fi、ZigBee、SigFox)提供反向散射信号。在一些实例中，反向散射信号可包含DSSS和/或CCK扩频序列，其可由反向散射装置108和/或反向散射装置110添加。在一些实例中，反向散射信号可包含有效负载，其被添加到由辅助装置104在反向散射装置108和/或反向散射装置110处接收到载波信号之后生成的信号。在一些实例中，反向散射信号可包含可基于由接收器106实施的特定协议或标准在接收器106处解码的包。在一些实例中，反向散射信号可包含在反向散射装置108和/或反向散射装置110处检测到且被添加到预先确定的特定频率载波信号的数据。
本文中所描述的反向散射装置和/或辅助装置，例如反向散射装置108、反向散射装置110和/或辅助装置104可各自包含多个天线。以此方式，可利用天线分集且可使用多输入多输出(MIMO)技术。举例来说，辅助装置104可基于无线信道在多个天线上分配载波信号，这样可以改善从辅助装置104到反向散射装置108和/或110到接收器106的无线信号传播。
可使用能够接收以由反向散射装置，反向散射装置108和/或反向散射装置110提供的协议(例如Wi-Fi和/或ZigBee)格式化的无线通信信号的任何电子装置(例如，无线通信装置)来实施接收器106。一般来说，任何电子装置(例如，无线通信装置)可用于实施接收器106，包含但不限于Wi-Fi接入点、Wi-Fi路由器、ZigBee集线器、路由器、例如手机或平板计算机的移动通信装置、计算机和/或笔记本电脑。在一些实例中，辅助装置104、接收器106和反向散射装置108和/或反向散射装置110可以是物理上分离的装置。
虽然展示为从辅助装置104分离的单独装置，但是在一些实例中，辅助装置104和接收器106可经集成和/或可以是相同装置。举例来说，在某一实例中，电子装置可包含多个天线。在一些实例中，一或多个天线可提供载波信号(例如，提供辅助装置104)，而不同于在一些实例中提供载波信号的那些天线的一或多个天线可接收由一或多个反向散射装置传输的信号(例如，提供接收器106)。在一些实例中，辅助装置和接收器可集成到单个装置中。消除电路可设置在集成装置中以抑制(例如，消除)由接收器处的辅助装置传输的载波信号。
在存在来自由辅助装置104传输的载波信号的干扰的情况下，接收器106可从反向散射装置108和/或反向散射装置110接收传输。在一些实例中，接收器106可使用专用硬件(例如，全双工无线电)来消除此干扰信号，但是其可能与现有Wi-Fi装置不兼容。在一些实例中，辅助装置104可提供由期望频率信道之外的频率(例如，单频音或多频信号)组成的载波信号，以用于反向散射装置108和/或反向散射装置110的传输。这样可确保和/或辅助接收器106抑制来自辅助装置104的带外干扰。举例来说，即使在相邻频带中存在干扰(例如比35dB更强的干扰)的情况下，也可能越来越需要Wi-Fi接收器进行工作。因此，如果辅助装置104在相邻频带中传输载波信号，那么可使用传统的Wi-Fi接收器来实施接收器106且在存在干扰信号的情况下保持功能。另外，随着Wi-Fi和蓝牙无线电集成到单个芯片组上，Wi-Fi硬件经设计以在带外蓝牙干扰的情况下工作。因此，在一些实例中，辅助装置104可提供蓝牙载波信号，且即使在存在干扰蓝牙信号的情况下，接收机106中的Wi-Fi芯片组也可适当地操作以从反向散射装置108和/或反向散射装置110接收Wi-Fi传输。
在一些实例中，在辅助装置104与接收器106之间设置一些物理分离。举例来说，如果接收器106太靠近辅助装置104，使得由辅助装置104进行的载波信号的传输饱和和/或压缩接收器106的RF前端，那么可能发生过度的带外干扰，从而降低Wi-Fi性能。这通常被称为输入1dB压缩点，对于商业Wi-Fi装置，其可以是约0dBm。
在一些实例中，本文中所描述的辅助装置104和接收器106可不时地改变功能性。举例来说，虽然辅助装置104可如参考辅助装置所描述的那样起作用，但在一些实例中，辅助装置104有时可用作接收器，而接收器106有时可用作辅助装置。举例来说，可使用具有多种操作模式的路由器(例如，Wi-Fi路由器)。在一种操作模式中，路由器可用于实施辅助装置104，而在另一种模式中，路由器可用于实施接收器106。在一些实例中，相同装置可对其功能性进行时分复用，使得辅助装置104可与接收器106集成和/或合并。
在一些实例中，系统中可存在多个辅助装置和/或接收器。在一些实例中，单个装置(例如，路由器)在一些时间可充当辅助装置且在其它时间充当接收器。在一些实例中，系统中可存在多个(例如，两个)装置，其各自能够充当辅助装置或接收器。举例来说，装置在一个模式中可充当辅助装置(例如，经配置以传输载波信号)，且在第二模式中充当接收器(例如，经配置以接收反向散射信号)。因此，两个装置可在任何时刻为充当辅助装置进行权衡。举例来说，在一个时间，路由器1可充当辅助装置，而路由器2可充当接收器，且在另一个时刻，角色可被交换。在一些实例中可使用不同时间分配，且在一些实例中可存在大量路由器。
在具有多个辅助装置和/或接收器的实例中，辅助装置和/或接收器可跨区域定位，以通过载波信号和/或空间覆盖最大化和/或改善空间覆盖，以接收反向散射信号。在一些实例中，可基于候选辅助装置到反向散射装置的接近度选择系统中多个辅助装置的一辅助装置，以充当辅助装置(在一些实例中，选择可特定针对于特定反向散射装置或反向散射装置组)。在一些实例中，可基于多个辅助装置中的候选辅助装置来进行选择，相比于多个辅助装置中的另一个，所述候选辅助装置能够更好地接收反向散射信号。
图2是根据本文中所描述的实例布置的反向散射装置的示意图。反向散射装置200可用于实施例如图1的反向散射装置108和/或反向散射装置110。反向散射装置200包含基带202、子载波相位调制器204、有源RF 206、开关208和波形生成器210。
反向散射装置通常通过改变天线阻抗来操作。改变天线阻抗的影响可以理解为使得雷达截面(例如，由天线反射的信号)也在两种不同状态之间改变。假设入射信号具有功率Pincident，反向散射信号中的功率可表示为
等式1
其中Γ1 *和Γ2 *是对应于两个阻抗状态的反射系数的复共轭。为了最大化反向散射信号中的功率，通常最大化的两种阻抗状态的功率的差值如下所示
等式2
为了使反向散射信号中的功率等于入射信号的功率，可将等式2的左侧设置为4，其可通过调制在+1与-1之间的反射系数来实现。然而，实际上，反向散射硬件可能偏离此理想行为并引发实际上可接受的损耗；一个实例硬件实施具有约1.1dB的损耗。
通过利用开关(例如，开关208)，天线阻抗可在两种阻抗状态之间拨动。反向散射装置200的实例可使用此二元系统生成传输(例如，Wi-Fi传输)。举例来说，开关208可连接到接地。然而，在一些实例中，可使用额外阻抗状态。举例来说，图2中展示四个阻抗212，其可连接到开关208和/或另一开关214，所述开关可将阻抗212耦合到用以实施开关208的晶体管。以此方式，可以向反向散射装置的天线呈现任何数目的阻抗。本文中所描述的实例可利用各种阻抗(例如，多于两个)提供单边带反向散射。
一般来说，反向散射装置200可通过反向散射装置200使载波信号的频率移位。举例来说，频率可从在所要Wi-Fi传输信道外侧提供的单频音移位成所要Wi-Fi传输信道内的频率(例如，所要Wi-Fi传输信道的中心频率)。可使用频移信号来提供无线通信信号(例如，Wi-Fi信号)。一般来说，为了使载波信号的频率移位，开关208可以等于所要频移量的频率Δf进行操作。可使用数字逻辑执行数字编码且在一些实例中可通过修改方波的相位(例如，用以估算正弦波)来实施相变。以此方式，数字反向散射装置200可以在基带处的数字域中操作时合成无线通信信号(例如，Wi-Fi信号)。
举例来说，反向散射装置200可反向散射例如由图1的辅助装置104提供的单频音信号。单频音信号可以写成sin2π(fwifi-Δf)t，其中fwifi是由反向散射装置进行的Wi-Fi传输的所要频率，且Δf是反向散射装置所利用的波形的频率。反向散射装置200可利用具有频率Δf的方波(例如，由波形生成器210提供)以将频音偏移成fwifi。由波形生成器210提供的方波可估算为
等式3
由于调制天线的雷达截面有效地将传入信号乘以经调制信号，因此反向散射信号可估算为sin2π(fwifi-Δf)tsin2πΔft。以此方式，反向散射创建来自初始单音信号的两个频调，一个在fwifi处，且一个在fwifi-2Δf处。
因此，包含图2的反向散射装置200的本文中所描述的反向散射装置可提供反向散射信号，所述反向散射信号具有从载波信号的频率偏移差频的频率。差频可以是提供给子载波调制电路的波形(或包含在所述波形中)的频率。
反向散射装置的一些实例可提供从载波信号的频率偏移差频的反向散射信号，且可避免生成反向散射信号的两个边带(例如，反向散射装置可以载波信号频率+差频提供反向散射信号，同时避免以载波信号频率-差频提供反向散射信号，例如反向散射信号可仅在单边带中提供。)
