CN110414289A - 低功耗物联网无线供电mimo波束赋形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低功耗物联网无线供电MIMO波束赋形方法，包括如下步骤：步骤1、读写器给标签供电，同时，读写器天线通过盲扫波束赋形方式对标签的整个区域进行扫描，来激活位置未知的标签；标签被激活后，返回信息给读写器；步骤2、读写器根据标签返回的信息进行信道估计，生成用于识别标签ID的有效波束赋形。本发明具有可以将无线能量传输到无源RFID的分布式波束赋形，以增强无源射频识别系统标签信号。
Description
技术领域
本发明涉及用于将无线能量传输到无源RFID的分布式波束赋形，尤其涉及一种低功耗物联网无线供电MIMO(Multiple-Input-Multiple-Output)多输入多输出波束赋形方法。
背景技术
随着近年来物联网发展越来越快，将会提供基础设备以便随时随地连接数以万亿计的可识别传感设备，如何为这些物联网设备供电成为一个关键问题，因为使用电池会增加设备的成本和尺寸，而更换电池在大规模物联网网络中是十分困难的。对于低功耗物联网设备，射频(RF)无线能量传输成为一种很有前途的解决方案。由于产生射频信号通常比从射频信号中获取能量要消耗更多的能量，因此使用有源发射机长期采集射频能量并只短暂的传输信号是低效能的。反射调制通过改变阻抗来调节对入射射频信号的反射，其能量效率比有源发射高几个数量级。
电子产品编码(EPC)第1类第2代(Gen-2)超高频无源射频识别(RFID)标准采用了反射调制。Gen-2无源RFID系统有两个主要组件:读写器和标签。读写器启动通信过程并将射频能量传输给标签，标签由读写器激活，并将其标识(ID)信息通过反射调制传回到读写器。Gen-2无源RFID已广泛应用于物流、仓库和工厂的目标识别、跟踪和管理中。然而，Gen-2协议的主要缺点是发射信号和反射信号在往返路径中信号衰减十分严重，限制了通信距离，从而限制了覆盖范围，原因是典型的RFID读写器使用相同的天线进行发射和接收。收发分离系统采用独立天线发射或接收，利用载波发射器传输射频能量来激活标签，并且只使用一个集中读写器接收标签的响应信号，标签到阅读器的范围可以大幅提高，但是需要许多载波发射器放置在标签周围，以覆盖整个标签集，即使载波发射器的成本比读写器低得多，整个系统的成本也可能很高。
以往对提高信号强度和覆盖范围的研究，有使用多个RFID读写器的方法，但是随着读写器数量的增加，系统成本显著增加，读写器之间的干扰变得严重。还有一种分布式天线系统(DAS)，该系统在不同的物理位置使用多个天线，以提高覆盖范围和灵敏度，但是以往针对RFID的DAS研究并未结合多个天线的信号进行波束赋形。
基于此，本发明针对这一特性进行研究并由此产生本案。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种低功耗物联网无线供电MIMO波束赋形方法，为了将来自多个天线的信号组合在一起，使特定角度的信号在目标标签上的功率叠加达到最大，使得无源标签可以被顺利激活，具有可以将无线能量传输到无源RFID的分布式波束赋形，以增强无源射频识别系统标签信号。
本发明的问题是这样实现的：
一种低功耗物联网无线供电MIMO波束赋形方法，包括如下步骤：
步骤1、读写器给标签供电，同时，读写器天线通过盲扫波束赋形方式对标签的整个区域进行扫描，来激活位置未知的标签；标签被激活后，返回信息给读写器；
步骤2、读写器根据标签返回的信息进行信道估计，生成用于识别标签ID的有效波束赋形。
进一步地，所述步骤1具体包括如下步骤：
