CN109889236B - 针对单基地型后向散射通信的基于Alamouti编码的联合编码方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于射频识别领域，公开了一种针对单基地型后向散射通信的基于Alamouti编码的联合编码方法，所述基于Alamouti编码的联合编码方法包括：第一步，使用查询矩阵和定义编码矩阵对发送端的通信信号编码；第二步，采用最大比率组合(MRC)接收器对发送端发送的通信信号解码。本发明改进后的Alamouti编码对经典Alamouti编码在传输功率和速率不变的情况下，在仿真中可以达到5到10dB的显著增益。

Description

针对单基地型后向散射通信的基于Alamouti编码的联合编码 方法

技术领域

本发明属于射频识别技术领域，公开了一种针对单基地型后向散射通信的基于Alamouti编码的联合编码方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：作为一种无源感知技术，后向散射通信由于其移动端不需要内部电池而几乎接近于零维护的优势，最近在国际上受到关注并得到了快速的发展，出现了不少的硬件原型以及技术突破，在物联网的诸多领域展现了广泛的应用前景。目前后向散射这种无源通信在实际应用环境中具有了较强的抗多径效应，但是MIMO后向散射通信存在一个严重瓶颈：以往的均匀查询或是波束形成，都只是将发射/查询天线当作供能设备，并且沿用了在信道相关时间内，信息在时间维度上的冗余无法增加系统的时间分集增益这个在传统信道中的经典结论。这使得蕴含在MIMO后向散射信道中的分集潜能没被充分的开发出来。

然而通过研究发现造成以上性能瓶颈的主要原因是在读写器的发射机制所致。编码方式忽略了发射端和标签信号在时间维度上的联合设计。

综上所述，现有技术存在的问题是：MIMO后向散射通信存在一个严重瓶颈：其分集阶数只取决于标签天线数。这意味着无论在读写器的发射端和接收端布置做多少天线，只要标签端的天线数目固定，都不能大幅度的提高系统的性能，而只能小幅度提高性能。其分集阶数只取决于标签天线数；解决上述技术问题的意义：可以突破空时编码分集增益只取决于标签天线个数的瓶颈，从而大幅度降低后向散射MIMO通信的误码率，进而提高可靠通信的传输速率。后向散射通信的性能不仅能够得到显著的提高，系统还可以将对标签多天线的要求转移到读写器。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种针对单基地型后向散射通信的基于Alamouti编码的联合编码方法。

本发明是这样实现的，一种基于Alamouti编码的联合编码方法，所述基于Alamouti编码的联合编码方法包括：

第一步，使用查询矩阵和定义编码矩阵对发送端的通信信号编码；

第二步，采用最大比率组合(MRC)接收器对发送端发送的通信信号解码。

进一步，所述第一步的使用查询矩阵和定义编码矩阵对发送端的通信信号编码具体包括：

块级单一查询由查询矩阵Q和定义编码矩阵C：

其中Q₀是一个酉矩阵，C₀是一个正交空时编码，1_M＝(1,1...,1)^T；

选取2*2的模型时：

发送端的查询矩阵Q和标签端的编码矩阵C为：

进一步，所述第二步的采用最大比率组合接收器对发送端发送的通信信号解码具体包括：

C₀是正交空时码，接收信号的表达形式为：

在C₀是L＝2并且M＝2的情况下，采用最大比率组合接收器，读写器将c₁解码为：

在表达式中：

对c₂进行解码：

其中矩阵J是交换矩阵；决策规则是与解码信号有最短的符号欧几里德距的距离。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于Alamouti编码的联合编码方法的单基型后向散射通信系统。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：改进后的Alamouti编码对经典Alamouti编码在传输功率和速率不变的情况下，在仿真中可以达到5到10dB的显著增益。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于Alamouti编码的联合编码方法流程图。

图2是本发明实施例提供的单基地型MIMO后向散射通信结构示意图。

图3是本发明实施例提供的在相同信噪比下，两天线模型中，改进后Alamouti编码的相对于传统的均匀查询的误码率的提升示意图。

图4是本发明实施例提供的在相同信噪比下，两天线模型中，改进后Alamouti编码的相对于传统的均匀查询的误码率的提升示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对MIMO后向散射通信存在一个严重瓶颈：其分集阶数只取决于标签天线数的问题。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的基于Alamouti编码的联合编码方法包括以下步骤：

S101：使用查询矩阵和定义编码矩阵对发送端的通信信号编码；

S102：采用最大比率组合(MRC)接收器对发送端发送的通信信号解码。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。

本发明实施例提供的在单基地后向散射通信中新的发射方式，即当查询矩阵Q满足：

QQ^H＝I；

时的发射方式。并且提出了基于Alamouti编码的联合编码改进方案，此编码方案可以较为显著提高分集增益。

在该对单基型后向散射通信系统中，接收端的信号表达形式为：

本发明实施例提供的对单基型后向散射通信系统的基于Alamouti编码的联合编码改进方案。

1、编码：块级单一查询由查询矩阵Q和定义编码矩阵C如下：

其中Q₀是一个酉矩阵，C₀是一个正交空时编码，1_M＝(1,1...,1)^T；存在一种等效的设计方法如下：

选取2*2的模型时：

发送端的查询矩阵Q和标签端的编码矩阵C为：

2、解码：认为C₀是正交空时码的情况，这时接收信号的表达形式为：

在C₀是Alamouti编码(L＝2)并且M＝2的情况下，采用最大比率组合(MRC)接收器，读写器可以将c₁解码为：

在表达式中：

同样的，可以对c₂进行解码：

其中矩阵J是具有适当尺寸的交换矩阵；该决策规则是与解码信号有最短的符号欧几里德距的距离。

图3是本发明实施例提供的在相同信噪比下，两天线模型中，改进后Alamouti编码的相对于传统的均匀查询的误码率的提升。

图4是本发明实施例提供的在相同信噪比下，两天线模型中，改进后Alamouti编码的相对于传统的均匀查询的误码率的提升。

通过图3和图4的仿真可以看出，在相同的信噪比下，新提出的编码方法在误码率上有显著的提升。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于Alamouti编码的联合编码方法，其特征在于，所述基于Alamouti编码的联合编码方法包括：

第一步，使用查询矩阵和定义编码矩阵对发送端的通信信号编码；

第二步，采用最大比率组合MRC接收器对发送端发送的通信信号解码；

所述第一步的使用查询矩阵和定义编码矩阵对发送端的通信信号编码具体包括：

块级单一查询由查询矩阵Q和定义编码矩阵C：

其中Q₀是一个酉矩阵，C₀是一个正交空时编码，1_M＝(1,1...,1)^T；

选取2*2的模型时：

发送端的查询矩阵Q和标签端的编码矩阵C为：

所述第二步的采用最大比率组合接收器对发送端发送的通信信号解码具体包括：

C₀是正交空时码，接收信号的表达形式为：

在C₀是L＝2并且M＝2的情况下，采用最大比率组合接收器，读写器将c₁解码为：

在表达式中：

对c₂进行解码：

其中矩阵J是交换矩阵；决策规则是与解码信号有最短的符号欧几里德距的距离。

2.一种应用权利要求1所述基于Alamouti编码的联合编码方法的单基型后向散射通信系统。

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