回顾，如上文所描述，反向散射可创建两个频调。这在一些实例中可能是不需要的。举例来说，当与蓝牙一起使用时，广播信道37和39在ISM带的任一端处。因此，对对应蓝牙信号创建任何频率偏移可在ISM带之外创建镜像副本。第三广播信道39与Wi-Fi信道6重叠且接近Wi-Fi信道1且因此可创建对于弱反向散射Wi-Fi信号得强干扰。另外，使用广播信道39在Wi-Fi信道11上生成包可同样创建处于ISM带之外的镜像副本。因此，现有边带调制技术可能不利于实现Wi-Fi信道中的任一个的相互散射。
本文中所描述的实例可提供单边带反向散射。反向散射装置可仅在单音载波(例如，蓝牙)传输的一侧上产生频移。可通过考虑无线电操作来解释所述做法。一般来说，无线电可在例如2.4GHz的射频下使用振荡器，以生成正交信号，cos2πft和sin2πft。它们与同相数字I(t)和正交相位分量Q(t)相乘以产生I(t)cos2πft+jQ(t)sin2πft。通过将I(t)和Q(t)设置成cos2πΔft和sin2πΔft，收音机可以容易地产生所要偏移信号，ej2π(f+Δf)t，而无任何镜像副本。然而，本文中所描述的实例可能不宜利用在例如2.4GHz的射频下运行的振荡器，这是因为它们会消耗相当大的功率。
实际上，在数学上，可以在反向散射装置上使用的复阻抗来模仿上述操作，而无需高频(例如，2.4GHz)振荡器。举例来说，可提供复信号ej2πΔft(例如，通过波形生成器210)。使用引入的载波信号(例如，单音蓝牙传输)cos2πΔft反向散射此复信号，得到，
等式4
第一项是所要偏移信号，而第二项具有负频率且在实际中不会出现。因此，上述操作产生所要偏移，而无镜像副本。因此，本文中所描述的反向散射装置的实例可使用反向散射提供复信号ej2πΔft，由此实现单边带反向散射调制。此信号可写成，
ej2πΔft＝cos2πΔft+jsin2πΔft
等式5
为了在反向散射装置上产生此信号，可使用方波生成sin/cos项。可使用开关(例如，开关208)处的复阻抗来生成复值。
因此，可在Δf的频率下使用介于两个值+1到-1之间的方波来生成等式5中的sin/cos项。傅里叶(Fourier)分析假设Δf下方波可表示为
等式6
第一谐波是所要正弦项，而第三和第五谐波具有1/n2的功率，分别为9.5dB和14dB，低于第一谐波。由于所有802.11b位率可以在低于14dB的SNR下操作，因此此估算对于本文中所描述的实例是足够的。为了生成余弦项，本文中所描述的反向散射装置可将方波时移时间周期的四分之一。可通过将开关(例如，开关208)和反向散射装置的数字操作计时为所要差频Δf的倍数来生成此方波。
既然将sin/cos项近似为+1或-1，那么等式5可以取四个值中的一个：1+j、1-j、-1+j和-1-j。可通过改变反向散射硬件的阻抗(例如，利用阻抗212)来创建这些复值。一般来说，RF信号在穿过具有不同阻抗的两种材料时被反射。由于天线的阻抗不同于在其周围的介质，因此有一部分入射RF信号会从天线反射出来。反向散射通常通过在天线与反向散射电路之间创建额外的阻抗边界来操作。举例来说，假定传入信号Sin，来自反向散射装置的反射信号可由下式给出：
等式7
其中Za和Zc分别是天线和反向散射电路(例如，开关208和阻抗212)的阻抗。在反向散射的一些实例(例如，在开关208连到接地而无阻抗212时)中，反向散射电路的阻抗可设置成Za或0，对应于传入信号的无反射或反射。在其它实例中，可通过改变电路的电感将反向散射电路的阻抗设置成复值。举例来说，在频率f下，反向散射电路的阻抗可写成j2πfL，其中电感是L。因此，通过改变电感，复值可用于上述等式7中的分数。
为提供四个所要复值1+j、1-j、-1+j和-1-j，阻抗212可相应地设置为 和在一些实例中，天线阻抗Za可以是50欧姆。在四个阻抗状态(例如，阻抗212)之间切换可以允许反向散射装置提供复信号ej2πΔft且实现单边带操作。
因此，在本文中所描述的实例中，开关214或其它开关元件可在数个阻抗元件，例如阻抗212中所展示的四个阻抗元件之间切换。在一些实例中，开关214或其它开关元件可受图2的基带202、子载波相位调制器204和/或波形生成器210控制。
总而言之，为了实现单边带操作，波形生成器210可提供方波和偏移四分之一周期的方波。这些可表示等式5的正弦和余弦项。阻抗212可包含四个阻抗元件，其足以使反向散射电路(例如，反向散射装置)的阻抗在不同时间为-和这些值之间切换允许反向散射装置将信号反向散射成第三频率而不生成处于另一频率的镜像边带。例如，可以等于载波频率加差频的频率提供反向散射信号，而不以等于载波频率减差频的频率提供反向散射信号。在一些实例中，可以等于载波频率减差频的频率提供反向散射信号，而不以等于载波频率加差频的频率提供反向散射信号。
可以多种方式在反向散射信号中传输数据。在一些实例中，载波信号自身的反射和/或吸收可用于对数据编码。举例来说，可使用具有包或其它数据(例如，Wi-Fi信号)的信号实施载波。反向散射装置可传输和/或反射载波信号的包以指示‘1’或‘0’(或反之亦然)。在一些实例中，可由反向散射装置执行相移和/或幅移键控以在反向散射信号中对数据编码。举例来说，在创建处于Wi-Fi信道(fwifi)中心的频音之后，可生成使用反向散射的802.11b传输。802.11b使用DSSS和CCK编码，两者均是数字操作，且因此可在无源Wi-Fi装置上使用数字逻辑(例如，通过基带202)来执行。反向散射装置200可使用以频率Δf生成的方波根据相移键控协议(例如，QPSK、BPSK、DBPSK和/或DQPSK)生成信号，这可通过指出DBPSK和DQPSK使用具有四个明确阶段划分的正弦波来理解：0、π/2、π和3π/2。由于由开关208提供的方波可近似为正弦波，因此可通过改变由波形生成器210提供的方波的时序来提供四个相位。举例来说，将方波偏移符号时间的一半有效地产生相位改变π。π/2和3π/2的相位改变可通过将方波偏移符号时间的四分之一和四分之三来实现。以此方式，例如反向散射装置200的反向散射装置可在数字域中完全操作，同时以几十MHz的基带频率运行，且使用反向散射来合成802.11b传输。
在操作期间，基带202可提供用于与子载波相位调制器204通信的数据，所述子载波相位调制器还可被称作子载波调制器。应理解，即使在被称作子载波相位调制器时也可不在所有实例中执行相位调制。波形生成器210可将波形提供到子载波相位调制器204。可选择波形的频率作为载波信号的频率与反向散射信号的所要频率之间的差(例如，接收器可接收反向散射信号的频率)。可以若干方式在反向散射信号中提供数据。在一些实例中，子载波相位调制器204可控制开关208以根据数据反射和/或吸收载波信号的部分(例如，包)。举例来说，载波信号的包可经反射以指示‘0’且经吸收以指示‘1’，或反之亦然。在一些实例中，子载波相位调制器204可更改由波形生成器210提供的波形的相位、幅值或两者，以提供输出信号。输出信号可用于控制开关208以将载波信号反向散射成根据利用相移键控的无线通信协议、使用幅移键控的无线通信协议或其组合格式化的携载数据的信号。
在一些实例中，反向散射装置提供为Wi-Fi信号(例如，IEEE 802.11b信号)的反向散射信号。反向散射装置可提供根据Wi-Fi协议(例如，IEEE 802.11b)格式化的反向散射信号。以此方式，在一些实例中，可通过任何具有Wi-Fi功能的装置接收反向散射信号和对反向散射信号解码。虽然通过实例描述了802.11b信号，但是应理解，在其它实例中，反向散射装置可提供蓝牙、ZigBee或其它无线通信信号。一般来说，Wi-Fi信号可写成(Iwifi(t)+Qwifi(t))ej2πfwifit，其中Iwifi(t)和Qwifi(t)分别对应于基带Wi-Fi信号的同相和正交相位分量。
在本文中所描述的涉及蓝牙频率和蓝牙频率与Wi-Fi频率之间的Δf偏移的实例中，Wi-Fi信号可写成
等式8
因此，为了生成Wi-Fi信号，本文中所描述的反向散射装置可使用反向散射产生(Iwifi(t)+Qwifi(t))ej2πΔft。本文中描述ej2πΔft的生成的实例(例如，使用反向散射装置的多个阻抗之间的切换)。所述信号可乘以802.11b的同相和正交相位分量以生成Wi-Fi信号。一般来说，IEEE 802.11b信号利用DSSS/CCK译码，其创建译码位，接着使用DBPSK或DQPSK调制所述译码位。因此，传输DBPSK和/或DQPSK的反向散射装置可传输Wi-Fi反向散射信号(例如，IEEE 802.11b信号)。
在实施DBPSK的反向散射装置的实例中，1位和0位可表示为+1和-1，其可大体上被视为将Qwifi(t)设置为0且将Iwifi(t)设置为+1或-1。由于ej2πΔft取集合{1+j，1-j，-1+j，-1-j}中的值，将其乘以+1或-1，从而得到同一集合中的值，其可由本文中所描述的反向散射装置利用反向散射装置的多个阻抗值生成。因此，DBPSK调制可由本文中所描述的反向散射装置提供，这样可因此实现1和5.5Mbps 802.11b传输。