步骤11、读写器发送一个连续波信号来为读写器到标签正向链路中的标签供电；
步骤12、读写器天线通过盲扫波束赋形方式对标签的整个区域进行扫描，通过调整权重的值，来调整天线发射信号的角度；步骤11与步骤12没有先后顺序；
步骤13、当标签接收到的信号功率大于或等于标签的灵敏度时，标签被激活；
步骤14、标签被激活后，它在接收到读写器发起的问询指令时，将随机选择一个时隙，并反射返回一个随机数给读写器，该随机数包括用于同步和解码的前导码；如果读写器检测为空信道或者信号发生碰撞都将发起下一个问询指令。
进一步地，所述步骤11和步骤13具体为：
读写器发送一个连续波信号来为读写器到标签正向链路中的标签供电，计算第i个标记处标签的信号计算方法如公式1所示：
公式1：
其中，i的范围是从1到N的整数，表示标签数量；是从所有M个读写器天线中选取的一个读写器天线子集，子集中天线个数为J，用于对标签i生成发射波束赋形；是第i个标签从天线子集接收到的信号；ni(t)是一种加性高斯白噪声，其均值为零，方差为N0/2，N0表示噪声功率；PTx表示每根读写器天线采用相同的发射功率；GR表示读写器天线的增益；GT表示每个标签的天线增益；为第k个天线到第i个标签的正向链路的权值，用于调整盲扫的角度；为从第k个天线到第i个标签的正向链路的信道系数；scw(t)为单位归一化功率DAS的连续波信号；是第k个天线到第i个标签的信道损耗，其计算方法如公式2所示：
公式2：
其中，c表示光速,fc表示载波频率，dki表示第k个天线到第i个标签的距离，γ是路径损耗指数；
第i个标签从分布式波束赋形的天线子集中的J个天线接收到的信号功率的计算方法见公式3：
公式3：
当标签接收到的信号功率大于或等于其灵敏度时，标签被激活，即θT表示标签的灵敏度。
进一步地，所述步骤12中，所述读写器天线通过盲扫波束赋形方式对标签的整个区域进行扫描；具体盲扫方法过程为：
步骤121、从M根天线中选J根，所有可能的集合为ζ，每一种可能的组合方式命名为n；
步骤122、每根天线从[0,2π)中按照均匀分布随机选S个样本的角度值对其他天线进行对应扫描，每一个给定组合下，每一根天线从S个样本的每个角度值对应其他天线遍历一遍，共有SJ种情况；
步骤123、将n的初始值设置为0，当时开始循环，执行n＝n+1，分别表示在集合ζ(n)中每一种可能情况为[n(1),n(2),…,n(J)]；用t表示每根天线每个角度的遍历情况，t的范围在[1,2,…,SJ]，用k表示[1,2,…,J]中的第k根天线，设置波束赋形的权重为wn(k)＝exp(jθn(k)s)，其中
每个t对应的所有k结束遍历时，都为集合中的J个天线用波束赋形的权值wn(k)进行设置。
进一步地，所述步骤2中具体过程如下：
步骤21、标签向读写器有效反射一个随机数后，设置第i个标签反射中天线阵列Γ(i)的总接收信号功率不小于读写器的灵敏度θR；
步骤22、读写器的天线接收标签返回的随机数时，读写器第m个天线接收到第i个标签的反射信号为经过下变频和滤波处理后，读写器接收的信号变为
步骤23、以第0根天线为基准，将每根天线接收到的信号和第0根天线相比，即从而根据获得角度差Δθ(m,m0)；
步骤24、调整读写器各天线激活标签盲扫时选择的角度θmi，并根据角度差Δθ(m,m0)和激活标签盲扫时选择的角度θmi找到最佳波束赋形的权值
步骤25、读写器根据调整后的角度θmi发送一个应答指令给标签，应答指令中包含了与标签反射相同的随机数；
步骤26、标签收到有效的应答指令后，比对自身产生的随机数和应答指令中的随机数相同后，在确认状态下反射其标识符、PC/XPC、EPC和CRC的信号；并计算使用最佳波束赋形的权值时该标签获得的新的信号