在实施DQPSK的反向散射装置的实例中，可将Iwifi(t)和Qwifi(t)设置成+1或-1。因此，基带Wi-Fi信号可取以下值中的一个：{1+j，1-j，-1+j，-1-j}。将其与ej2πΔft相乘，ej2πΔft取以下值中的一个{1+j，1-j，-1+j，-1-j}，得到这些四个归一化值中的一个：{1，-1，j，-j}。注意，{1，-1，j，-j}和{1+j，1-j，-1+j，-1-j}(其是可由本文中所描述的反向散射装置生成的四个阻抗值)是偏移π/4的星座点。由于802.11b使用差分QPSK，因此可忽略π/4的恒定相移且代替地可使用由本文中所描述的反向散射装置提供的四个复阻抗值。Wi-Fi接收器可忽略恒定相移，这是因为使用微分相位调制对位进行编码。以此方式，DQPSK调制可由本文中所描述的实例反向散射装置提供，这样可因此实现2和11Mbps 802.11b传输。
一些实例反向散射装置可额外包含有源RF 206组件，使得在一个模式中，反向散射装置200可反向散射信号且具有低功率(例如，反向散射)操作，而在另一模式中，反向散射装置200可常规地利用有源RF 206传输无线通信信号(例如，生成装置自身的载波信号)。反向散射组件和有源RF 206可利用相同天线，如图2中所展示，且在一些实例中，天线连接可通过控制电路(图2中未展示)在有源RF 206与子载波相位调制器204之间切换。在其它实例中，有源RF 206和子载波相位调制器204可利用不同天线。
天线可连接到开关，所述开关在有源RF 206无线电与子载波相位调制器204之间选择。可例如基于到辅助装置的接近度来做出选择。在一些实例中，反向散射装置当在辅助装置的范围内时可将子载波相位调制器204耦合到天线以执行低功率传输(例如，Wi-Fi传输)。然而，当反向散射装置在辅助装置的范围之外时，天线可耦合到有源RF 206。
可使用用于所关注无线通信协议的典型基带电路，例如Wi-Fi基带电路和/或ZigBee基带电路实施基带202。一般来说，基带202包含可以是相对低功率的数字电路组件。基带202可根据所关注的无线通信协议提供编码(例如，用于802.11b传输的DSSS和CCK编码)。由基带202提供的数据可来源于一或多个传感器，在一些实例中，所述一或多个传感器可耦合到反向散射装置200和/或与反向散射装置200集成。可使用任何数目的传感器，包含但不限于温度传感器、振动传感器、湿度传感器、葡萄糖传感器、pH传感器、血氧合传感器、GPS传感器、光学传感器、相机和/或麦克风。以此方式，可提供可由反向散射装置200传输的传感器数据。
在一些实例中，反向散射装置200可实施WPA/WPA2且确保其Wi-Fi传输符合Wi-Fi安全规范。由于这些是数字操作，因此基带202可使用基带处理在反向散射装置200上对其进行实施。
尽管图2中未展示，但反向散射装置200可包含电源，例如电池和/或能量收集系统。可使用锂离子电池实施电池。在一些实例中，额外或代替地，可提供能量收集组件以对反向散射装置200供电，所述能量收集组件包含但不限于用于收集太阳能、热能、振动能量或其组合的组件。电源可为基带202、子载波相位调制器204和波形生成器210供电。在一些实例中，当比用以对那些反向散射组件供电的电源更大的电源(例如，有线电源)可用时可使用有源RF 206。
可使用可调整波形的相位、幅值或两者的电路来实施子载波相位调制器204。在一些实例中，FPGA可用于实施子载波相位调制器204。子载波相位调制器204连接到基带202且可从基带202接收数据。子载波相位调制器204可进一步连接到波形生成器210且可接收由波形生成器210提供的波形。子载波相位调制器204可根据来自基带202的数据更改波形的相位、幅值或两者以提供输出信号。子载波相位调制器204可耦合到开关208且可将输出信号提供到开关208。
应注意，在物理层上，ZigBee在2.4GHz ISM带中使用偏移QPSK和直接序列扩频(DSSS)。通常使用具有DSSS/CCK扩频序列的BPSK/QPSK调制来实施Wi-Fi。为了产生用于DBPSK/DQPSK调制得相位改变，子载波相位调制器204可通过改变波的时序来更改由波形生成器210提供的方波的相位。在其它实例中，子载波相位调制器204可利用QPSK调制来合成Wi-Fi和/或ZigBee包。在一些实例中，包的有效负载可包含用于载波信号的扩频序列。举例来说，扩频序列可由基带202提供和/或可存储于反向散射装置200上的存储器中。
在一些实例中，基于模拟的技术可用于实施相移键控。代替基于由基带202提供的数据选择由波形生成器210提供的波形的相位，在一些实例中，可例如通过用复用器替换开关208或切换网络且在四个阻抗状态之间切换天线阻抗(例如，其可全部在圆周上同相分开放置90°)以实施相移键控来实施相移键控。可以类似方式实施幅移键控。
可使用通常用于更改呈现给天线的阻抗的任何电路(例如晶体管)来实施开关208。开关208耦合于子载波相位调制器204与反向散射装置200的天线之间。在图2的实例中，使用晶体管实施开关208。可使用各种天线设计中的任一个。天线可以载波信号的频率和反向散射信号的频率操作。由子载波相位调制器204提供到开关208的栅极的高输出信号相应地可使晶体管打开，从而向天线呈现低阻抗。由子载波相位调制器204提供到开关208的栅极的低输出信号相应地可使晶体管关闭，从而向天线呈现高阻抗。开关208可通常在基带频率(例如比提供到反向散射装置200的载波信号的频率低得多的频率)下运行。在一些实例中，开关208可在50MHz或更低的频率操作，但在其它实例中，也可使用其它频率。
可使用通常用于更改呈现给天线的阻抗的任何电路(例如晶体管)来实施开关214。在一些实例中，开关214可与开关208集成。开关214可以允许不同阻抗耦合到反向散射装置的天线，例如阻抗元件212。在图2的实例中阻抗元件212可并行提供且开关214可将阻抗元件212中选定的一个耦合到天线。在其它实例中，阻抗元件212可并行提供，且可提供一或多个开关以添加和/或移除阻抗元件，使其不耦合到天线。可通常使用具有阻抗的任何组件，包含但不限于一或多个电阻器或电感器，来实施阻抗元件212。
波形生成器210可将波形提供到子载波相位调制器204。通常可使用任何周期波形，所述周期波形包含但不限于方波、正弦波、余弦波、三角波、锯齿波、模拟信号、多级信号，或其组合。可使用硬件、软件或其组合实施波形生成器210。举例来说，可使用振荡器实施波形生成器210。可例如通过改变提供到振荡器的时钟信号的相位来更改由具有振荡器的波形生成器210提供的波形的相位。在一些实例中，可使用FPGA、DSP和/或微处理器以及可执行指令实施波形生成器210以按所要频率提供所要波形。
一般来说，载波信号可具有特定频率—例如单音、用于蓝牙、Wi-Fi、ZigBee和/或其它无线通信协议中的频率。反向散射装置200可能需要以特定频率(例如，以用于蓝牙、Wi-Fi、ZigBee或其它无线通信协议中的频率)传输反向散射信号。反向散射信号可能需要以与载波信号不同的频率出现，例如以避免或减少载波信号与反向散射信号之间的干扰。
波形生成器210可以一频率提供波形，所述频率可经选择为等于载波信号的频率与用于反向散射信号的传输的所要频率之间的差的频率。子载波相位调制器204可以由波形生成器210提供的波形的频率控制开关208，所述频率可有效地使载波信号的频率与波形的频率混合，从而产生处于载波信号的频率+/-波形的频率的反向散射信号。如本文中所描述在一些实例中，波形生成器210可提供两个方波—一个相对于另一个偏移四分之一相位，且反向散射装置可在多个(例如，四个)阻抗之间切换，使得在单边带中生成反向散射信号。一般来说，可通过将波形提供到子载波相位调制器204来实现处于所要频率的反向散射信号，所述子载波相位调制器204具有等于载波信号的频率与反向散射传输的所要频率之间的差的频率。
在一些实例中，载波信号可以是跳频信号。波形生成器210可提供具有一频率的波形，所述频率根据用以实施载波信号的跳频信号的跳变而跳变，使得跳频载波信号可通过反向散射装置200反向散射。举例来说，载波信号可以是跳频信号，其随时间推移具有频率序列。接收频率通常可以是固定的。因此，波形生成器210可提供具有频率序列的波形，使得数据随时间推移以恒定接收频率传输，不管载波信号的跳频如何。
可使用各种技术来选择用于波形的频率序列。在一些实例中，跳频载波信号的频率序列可由反向散射装置在来自用于传输载波信号的辅助装置的下行链路上接收。在一些实例中，频率序列可以是已知的(例如，伪随机序列)。反向散射装置可包含存储器，所述存储器可存储跳频载波信号的频率序列和/或用于波形的频率序列，或其指示。
在一些实例中，本文中所描述的反向散射装置可包含耦合到用于感测载波信号的天线(例如，可使用用以反向散射的天线)的频率确定电路。频率确定电路可感测载波信号的频率且计算载波信号的频率与反向散射信号的所要频率之间的差且将差值的指示(例如，待用作波形频率)提供到波形生成器，使得波形生成器可以指示差频提供波形。
在一些实例中，载波信号可以是扩频信号，例如直接扩频(DSS)信号。一般来说，直接扩频是指一种技术，其中可通过使用代码或译码序列以特定方式对数据译码来跨多个频率(例如，频带)分布能量。译码序列可以是伪随机序列，且实例包含m-序列、巴克码、金色码和哈达玛沃尔什码。
在一些实例中，可能需要将反向散射开始的时间与扩频载波信号同步。举例来说，在一些实例中，可通过更改载波信号在反向散射信号中提供数据。在载波信号包括扩频信号的实例中，当载波信号的特定部分呈现给反向散射装置时，反向散射装置可开始反向散射(例如，反向散射装置可以使数据的反向散射与载波信号中的数据同步)。在一些实例中，反向散射装置的子载波相位调制器可每次基于载波信号的特征开始反向散射。特征可包含在特定时间存在于载波信号中和/或在特定时间整个扩频序列内的位置中的数据。
在一些实例中，子载波相位调制器可响应于来自另一装置的同步信号而开始反向散射。举例来说，可提供主同步，其中装置(例如，辅助装置)可向反向散射装置提供信号以指示开始相对于扩频载波信号反向散射的时间。
可以若干方式在反向散射信号中提供数据。在一些实例中，例如在其中载波信号包含包或其它数据(例如，Wi-Fi，ZigBee和/或SigFox信号)的一些实例中，可根据待传输的数据通过反射和/或吸收载波信号的部分(例如，包)在反向散射信号中提供数据。接收器可将反向散射信号中的包的存在解码为‘1’(或在一些实例中为‘0’)且将反向散射信号中的包不存在解码为‘0’(或在一些实例中为‘1’)。在一些实例中，反向散射装置可对由辅助装置传输的包序列号中的数据进行编码。
在一些实例中，可通过根据数据更改提供给子载波调制电路的波形的相位、幅值或其组合以执行相移键控和/或幅移键控来在反向散射信号中提供数据。以此方式，反向散射装置200可以创建无线通信传输(例如，其可以根据标准无线通信协议来布置，所述标准无线通信协议例如但不限于Wi-Fi 802.11a、802.11b、802.11g、802.11nZigBee和/或蓝牙)。由于反向散射装置200无(或具有更少)模拟组件，因此它通常可以消耗更少的硅面积并且比现有的传输装置(例如Wi-Fi芯片组)更小且更便宜。另外，其功耗可能显着降低，这是因为其可能仅需要执行数字基带操作。
反向散射装置200可进一步包含接收器，其用于从例如辅助装置104接收信令消息。在本文中所描述的实例中，辅助装置104可提供信令包，其例如可使用例如开/关键控的调幅来创建。反向散射装置200可包含具有模拟组件的无源能量检测器(例如，包络检测器216)和用于区分能量的存在和不存在的比较器。以此方式，在一些实例中，可以在消耗低功率18mW的同时接收信令包。
在一些实例中，载波信号可以是单音信号。在一些实例中，例如图1的辅助装置104等的辅助装置可以使用具有蓝牙功能的电子装置来实施，并且可以从蓝牙信号提供载波信号。以此方式，本文中所描述的实例可以将来自蓝牙装置的传输转换为Wi-Fi信号。一般来说，可以使用一或多个蓝牙装置来提供单音载波信号。接着，反向散射装置可从单音蓝牙传输生成Wi-Fi信号(例如，802.11b信号)。
蓝牙装置通常使用广播信道来广播关于其存在的信息并发起连接。一旦与附近的蓝牙装置建立连接，它们就可以通过跨2.4GHz ISM带分布的36个数据信道进行跳频来进行通信。三个广播信道被标记为信道37、38和39。由于数据信道上的传输需要与另一装置建立连接，因此蓝牙广播信道可以有利地供在其中广播包的本文中所描述的辅助装置使用。蓝牙通常使用带宽为1MHz的高斯频移键控(GFSK)调制。具体来说，‘1’(‘0’)位由距中心频率约250kHz的正(负)频移表示。接着将得到的FSK信号传递通过高斯滤波器以获得良好的频谱特性。
借助于上下文，现在将提供关于Wi-Fi的一些通用信息。虽然Wi-Fi通常是指一套标准中的任何一个，但是本文中所描述的实例可指例如IEEE 802.11b。在其它实例中可以使用其它标准。Wi-Fi IEEE 802.11b通常在三个非重叠信道上操作，每一信道宽22MHz。为了创建1和2Mbps传输，802.11b首先使用巴克序列对每一数据位进行异或处理，以为每一传入数据位创建11个译码位序列，接着使用DBPSK和DQPSK进行调制。为了创建5.5和11Mbps传输，802.11b使用CCK，其中四个传入位中的每一块被映射成8位码字，接着使用DBPSK和DQPSK传输所述8位码字。
本文中所描述的实例可以将蓝牙装置变换为单音发射器，例如，使蓝牙装置传输具有恒定幅值和频率的信号。通常可以考虑实现这一点，以利用关于蓝牙中使用的GFSK调制的两个见解。首先，蓝牙使用两个频率来对0和1数据位编码。因此，如果装置传输恒定的1或0的流，那么可以创建单频音。第二，通过由蓝牙装置使用的高斯滤波器传递单音通常不会改变其频谱特性，这是因为滤波器仅平滑化频率的突然改变。因此，控制蓝牙装置以传输0或1的连续流，它可有效地产生单音。
在一些实例中，可能在控制蓝牙装置(例如，具有蓝牙芯片组或能够传输蓝牙信号的电子装置)以创建单音时遇到挑战。这些挑战可包含数据白化和链路层包结构。
通常，可能需要传输0或1的长序列，使得可以提供足够长的单音以用于反向散射数据。然而，蓝牙装置通常利用数据白化来避免此类序列，以便能够在蓝牙接收器上实现精确的定时恢复。因此，本文中所描述的辅助装置的实例可提供用于蓝牙装置传输的数据，所述数据使数据白化器产生1和/或0的串。
图3是根据本文中所描述的实例布置的可以利用蓝牙信号作为载波的实例辅助装置的示意图。图3描绘了辅助装置302。辅助装置302包含天线304、处理器306、计算机可读媒体308、用于从蓝牙生成载波的可执行指令310、数据白化器312和发射器314。数据白化器312与发射器314通信，所述发射器314与天线304通信。处理器306与计算机可读媒体308通信，所述计算机可读媒体308可编码有用于从蓝牙生成载波的可执行指令310。
一般来说，辅助装置302可以使用任何具有蓝牙功能的电子装置来实现，所述电子装置包含但不限于服务器计算机、客户端计算机、其它计算机、笔记本电脑、台式机、平板计算机、手机、手表、其它可穿戴式装置、器具、汽车、飞行器或其组合。
可使用可提供所描述的处理功能性的任何硬件来实施处理器306，包含一或多个处理器，或逻辑或其它电路(例如，蓝牙芯片组)。
计算机可读媒体308可通常使用任何电子存储装置来实施，包含但不限于RAM、ROM、闪存存储器、磁盘驱动器或其它存储装置。计算机可读媒体308(其可包含计算机可读媒体的一或多个情况)可编码有用于从蓝牙生成载波的可执行指令310。用于从蓝牙生成载波的可执行指令310可编码在计算机可读媒体308上。举例来说，辅助装置302可具有安装的应用程序，其可包含用于从蓝牙生成载波的可执行指令310。
可使用可供蓝牙装置使用的任何典型数据白化电路来实施数据白化器312。举例来说，图4中展示的实例数据白化器是蓝牙装置中常用的实例数据白化器的示意图。蓝牙装置通常使用图4中的7位线性反馈移位寄存器电路，其中多项式为x7+x4+1。考虑到初始状态，图4的电路输出位序列(例如，从图4中编号为6的寄存器输出)，其用于通过将数据位与由电路输出的位进行异或处理来对传入数据进行白化。举例来说，组合器402可以执行异或运算。位序列从7位线性反馈移位寄存器中提供，并与传入数据进行异或处理，以提供白化数据。
因此，如果已知初始状态，那么还可得知由7位线性反馈移位寄存器输出的白化序列。一般来说，可以用蓝牙信道号初始化移位寄存器。举例来说，蓝牙通常指定将第0个寄存器初始化为1，将6个寄存器中的其余寄存器初始化为蓝牙信道号的二进制表示。举例来说，当在蓝牙广播信道37上传输时，图4中的第0个寄存器可以被设置为1，且其余的寄存器被设置为37的二进制表示。因此，考虑到广播信道，可得知寄存器的初始化状态且可得知白化序列(例如，从7位线性反馈移位寄存器电路输出的一系列位)。
再次参看图3，在一些实例中，可以使用图4的数据白化器400来实施数据白化器312。可执行指令310可包含用于反转数据白化器312的白化过程的指令。举例来说，可执行指令310可包含用于向数据白化器提供数据位的指令，这些数据位是白化序列中的相同位或其位补码。以此方式，将所述数据与数据白化序列组合可以分别产生从数据白化器输出并由蓝牙装置传输的0或1序列。举例来说，如果处理器将数据提供到数据白化器312，所述数据等于将由数据白化器312提供的数据白化序列，那么在白化过程之后将从数据白化器312提供0序列。类似地，如果处理器将数据提供到数据白化器312，所述数据是将由数据白化器312提供的数据白化序列的补充，那么在白化过程之后将从数据白化器312提供1序列。可执行指令310可包含用于确定白化序列的指令(例如，计算可由数据白化器基于初始化输出的白化序列)。