此时标签反射的信号大小由决定。
进一步地，所述步骤21具体为：
第i个标签反射中天线阵列Γ(i)的总接收信号功率由公式4给出：
公式4：
其中，η表示标签的反射调制效率；PTx表示每根天线相等的发射功率；GR表示读写器天线的接收信号的增益；GT表示每个标签的天线增益；是第k个天线到第i个标签的正向链路的信道损耗，是第i个标签到第m个天线的反射信道损耗， 为第k个天线到第i个标签的正向链路的权值，用于调整盲扫的角度，是第i个标签到第m个天线的反向链路权值， 为从第k个天线到第i个标签的正向链路的信道系数，为从第i个标签到第m个天线的反射信道系数，为了成功接收标签，接收到的信号总功率必须不小于读写器的灵敏度，即θR表示读写器的灵敏度；
所述步骤22具体为：
第m个读写器天线接收到第i个标签的反射信号为见公式5：
公式5：
其中，表示第i个标签到第m个天线的反射信道损耗；表示天线子集接收到的第i个标签的反射信号；表示第i个标签到第m个天线的反向链路权值；表示从第i个标签到第m个天线的反射信道系数；表示单位归一化功率的反射信号；nm(t)表示第m个接收天线的加性高斯白噪声，其均值为零，方差为N0/2，N0表示噪声功率；scw(t)为单位归一化功率DAS的连续波信号；
经过下变频和滤波处理后，读写器天线接收的信号变为计算方法如公式6所示：
公式6：
其中，等效于第m个接收天线的加性高斯白噪声；
所述步骤24具体为：
调整读写器各天线激活标签盲扫时选择的角度θmi，并根据角度差Δθ(m,m0)和激活标签盲扫时选择的角度θmi找到最佳波束赋形的权值最佳的波束赋形的值如下：
公式7：
所述步骤26中计算使用最佳波束赋形的权值时该标签获得的新的信号具体为：
公式8：
其中，ni(t)表示一种加性高斯白噪声。
进一步地，所述步骤23具体为：
步骤231、发射天线通过盲扫波束赋形发送消息后，激活的标签将信息反射回读写器天线，经过下变频和滤波处理后接收的信号被读写器天线接收后，信号由如下公式9计算：
公式9：
其中，表示第i个标签到第m根天线的反向链路权值和信道系数的乘积；表示第k根天线到第i个标签的正向链路权值和信道系数的乘积；
步骤232、读写器天线接收标签信号时，以第0根天线为基准，将每根天线接收到的信号和第0根天线相比，即计算见公式10；
公式10：
其中，使用波束赋形exp(jθmi)的有效信道系数为 表示第i个标签到第0根天线的反射信道损耗；表示第0根天线到第i个标签的反向链路权值和信道系数的乘积；表示下变频后第0根接收天线的加性高斯白噪声；θmi示第i个标签到第m根天线的相位角度；表示对应的相位角度；表示对应的相位角度；
再根据获得角度差Δθ(m,m0)的计算见公式11：
公式11：
进一步地，对所述波束赋形的权值不断进行优化，优化计算方法如公式12；其中q是往返循环的数量，一个循环包括正向和反向链接的传输，角度差将在获得反向链接信号时进行更新；
公式12：
进一步地，所述步骤26中，所述标签收到有效的应答指令后，在确认状态下反射其标识符、PC/XPC、EPC和CRC的信号时，采用了将不同发射天线接收信号做最大比合并的方法，具体过程如下：
通过最大比合并接收到的信号，总的计算方式见公式13，
公式13：其中，系数αm计算方法见公式14，
公式14：
结合公式10，以第0根天线为基准，将每根天线的比例系数αm和第0根天线比例系数相比，得出公式15：
公式15：
对此，公式13计算接收到的信号重新由公式16表示：
公式16：
由于αm0只是一个比例系数，是从公式16中取出，由此得到合并信号计算为公式17：
公式17：
进一步地，所述标签是标准的Gen-2无源标签，每个标签的天线增益为GT，所有的标签都是静态的；所述读写器天线都是全向分布式的，且具有相同的接收信号的增益GR。