发射器314可利用天线304根据蓝牙标准传输数据。如本文中所描述，当使用蓝牙标准传输0和/或1的串时，所传输的载波通常是单音载波。因此，本文中所描述的实例可用于向发射器314提供长(例如，在给定蓝牙包约束条件下尽可能长)唯一0或唯一1的串。在一些实例中，1或0的串可以是整个蓝牙包有效负载的长度，在一些实例中，蓝牙包有效负载的长度的7/8，在一些实例中，蓝牙包有效负载的长度的2/3，在一些实例中，蓝牙包有效负载的长度的1/2。在其它实例中，可使用其它长度。
举例来说，图5是实例蓝牙包结构的示意图。蓝牙包500可包含前同步码、存取地址、长度、数据和CRC位。数据位可包含广播者地址和有效负载。可以将有效负载(或有效负载的一部分)设置为1或0的串，以用于本文中所描述的单音载波生成。一般来说，前同步码和存取地址字段可以不被任意修改。前同步码可以固定为0和1的交替序列，并且存取地址可以设置为0X8E89BED6以用于广播包。这之后是长度字段和广播者地址字段。最后，包具有数据数据有效负载和3字节CRC。在这些字段中，通常只有有效负载可以设置为任意值(例如，本文中所描述的0和1)。
因此，蓝牙前同步码、存取地址和标头(在一些实例中，其可总共为56μs)可用于使用包络检测电路在反向散射装置处启用蓝牙包检测。反向散射装置可估计有效负载的开始，且反向散射装置可在有效负载起始的估计时间开始反向散射，以生成例如如本文中所描述的Wi-Fi包。在一些实例中，可以在蓝牙CRC字段的起始之前完成Wi-Fi传输。由于CRC可以在与生成的Wi-Fi包不同的信道上传输，因此它通常不会影响反向散射信号。
因此，返回参看图2，本文中所描述的反向散射装置(例如反向散射装置200)的实例可包含包络检测器，例如包络检测器216。在一些实例中，包络检测器可以是极(例如，超)低功率包络检测器，其适用于低功率反向散射装置操作。包络检测器216可以耦合到反向散射装置的天线，且可以检测入射能量，其可以是例如载波的入射包的起始。在一些实例中，包络检测器216可经设计(例如，校准)以响应于从在特定半径内(例如，在一些实例中，在20英尺内，在一些实例中，在15英尺内，在一些实例中，在10英尺内，在一些实例中，在5英尺内)的装置接收传输而提供信号。这可以减少误报检测且允许包络检测器更准确地检测来自可以放置在特定半径内的辅助装置的传输的开始。
因此，在一些实例中，包络检测器216可响应于检测到入射能量而提供信号。包络检测器216的输出可用于将一或多个控制信号提供到反向散射装置200的组件，例如基带202、子载波相位调制器204、波形生成器210或其组合。因此，可相应地控制反向散射装置的组件以响应于由包络检测器216检测到入射能量的阈值量(例如，指示接收载波的量)来发起反向散射。
然而，应注意，包络检测器可以响应于入射能量，且可能不提供包(例如蓝牙包)的开始的准确指示，这是因为前同步码可能未被解码。因此，反向散射装置200可以不执行同步操作，这可能导致无法准确地估计包有效负载的起始。因此，在一些实例中，可以使用保护间隔。举例来说，例如基带202、子载波相位调制器204、波形生成器210或其组合的组件可以在从包络检测器216接收到控制信号后的保护间隔内开始反向散射操作。在其它实例中，包络检测器216可在检测到入射能量的阈值量后的保护间隔内提供控制信号。在一些实例中，保护间隔可以是3μs，在一些实例中，是4μs，在一些实例中，是5μs，在一些实例中，是6μs。在其它实例中可以使用其它保护间隔。
参看图5，举例来说，在一些实例中，蓝牙包的有效负载部分可以是一系列全0或全1。反向散射装置，例如图2的反向散射装置200，可检测图5中展示的蓝牙包500的起始(例如，使用图2的包络检测器216)。响应于检测蓝牙包，可在反向散射装置开始反向散射操作之前经过保护间隔。可选择保护间隔以确保或辅助使反向散射装置反向散射蓝牙包500的有效负载部分，如本文中所描述，其可以是单音信号。反向散射装置可限制所传输的数据量，使得在蓝牙包500的CRC部分的起始之前完成反向散射信号。
一般来说，蓝牙广播包可具有高达31字节或248μs的有效负载。由于不同位率下Wi-Fi包可能在不同时间占用信道，因此这样转换为不同包大小。在2、5.5和11Mbps下，Wi-Fi有效负载在单个蓝牙广播包内可以是38、104和209字节。然而，考虑到其大小，1Mbps Wi-Fi包可能不适合在单个蓝牙广播包中(例如，可能不使用单个蓝牙广播包的反向散射产生)。应注意，蓝牙数据传输通常约为2ms，其原则上可增加跨所有802.11b位率的包大小，并启用1Mbps传输。本文中描述了使用蓝牙广播包的实例，然而，在其它实例中可以使用其它蓝牙包。
蓝牙通常在传输之前不执行载波感测。另外，反向散射信号(例如，Wi-Fi包)可能处于可能被占用的不同频率，从而导致冲突。由于蓝牙广播很小并且每20ms发送一次，因此此类冲突可能对以更精细的时间粒度操作的Wi-Fi具有可忽略的影响。然而，不希望在反向散射装置处发生冲突；这些冲突可能需要反向散射装置重新传输其数据，从而消耗更多能量。因此，本文中所描述的实例可以使用一或多种策略来减少冲突。
在一些实例中，系统可以确保反向散射装置反向散射到的Wi-Fi信道在反向散射持续时间内未被占用。由于大多数装置都具有Wi-Fi和蓝牙，因此可以进行协调。举例来说，辅助装置可以具有Wi-Fi和蓝牙传输功能性。辅助装置可以在蓝牙包之前传输CTS_to_Self包，所述蓝牙包将用作载波信号。CTS_to_Self包可以在蓝牙包的持续时间内保留信道，从而防止其它Wi-Fi装置进行并发传输。调度CTS_to_Self包的能力可包含对辅助装置的驱动程序和固件的访问。
在一些实例中，系统可以利用以下事实：蓝牙广播包一个接一个地在所有蓝牙广播信道上发送，相隔固定持续时间ΔT(对于TI蓝牙芯片组，可以是大约400μs)。辅助装置可以在广播信道(例如信道37)上传输蓝牙广播包。接着，反向散射装置可以在所要Wi-Fi信道上反向散射发送请求(RTS)包。如果信道是空闲的，那么Wi-Fi接收装置将使用清除发送(CTS)包来响应RTS包，这样有效地为下一个2ΔT+TBluetooth保留Wi-Fi信道(例如，Wi-Fi信道11)，其中TBluetooth是蓝牙包的持续时间。反向散射装置可例如使用峰值检测硬件(例如包络检测器)检测CTS包的存在。接着，反向散射装置可使用在下一2ΔT+TBluetooth秒内在其它蓝牙信道(例如，38和39)上发送的剩余广播包在所要Wi-Fi信道上传输数据包。
在一些实例中，可传输数据包代替RTS包。如果Wi-Fi接收器可以解码此包，那么将交换有用的数据。接着，Wi-Fi装置可以发送CTS_to_Self包，从而将信道保留下一个2ΔT+TBluetooth，然后可以使用剩余的两个广播包反向散射额外Wi-Fi包，而不会发生冲突。这样可以消除和/或减少发送无数据RTS包的能量开销。
本文中所描述的实例可以提供与反向散射装置的通信。实现与反向散射装置的通信可能是一个挑战，这是因为反向散射装置可能无法解码Wi-Fi和蓝牙传输：蓝牙使用频率调制，而802.11b使用DBPSK/DQPSK进行相位调制；所以两者都有相对恒定的幅值。用于此类相位调制/频率调制信号的传统接收器可能需要合成比反向散射发射器更高功率量级的高频载波。在一些实例中，反向散射装置可包含使用调幅(AM)的接收器，其不需要相位和频率选择性；不利的是，Wi-Fi和蓝牙无线电不支持AM。因此，辅助装置或接收器装置通常不会传输AM以与反向散射装置通信。
本文中所描述的电子装置的实例可以通过在Wi-Fi包(例如，IEEE 802.11g包)的有效负载中提供AM调制信号来将数据传达到反向散射装置。在802.11g中，通常通过在QAM调制位上采用IFFT以生成64个时域样本来生成每一OFDM符号。从随机调制位产生的时域OFDM符号可以称为随机OFDM。当在恒定调制位上执行IFFT时产生的符号可以称为恒定OFDM。而随机OFDM符号具有跨时间样本的能量扩展度；在恒定OFDM的情况下，能量在第一时间样本处且在其它处为0。此理解可用于产生调幅信号。然而，由于加扰、译码和交错，使用Wi-Fi无线电构建恒定OFDM符号可能不简单。
图6是根据本文中所描述的实例布置的可用于将数据传输到反向散射装置的电子装置的示意图。举例来说，电子装置602可以使用(或通过)本文中所描述的辅助装置和/或接收器装置(例如图1的辅助装置104和/或图1的接收器106)来实施。举例来说，电子装置602可进一步包含用于实施辅助装置和/或接收器装置的本文中所描述的功能的组件。因此，本文中所描述的辅助装置和/或接收器装置可另外用于将数据传达到反向散射装置。
电子装置602通常包含可以传输Wi-Fi包的发射器和可以控制发射器以在Wi-Fi包中的至少一个的有效负载中产生调幅信号的控制器。电子装置602包含天线604、QAM调制位606、IFFT 608、控制器610、加扰器612、卷积编码器614、交错器616和调制器618。据称，电子装置602的发射器包含所展示组件中的一些或全部。一般来说，IFFT 608在QAM调制位606上操作以提供Wi-Fi兼容(例如，IEEE 802.11g)输出信号以供天线604传输。加扰器612可以接收输入位且耦合到卷积编码器614，所述卷积编码器614耦合到交错器616，所述交错器616耦合到调制器618，所述调制器618可以提供QAM调制606。控制器610可根据需要传输到反向散射装置以使得QAM调制位606的所要输出生成的数据向加扰器612提供输入位。举例来说，通过在QAM调制位606的随机序列和QAM调制位606的恒定序列之间进行改变，电子装置602可在Wi-Fi包内提供表示用于传输到反向散射装置的数据的调幅信号。
QAM调制位606的随机序列的使用可通常由Wi-Fi系统执行。然而，QAM调制位606的恒定序列的使用可能提出挑战。控制器610可选择促使生成QAM调制位606的恒定序列的输入位。输入位的选择可考虑加扰器612、卷积编码器614和交错器616的操作。
可使用组合输入位与加扰序列的电路实施加扰器612。举例来说，可使用加扰序列对输入位进行异或处理。可使用反馈移位寄存器，例如图4中所展示的7位线性反馈移位寄存器生成加扰序列。反馈移位寄存器可具有用以发起加扰序列的生成的种子序列。考虑到种子序列，反馈移位寄存器电路的输出序列可以是确定性的。根据Wi-Fi标准，加扰种子经设置成伪随机非零值。原则上，此信息将用于(例如，存储在)例如图6的电子装置602等Wi-Fi硬件上。此外，数个商业Wi-Fi芯片组使用加扰种子的固定序列。在一些实例中，Wi-Fi芯片组可以允许用户在驱动程序中将加扰种子设置成不同值。因此，控制器可通过选择位序列来提供反转加扰器612的效果的输入位，当由加扰器612使用已经由控制器610访问和/或导出的加扰序列进行操作时，所述位序列产生恒定位序列(例如，全0或全1)。
802.11g使用由卷积编码器614在加扰位上提供的卷积编码，以适应噪声和干扰。卷积编码器614可以是1/2速率卷积编码器，其中针对每一传入加扰位输出两个译码位。通过降低1/2速率编码位中的一些来获得较高2/3和3/4译码率。具体来说，考虑到加扰位，b[k]，两个编码位为，
此表示1到2映射，其不可生成编码位的每一所要序列。然而，应注意如果所有传入加扰位是1(0)，那么所有编码位也是1(0)。因此，当加扰器612的输出是一系列1时，卷积编码器614将提供一系列1，且当加扰器612的输出是一系列0时，卷积编码器614将提供一系列0。
交错器616在不同OFDM频率区上交错编码位。这通常用以使邻近编码位对频率选择性信道衰落更鲁棒。应注意，在将全1或0序列提供为编码位时，交错同样产生全1或0序列。
调制器618根据例如使用BPSK、4QAM、16QAM或64QAM的Wi-Fi标准调制交错位。由于在恒定QAM调制位情况中的交错位在OFDM符号内是全1或0，因此调制操作导致在所有OFDM区中使用相同的星座点，从而实现使用恒定调制符号构造的OFDM符号。
应注意，OFDM符号具有插入特定频率区中的导频位，其不能被控制。然而，这通常不会显着改变所要恒定OFDM模式，这是因为导频到数据符号的部分通常较低。而且，802.11g卷积编码器具有7位的延迟长度，例如，来自先前OFDM符号的最后六个数据位影响当前OFDM符号中的前几个编码位。当恒定OFDM符号在随机OFDM符号之后时，这可能是一个问题。因此，随机OFDM符号中的最后六个数据位可以使用1，且调制器可以使用16/64QAM来确保随机OFDM符号仍然足够随机。
以此方式，图6的电子装置602可以提供输出信号，其包含两种类型的符号—在随机位序列上调制的随机OFDM信号和在恒定位序列上调制的恒定OFDM信号(例如，全1或全0)。随机OFDM信号具有在整个符号中分布的能量，而恒定OFDM信号在符号的前面具有显着的峰值。这两种状态—恒定和随机OFDM—可用于在Wi-Fi包内提供调幅信号。
控制器610可以相应地根据意图发送到反向散射装置的数据选择将提供给扩展器的位模式，使得可以用恒定和/或随机OFDM符号的特定模式编码‘0’，且可以用恒定和/或随机OFDM符号的另一特定模式编码‘1’。举例来说，随机OFDM符号可用于编码1，且恒定OFDM符号可以用于表示0，或反之亦然。然而，在一些实例中，可能不希望使用单个OFDM符号来表示1或0。举例来说，恒定OFDM符号可在时域符号的开始处具有峰值。这可能造成问题，因为可以在跟踪此信号中的峰值的反向散射装置处使用无源峰值检测接收器。可以在每一恒定OFDM符号的开始处检测到错误峰值，其在存在连续恒定OFDM符号时可能使接收器混淆。因此，在一些实例中，控制器610可以用两个OFDM符号对每一数据位进行编码。1位可以由后面接有恒定OFDM符号的随机OFDM符号表示，而0位可以表示为两个随机OFDM符号，或反之亦然。由于每一802.11gOFDM符号是4μs，因此这实现了125kbps的位率。
还应注意，OFDM符号具有循环前缀，其中最后几个时间样本在开始时重复。由于在恒定OFDM符号的情况下循环前缀为全0，因此这可能产生低频干扰。为了避免这种情况，可以挑选前面的随机OFDM符号，使得其最后一个时间样本具有高幅值。这样可以帮助确保反向散射装置处的峰值检测器电路在第一OFDM符号的末尾看到高峰值并且在循环前缀期间不会产生低频干扰。
可以使用硬件、软件或其组合来实施控制器610。举例来说，控制器610可以使用例如现场可编程门阵列(FPGA)等逻辑来实施。控制器610可以使用一或多个处理器和计算机可读媒体实施，所述计算机可读媒体编码有可执行指令，以用于对本文中所描述的反向散射装置的通信进行编码。
图7是对两个位编码以传输到根据本文中所描述的实例布置的反向散射装置的四个OFDM符号绘图。图7包含由随机OFDM符号706后跟着恒定OFDM符号708表示的1位。图7包含由随机OFDM符号710后跟着随机OFDM符号712表示的0位。图7的图形展示四个符号的随时间推移的振幅的迹线704。包络702可由本文中所描述的反向散射装置检测到(例如使用图2的包络检测器216)。应注意，恒定OFDM符号708的包络在符号的开始处具有显著峰值，从而允许包络检测器与恒定和随机OFDM符号区分开。
为了在系统中通信，可使用查询-应答协议。传达具有AM信号的Wi-Fi包的电子装置可查询如本文中所描述的反向散射装置。反向散射装置可通过将入射载波反向散射到一或多个Wi-Fi信号中来作出应答，如在本文中另外描述。多个反向散射装置可由本文中所描述的电子装置查询，在一些实例中，可一个接一个查询多个反向散射装置。
可在多种应用中使用本文中所描述的系统、反向散射装置和方法。通过允许在商用装置(例如接收Wi-Fi通信的装置)上接收反向散射通信，已打开和/或深入多种应用机遇。图8是本文中所描述的系统、装置和方法的多个实例用途的示意图。
医疗装置，例如可佩戴式医疗装置，可配备有本文中所描述的反向散射装置的组件，并可使用本文中所描述的反向散射技术以将数据传输到能够接收Wi-Fi信号的接收器。图8说明可用以实施本文中所描述的反向散射装置，例如参考图1和2所描述的反向散射装置的智能隐形眼镜804。虽然展示智能隐形眼镜804，但是还可使用其它可佩戴式医疗传感器。可由图8的智能手表802实施的辅助装置可将载波传输到智能隐形眼镜804，所述载波可以是蓝牙信号。智能隐形眼镜804可反向散射载波以根据Wi-Fi标准而提供反向散射信号。反向散射信号可包含来自智能隐形眼镜804的传感器数据。举例来说，智能隐形眼镜系统或其它可佩戴式医疗装置可测量生物标记，例如眼泪或其它体液或组织中的葡萄糖、胆固醇和钠，并可有助于不引人注目地跟踪糖尿病患者或其它患者。智能隐形眼镜804可包含微型葡萄糖传感器、IC和天线。虽然葡萄糖传感所需的功率可以是最小的，但是实时通信是耗电的并会排除常规无线电。当今，这些系统限于周期性地对使用反向散射来偶发地接着传输的葡萄糖数据并存储所述葡萄糖数据，只要隐形眼镜接近专用供电式RFID类读取器。使用本文中所描述的反向散射技术可有利地允许智能隐形眼镜804以可易于由商用装置接收到的格式以低功率方式传输数据。举例来说，图8中的智能电话806可接收来自智能隐形眼镜804的传输。一般来说，任何具Wi-Fi功能的装置可用以接收来自智能隐形眼镜804的传输。
应用的另一实例包含可植入神经记录装置，其已针对可例如有助于瘫痪的个人操作电动假体装置、指挥电子装置或甚至恢复对其肢体的控制的脑-机接口(BCI)的用途展现出有前景结果。图8说明可用以实施本文中所描述的反向散射装置，例如参考图1和2所描述的反向散射装置的可植入神经记录装置810。一般来说，可植入神经记录装置使用穿透性神经探针或经植入以收集局部场电位和皮质电描记法(ECoG)信号的表面电极栅。当今的记录传感器会消耗约2μW/信道，同时具有8到64个并联记录信道。
可植入神经记录装置，例如可植入神经记录装置810，可配备有如本文中所描述的反向散射装置的组件。辅助装置，例如图8的电子装置808，可传输可以是如本文所描述的蓝牙信号的载波。可植入神经记录装置810可反向散射载波以形成可包含由可植入神经记录装置810收集的数据的Wi-Fi包。由可植入神经记录装置810生成的Wi-Fi包可由能够接收Wi-Fi信号的任何电子装置接收到，例如图8中的智能电话812。此可避免对定制反向散射读取器的需要。