本发明的优点在于：
(1)本发明采用盲扫波束赋形激活位置未知的无源标签，通过调整盲扫天线发射信号角度增大覆盖范围的目的，提高激活标签的可能性；
(2)本发明中标签被激活后，读写器利用标签返回的16位随机数数据包的12位前导码对信道进行估计，从而调整波束赋形角度，提高对该标签传递的功率；
(3)本发明对多个读写器天线接收到的标签信号采用最大比合并，提高信噪比，从而降低标签数据包误码率。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明一种低功耗物联网无线供电MIMO波束赋形方法的执行流程图。
图2为本发明中步骤1的具体执行流程图。
图3为本发明中步骤2的具体执行流程图。
图4为本发明分布式波束赋形的通信过程图。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段及其所能达到的技术效果，能够更清楚更完善的披露，兹提供了以下实施例，并结合附图作如下详细说明：
本实施例的一种低功耗物联网无线供电MIMO(Multiple-Input-Multiple-Output多输入多输出)波束赋形方法，是为了将来自多个天线的信号组合在一起，使特定角度的信号在目标标签上的功率叠加达到最大，使得无源标签可以被顺利激活，具有可以将无线能量传输到无源标签的分布式波束赋形，以增强无源射频识别系统标签信号。
如图1和图2所示，本发明的一种低功耗物联网无线供电MIMO波束赋形方法，包括如下步骤：
步骤1、读写器给标签供电，同时，读写器天线通过盲扫波束赋形方式对标签的整个区域进行扫描，来激活位置未知的标签；标签被激活后，返回信息给读写器；
步骤2、读写器根据标签返回的信息进行信道估计，生成用于识别标签ID的有效波束赋形。
作为优选，所述标签是标准的Gen-2无源标签，成本低，复杂度低。每个标签的天线增益为GT，所有的标签都是静态的；所述读写器天线都是全向分布式的，且具有相同的接收信号的增益GR。
作为优选，所述步骤1具体包括如下步骤：
步骤11、给标签供电以激活标签：读写器发送一个连续波(CW)信号来为读写器到标签正向链路中的标签供电；计算第i个标记处标签的信号计算方法如公式1所示：
公式1：
其中，i的范围是从1到N的整数，表示标签数量；是从所有M个读写器天线中选取的一个读写器天线子集，子集中天线个数为J，用于对标签i生成发射波束赋形；是第i个标签从天线子集接收到的信号；ni(t)是一种加性高斯白噪声，其均值为零，方差为N0/2，N0表示噪声功率；PTx表示每根读写器天线采用相同的发射功率；GR表示读写器天线的增益；GT表示每个标签的天线增益；为第k个天线到第i个标签的正向链路的权值，用于调整盲扫的角度；为从第k个天线到第i个标签的正向链路的信道系数；scw(t)为单位归一化功率DAS的连续波信号；是第k个天线到第i个标签的信道损耗，其计算方法如公式2所示：
公式2：
其中，c表示光速,fc表示载波频率，dki表示第k个天线到第i个标签的距离，γ是路径损耗指数；
步骤12、读写器天线通过盲扫波束赋形方式对标签的整个区域进行扫描，通过调整权重的值，来调整天线发射信号的角度；步骤11与步骤12没有先后顺序；
步骤13、当标签接收到的信号功率大于或等于标签的灵敏度时，标签被激活；第i个标签从分布式波束赋形的天线子集中的J个天线接收到的信号功率的计算方法见公式3：
公式3：
当时，θT表示标签的灵敏度，标签被激活。
步骤14、发送问询指令：标签被激活后，它在接收到读写器发起的问询指令时，将随机选择一个时隙，并反射返回一个16位的随机数给读写器，该16位的随机数包括12位的前导码，用于同步和解码；如果读写器检测为空信道或者信号发生碰撞都将发起下一个问询指令。