在一些实例中，本文中所描述的系统和装置可用于两个无源卡(例如信用卡或其它卡)之间的通信。卡之间的通信可利用本文中所描述的单边带反向散射技术。因为许多用户具有具蓝牙功能的装置(例如智能电话)，所以包含本文中所描述的反向散射装置组件的卡可有助于例如信用卡之间的转账、公共汽车通行、在多人之间拆分支票、以及在数字纸技术之间传送内容。
图8说明卡816和818。辅助装置，例如智能电话814，可提供载波，例如本文中所描述的蓝牙信号。卡816和818可具有本文中所描述的反向散射装置组件，例如卡816和/或818可各自用以实施本文中例如关于图1和2所描述的反向散射装置。卡816和/或818可反向散射载波以提供可包含存储于卡上的数据的反向散射信号，所述数据包含但不限于账户号码、用户名、帐户余额、价格、借记金额或其组合。在一些实例中，反向散射信号可由另一张卡接收到。举例来说，卡可经配置以接收有时对应于由智能电话814提供的蓝牙信号的单音区段(其可介于可反向散射另一张卡的时间期间)。卡上设置的能量检测器(例如包络检测器)可用以同步所述检测器与蓝牙传输。
以此方式，可在两张卡之间交换数据。为了利用此方法，用户可与智能电话814的应用介接，并指示开始载波传输。智能电话814可与卡816和818邻近地放置(例如置于一英尺内)。在一些实例中，在没有载波传输的情况下，在卡816与818之间不会发生通信。一旦载波传输开始，那么卡816可反向散射载波以将数据传输到卡818。一旦交易完成，那么用户可与智能电话814的应用介接以停止载波传输。
在一些实例中，卡816和/或818可提供可由另一电子装置接收到的反向散射信号。在一些实例中，卡816和/或卡818可选择性地反向散射由辅助装置(例如智能电话814)提供的包以便发送数据，而非将数据自身编码成反向散射信号。举例来说，辅助装置可传输数个包。当卡主动地反向散射时，其可使包的频率移位使得接收器装置可能不接收包。当卡不主动地反向散射时，包可由接收器装置接收到。以此方式，卡可通过启用和/或停用其反向散射能力来按包对一个位进行编码。
在一些实例中，智能电话814可每个一定时间间隔产生包。接收器装置可通过检查是否在每一时间间隔中接收到包来对数据进行解码。在一些实例中，智能电话814或其它辅助装置可包含倍传输的每一包中的序列号(例如序列号可以是针对每一包递增的数字)。接收装置可按递增次序放置接收到的包的序列号，并可通过确定接收到的所述序列号中的哪些和未接收到哪些来对消息进行解码。举例来说，如果接收到具有序列号I的包，那么这意味着接收到的消息的位I是1；如果未接收到具有序列号I的包，那么这意味着接收到的消息的位I是0(或反之亦然)。
在一些实例中，其它技术可用以区分开由于错误而失踪的包和由于反向散射而有意丢失的包。举例来说，单个消息位可由序列号的对编码。每一对包可含有一个奇数序列号和一个偶数序列号。为了对0进行编码，所述卡可以奇数序列号干扰包；为了对1进行编码，所述卡可以偶数序列号干扰包(或反之亦然)。如果接收到两个依序序列号，或如果两个依序序列号失踪，那么这将意味着已发生错误，或所述卡尚未尝试使用反向散射干扰通信信道。
实例实施方案
使用用以所述系统并构建概念验证应用的FPGA平台来实施实例反向散射装置。所述设计接着被转变成IC并用以量化功耗。
FPGA设计具有两个组件：RF前端和基带数字电路。前端包含反向散射调制器和无源接收器。接收器使用在传输与接收模式之间切换的SPDT开关来与天线隔离。反向散射调制器在四个阻抗状态之间切换，并使用级联两级SPDT掷开关来加以实施。HMC190BMS8SPDT掷开关用于隔离发射器与接收器，且用于反向散射调制器中。前端实施于低损耗Rodgers4350衬底上。优化连接到开关网络的四个端的阻抗，以实现本文中所描述的四个复值。在此实施方案中，3pF电容器、开路阻抗、1pF和2nH用以获得所述四个复值。接收器(例如如图2中标记的包络检测器)是包含无源模拟组件的能量检测器和用以区分开能量的存在与不存在的比较器。802.11b加扰、DSSS/CCK编码、CRC编码、DQSPK编码和单边带反向散射在Verilog中写入，且经转变到Altera的DE1 Cyclone II FPGA开发板上。实施可有利于抑制来自蓝牙RF源的干扰的35.75MHz移位。FPGA的数字输出连接到反向散射调制器，且能量检测器馈送到其数字输入。2dBi天线用于相互散射装置上。
还生成集成电路(IC)设计。随着CMOS技术缩放，数字计算的功耗已显著地降低。不利的是，有源无线电需要在RF频率下操作且大体上功率或面积不会缩小的高耗能模拟组件。相互散射排他地依赖于基带数字计算，同时大体上没有组件在RF频率下操作；因此相互散射可充分利用CMOS缩放以进行超低功率操作。相互散射实施于TSMC 65nm低功率CMOS技术节点上。对于上下文来说，2009年发布的Atheros AR6003芯片组使用65nm CMOS。相互散射IC实施方案可分解为三个主要组件。
1.频率合成器。此块将频率参考视作输入，并产生802.11b基带11MHz以及用于反向散射的35.75MHz频率偏移的四个相位。基于整数N电荷泵和环形振荡器的PLL用以生成143MHz时钟，所述时钟被馈送到约翰逊计数器以生成35.75MHz频率偏移的四个相位。相同143MHz时钟除以13以生成11MHz基带时钟。因此，11MHz与35.75MHz经相位同步以避免低频干扰。此块消耗9.69μW的功率。
2.基带处理器。此块将有效负载视作输入，并产生基带802.11b包。使用在FPGA上验证的相同Verilog码，且使用Synopsis的Design Compiler工具来合成晶体管级实施方案。此块针对2Mbps Wi-Fi传输具有8.51μW的功耗。
3.反向散射调制器。通过独立地产生同相和正交相位分量来在数字域中实施单边带反向散射。取得基带处理器的两个位输出，并将所述位输出馈送到两个多路复用器，所述多路复用器将35.75MHz载波的四个相位映射到对应同相和正交相位分量。接着在每时每刻，同相和正交相位分量映射到本文中所描述的四个阻抗状态。CMOS开关用以在打开状态、短状态、电容性状态与电感性状态之间作出选择。单边带反向散射调制器消耗了9.79μW。总计，产生2Mbps 802.11b包消耗了28μW。
通过三个不同蓝牙装置运行实验：德州仪器CC2650、摩托罗拉360第二代智能手表和三星盖乐世S5。TI芯片组暴露直接连接到频谱仪的天线连接器，且在蓝牙包的有效负载区段期间记录数据。安卓平台并不暴露用于外部天线的此类连接器。因此，替代地，使用频谱分析器上的2dBi单极天线来执行相同实验以接收蓝牙传输。如本文所描述而设定应用层数据以产生单音。
在一些实验中，反向散射装置设定成在信道11上生成2Mbps Wi-Fi包。蓝牙发射器在BLE信道38上发送具有31个字节有效负载的广播包，每40ms一次。TI蓝牙装置和因特尔Link 5300Wi-Fi卡分别用作蓝牙发射器和Wi-Fi接收器。使用蓝牙发射器处的四个功率值：1)0dBm，其是蓝牙装置的典型配置、2)4dBm，其由三星S6和一加2支持、3)10dBm，其由三星Note 5和iPhone 6支持、和4)20dBm，其由1类蓝牙装置支持。
在一些实验中，反向散射装置在用以计算Wi-Fi接收器的差错率的回路中连续传输200个唯一序列号。针对2Mbps和11Mbps Wi-Fi传输两者计算包差错率。对于2Mbps和11Mbps，产生分别具有31个字节和77个字节的有效负载以便适配于蓝牙广播包内的包。
在一些实验中，通过设定每一OFDM符号上的适当经调制位来使用OFDM来产生AM经调制信号。记住，此可需要了解由Wi-Fi发射器使用的加扰种子。运行实验以跟踪由三个不同Wi-Fi平台使用的加扰种子，所述Wi-Fi平台是：三星盖乐世S5、LinksysWRT54GL和Atheros AR5007G卡。从这些Wi-Fi装置中的每一个按36Mbps的位率传输802.11g包。因为现有Wi-Fi接收器不暴露加扰种子，所以gr-ieee802-11包用于GNURadio中，GNURadio实施完整的802.11g接收链并提供对加扰种子信息的详细接入。实验显示在相关联之后，三星盖乐世S5和Linksys WRT54GL路由器都使用固定加扰种子。还应注意，Atheros 5k卡会跨越所述包随机改变加扰种子。但是，ath5k驱动器的AR5K_PHY_CTL寄存器中的GEN_SCRAMBLER字段可被设定成使用固定加扰器种子。
按20dBm的传输功率传输以已知种子加扰的36Mbps 802.11g包，这由使用第三方应用程序的安卓智能电话支持。Wi-Fi发射器经配置以使用本文中所描述的编码来发送位的预定义重复序列。使低功率接收器移动远离Wi-Fi发射器以计算每一位置处的观测到的位差错率。