作为优选，所述步骤12中，所述盲扫波束赋形是指由于无源标签的位置未知，读写器天线通过盲扫波束赋形方法对整个区域进行扫描，通过调整权重的值，调整天线发射信号角度，从而达到增大覆盖范围的目的，提高激活标签的可能性；具体盲扫方法过程为：
步骤121、从M根天线中选J根，所有可能的集合为ζ，每一种可能的组合方式命名为n；
步骤122、每根天线从[0,2π)中按照均匀分布随机选S个样本的角度值对其他天线进行对应扫描，每一个给定组合下，每一根天线从S个样本的每个角度值对应其他天线遍历一遍，共有SJ种情况；
步骤123、将n的初始值设置为0，当时开始循环，执行n＝n+1，分别表示在集合ζ(n)中每一种可能情况为[n(1),n(2),…,n(J)]；用t表示每根天线每个角度的遍历情况，t的范围在[1,2,…,SJ]，用k表示[1,2,…,J]中的第k根天线，设置波束赋形的权重为wn(k)＝exp(jθn(k)s)，其中
每个t对应的所有k结束遍历时，都为集合中的J个天线用波束赋形的权值wn(k)进行设置。
作为优选，所述步骤2中，所述信道估计具体是指接收标签信号后从16位随机数信号的12位前导码中提取信息估计信道，并生成用于识别具有更强信噪比(SNR)的标签ID的有效波束赋形；具体过程如下：
步骤21、标签向读写器有效反射一个随机数后，设置第i个标签反射中天线阵列Γ(i)的总接收信号功率不小于读写器的灵敏度θR；第i个标签反射中天线阵列Γ(i)的总接收信号功率由公式4给出：
公式4：
其中，η表示标签的反射调制效率；PTx表示每根天线相等的发射功率；GR表示读写器天线的接收信号的增益；GT表示每个标签的天线增益；是第k个天线到第i个标签的正向链路的信道损耗，是第i个标签到第m个天线的反射信道损耗， 为第k个天线到第i个标签的正向链路的权值，用于调整盲扫的角度，是第i个标签到第m个天线的反向链路权值， 为从第k个天线到第i个标签的正向链路的信道系数，为从第i个标签到第m个天线的反射信道系数，为了成功接收标签，接收到的信号总功率必须不小于读写器的灵敏度，即θR表示读写器的灵敏度；
步骤22、读写器的天线接收标签返回的随机数时，读写器第m个天线接收到第i个标签的反射信号为第m个读写器天线接收到第i个标签的反射信号为见公式5：
公式5：
其中，表示第i个标签到第m个天线的反射信道损耗；表示天线子集接收到的第i个标签的反射信号；表示第i个标签到第m个天线的反向链路权值；表示从第i个标签到第m个天线的反射信道系数；表示单位归一化功率的反射信号；nm(t)表示第m个接收天线的加性高斯白噪声，其均值为零，方差为N0/2，N0表示噪声功率；scw(t)为单位归一化功率DAS的连续波信号；
经过下变频和滤波处理后，读写器天线接收的信号变为计算方法如公式6所示：
公式6：
其中，等效于第m个接收天线的加性高斯白噪声(AWGN)；
步骤23、以第0根天线为基准，将每根天线接收到的信号和第0根天线相比，即从而根据获得角度差Δθ(m,m0)；
作为优选，步骤23具体过程如下：
步骤231、发射天线通过盲扫波束赋形发送消息后，激活的标签将信息反射回读写器天线，经过下变频和滤波处理后接收的信号被读写器天线接收后，信号由如下公式9计算：
公式9：
其中，表示第i个标签到第m根天线的反向链路权值和信道系数的乘积；表示第k根天线到第i个标签的正向链路权值和信道系数的乘积；
步骤232、读写器天线接收标签信号时，以第0根天线为基准，将每根天线接收到的信号和第0根天线相比，即计算见公式10；
公式10：