在一些实例中，通过反向散射蓝牙传输生成ZigBee信号。ZigBee跨16个通道在2.4GHz频带中操作，其中每一信道是5MHz长。在物理层处，ZigBee使用DSSS写码和偏移QPSK实现250kbps的位率，并比Wi-Fi可具有更好的噪声灵敏度。本文中所描述的使用DSSS和QPSK来生成802.11b信号的技术经调适以生成ZigBee兼容包。
TI CC2650蓝牙装置在广播信道38上用作蓝牙发射器，且反向散射装置被设定成在信道14上产生包，例如2.420GHz。TI CC2531用作商用ZigBee接收器以接收由反向散射装置生成的包。反向散射装置在五个不同位置处远离蓝牙发射器和Zig-Bee接收器两英尺放置，直到离反向散射装置15英尺。应注意，现有ZigBee发射器在主动地传输时消耗数十毫瓦的功率。相比之下，本文中所描述的基于反向散射的方法将在传输包时消耗数十微瓦，并可有利于与邻近ZigBee装置进行短程通信。
在一些实例中，本文中所描述的技术可用以从连续波传输和/或蓝牙传输生成蓝牙低功耗包。蓝牙低功耗在具有三个广播信道37、38和39的2.4GHz频带中操作，并在物理层处用于频移键控(FSK)。实施相移键控的技术已在本文中加以描述，且已经调试以进行频移键控。直观地，频移键控可被视为时变相移键控，并通过使载波的频率针对‘1’位偏移+250kHz和针对‘0’位偏移-250kHz来得以实施。本文中所描述的技术用以生成蓝牙包，而无镜像副本。
因此，本文中所描述的技术可用以生成Wi-Fi、ZigBee、蓝牙和/或ANT(其与蓝牙使用相同的物理层)包，而没有形成连续波信号和/或蓝牙传输的镜像副本(例如单边带反向散射)。此外，相同技术可用以从连续波传输或其它RF源产生单边带RFID和其它信号。
从上文中将了解，虽然本文中已经出于说明的目的描述了本发明的特定实施例，但可在不偏离本发明的精神和范围的情况下进行各种修改。

Claims (30)

1.一种反向散射装置，其包括：
天线，其经配置以反向散射具有第一频率的载波信号；
基带电路，其经配置以提供数据以供传输；
波形生成器，其经配置以提供具有第二频率的波形，其中所述第二频率是所述第一频率与第三频率之间的绝对差；
子载波相位调制器，其耦合到所述基带电路和所述波形生成器，所述子载波相位调制器经配置以根据所述数据调整所述波形的相位、幅值或其组合以提供输出信号；以及
耦合到所述天线的开关，所述开关经配置以控制所述反向散射装置的阻抗以根据所述输出信号反向散射所述载波信号，使得所述第一频率与所述第二频率混合来以所述第三频率在单边带中的反向散射信号中传输所述数据。
2.根据权利要求1所述的反向散射装置，其中根据实施相移键控、幅移键控或其组合的无线通信协议布置所述反向散射信号。
3.根据权利要求2所述的反向散射装置，其中所述无线通信协议包括Wi-Fi、ZigBee、SigFox，或其组合。
4.根据权利要求1所述的反向散射装置，其中所述波形包括两个方波，包含第一方波和第二方波，所述第二方波从所述第一方波移位四分之一相位。
5.根据权利要求1所述的反向散射装置，其中所述数据包括Wi-Fi包。
6.根据权利要求1所述的反向散射装置，其进一步包括多个阻抗元件，且其中所述开关经配置以在所述多个阻抗元件之间切换。
7.根据权利要求1所述的反向散射装置，其中所述开关经配置以控制所述反向散射装置的所述阻抗来以所述第三频率在所述单边带中的所述反向散射信号中传输所述数据，其中所述第三频率等于所述第一频率加所述第二频率，而不以第四频率传输另一边带，所述第四频率等于所述第一频率减去所述第二频率。
8.一种系统，其包括：
辅助装置，其经配置以传输包含第一频率的载波信号；
反向散射装置，其经配置以通过将子载波调制用于具有第二频率的波形来反向散射所述载波信号，所述反向散射装置经进一步配置以切换所述反向散射装置的阻抗来以第三频率将所述载波信号反向散射成反向散射信号，所述第三频率等于所述第一频率与所述第二频率的和或差中的任一种，而不以第四频率提供反向散射信号，所述第四频率等于所述第一频率与所述第二频率的和或差的另一种；以及
接收器，其经配置以按所述第三频率接收所述反向散射信号。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述反向散射装置经进一步配置以使用相移键控、幅移键控或其组合提供所述反向散射信号中的数据。
10.根据权利要求8所述的系统，其中所述反向散射装置经配置以在四个不同阻抗之间切换以反向散射所述载波信号。
11.一种辅助装置，其包括：
天线；
数据白化器，其耦合到所述天线且经配置以根据蓝牙标准白化输入数据；
至少一个处理器；以及
至少一个计算机可读媒体，其编码有可执行指令，所述可执行指令在被执行时致使所述至少一个处理器执行包括向所述数据白化器提供数据序列的操作，在由所述数据白化器进行操作时，所述数据序列产生1或0的串。
12.根据权利要求11所述的辅助装置，其中所述可执行指令在被执行时致使所述至少一个处理器计算白化序列且利用所述白化序列向所述数据白化器提供所述数据序列。
13.根据权利要求12所述的辅助装置，其中所述可执行指令在被执行时致使所述至少一个处理器至少部分地基于蓝牙信道号计算所述白化序列。
14.根据权利要求11所述的辅助装置，其中所述数据白化器包括7位线性反馈移位寄存器。
15.根据权利要求11所述的辅助装置，其进一步包括耦合到所述数据白化器和所述天线的发射器，所述发射器经配置以根据所述蓝牙标准传输数据，且所述发射器经配置以传输所述1或0的串，使得所述天线提供具有单音的载波。
16.一种系统，其包括：
辅助装置，其经配置以传输载波信号，所述载波信号包含蓝牙包，所述蓝牙包包括用蓝牙标准编码的0或1的串，以提供所述载波信号的单音部分；以及
反向散射装置，其经配置以通过将子载波调制用于具有第二频率的波形来反向散射所述载波信号，所述反向散射装置经进一步配置以切换所述反向散射装置的阻抗来以第三频率将所述载波信号反向散射成反向散射信号，所述第三频率等于所述第一频率与所述第二频率的和或差，所述反向散射装置包括：
包络检测器，其经配置以响应于对所述反向散射装置处入射能量的阈值量的检测而提供控制信号，且其中所述反向散射装置经配置以在对所述反向散射装置处入射能量的所述阈值量的所述检测之后的保护间隔内开始反向散射。
17.根据权利要求16所述的系统，其中入射能量的所述阈值量的所述检测对应于所述蓝牙包的开始。
18.根据权利要求17所述的系统，其中选择所述保护间隔以使得反向散射在所述蓝牙包的有效负载部分期间开始。
19.根据权利要求16所述的系统，其中所述反向散射装置经进一步配置以在接收所述蓝牙包的CRC部分之前完成反向散射。
20.根据权利要求16所述的系统，其中所述辅助装置经配置以在传输所述载波信号之前传输经配置以保留Wi-Fi信道的信号。
21.根据权利要求16所述的系统，其中所述载波信号包含在蓝牙广播包中，且其中所述反向散射装置经配置以反向散射发送请求RTS包。
22.一种电子装置，其包括：
发射器，其经配置以传输Wi-Fi包；以及
控制器，其经配置以控制所述发射器以在所述Wi-Fi包中的至少一个的有效负载中产生经调幅信号。
23.根据权利要求22所述的电子装置，其中所述控制器经配置以控制所述发射器以产生随机OFDM符号或恒定OFDM符号。
24.根据权利要求23所述的电子装置，其中使用具有全1或全0的QAM调制位串产生所述恒定OFDM符号。
25.根据权利要求23所述的电子装置，其中所述发射器包括：
IFFT，其经配置以对QAM调制位进行操作以提供包括所述Wi-Fi包中的所述至少一个的至少部分的输出信号；
加扰器，其经配置以加扰输入位，以提供加扰位；
卷积编码器，经配置以对所述加扰位编码，以提供经编码加扰位；
交错器，其经配置以使所述经编码加扰位交错以提供交错位；以及
调制器，其经配置以调制所述交错位，以提供所述QAM调制位；
其中所述控制器经配置以提供所述输入位，所述控制器经配置以选择所述输入位，使得在选定时间，所述QAM调制位是全0或全1的串。
26.根据权利要求23所述的电子装置，其中所述控制器经配置以控制所述发射器提供随机OFDM符号，随后提供恒定OFDM符号，以指示1或0，且提供另外两个连续OFDM符号，以指示所述1或所述0中的另一个。
27.一种在两张卡之间进行通信的方法，所述方法包括：
与电子装置上的应用程序介接以发起载波的传输；
通过第一张卡反向散射所述载波，以提供包含数据的反向散射信号；以及
通过第二张卡接收包含所述数据的所述反向散射信号。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述载波包括具有0或1的序列作为其有效负载的蓝牙信号。
29.根据权利要求27所述的方法，其进一步包括接近所述第一张卡和所述第二张卡放置所述电子装置。
30.根据权利要求27所述的方法，其中反向散射包括反向散射所述载波以提供仅具有单边带的所述反向散射信号。
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