其中，使用波束赋形exp(jθmi)的有效信道系数为 表示第i个标签到第0根天线的反射信道损耗；表示第0根天线到第i个标签的反向链路权值和信道系数的乘积；表示下变频后第0根接收天线的加性高斯白噪声；θmi示第i个标签到第m根天线的相位角度；表示对应的相位角度；表示对应的相位角度；
再根据获得角度差Δθ(m,m0)的计算见公式11：
公式11：
步骤24、调整读写器各天线激活标签盲扫时选择的角度θmi，并根据角度差Δθ(m,m0)和激活标签盲扫时选择的角度θmi找到最佳波束赋形的权值提高信噪比。为了使正向链路信噪比最大，最佳的波束赋形的权值如下：
公式7：
较佳地，对所述波束赋形的值不断进行优化，优化计算方法如公式11；其中q是往返循环的数量，一个循环包括正向和反向链接的传输，角度差将在获得反向链接信号时进行更新；
公式12：
步骤25、读写器根据调整后的角度θmi发送一个应答指令给标签，应答指令中包含了与标签反射相同的16位随机数；
步骤26、标签收到有效的应答指令后，比对自身产生的16位随机数和应答指令中的16位随机数相同后，在确认状态下反射其标识符(ID)、PC/XPC(个人计算器)、EPC(电子产品代码)和CRC(循环冗余校验)的信号；并计算使用最佳波束赋形的权值时该标签获得的新的信号此时标签反射的信号大小由决定。功率的计算如公式12所示：
公式8：
其中，ni(t)表示一种加性高斯白噪声；
作为优选，所述步骤26中，所述标签收到有效的应答指令后，解码后标签在确认状态下反射其标识符(ID)、PC/XPC、EPC和CRC的信号时，为了在接收端解码信息，采用了将不同发射天线接收信号做最大比合并(MRC)的方法，具体过程如下：
通过最大比合并(MRC)接收到的信号，总的计算方式见公式13，
公式13：其中，系数αm计算方法见公式14，
公式14：
结合公式10，以第0根天线为基准，将每根天线的比例系数αm和第0根天线比例系数相比，得出公式15：
公式15：
对此，公式13计算接收到的信号重新由公式16表示：
公式16：
由于αm0只是一个比例系数，是从公式16中取出，由此得到合并信号计算为公式17：
公式17：
本发明的工作原理：本发明是一种分两步的波束赋形方法，第一步是盲扫波束赋形，由于无源标签的位置未知，并且标签在被激活前不响应任何信号，因此必须采用盲扫波束赋形方法在没有先验信息的情况下对整个区域进行扫描从而激活标签，包括对不同天线组合进行快速扫描，尽可能为标签供电。第二步是根据第一步返回的标签信息进行信道估计，生成用于识别具有更强信噪比的标签ID的有效波束赋形，因为信噪比的提高将显著降低ID检测的数据包误码率。
本发明能实现如下技术效果：
(1)本发明采用盲扫波束赋形激活位置未知的无源标签，通过调整盲扫天线发射信号角度增大覆盖范围的目的，提高激活标签的可能性；
(2)本发明中标签被激活后，读写器利用标签返回的16位随机数数据包的12位前导码对信道进行估计，从而调整波束赋形角度，提高对该标签传递的功率；
(3)本发明对多个读写器天线接收到的标签信号采用最大比合并，提高信噪比，从而降低标签数据包误码率。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (10)
1.一种低功耗物联网无线供电MIMO波束赋形方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、读写器给标签供电，同时，读写器天线通过盲扫波束赋形方式对标签的整个区域进行扫描，来激活位置未知的标签；标签被激活后，返回信息给读写器；
步骤2、读写器根据标签返回的信息进行信道估计，生成用于识别标签ID的有效波束赋形。
2.如权利要求1所述的一种低功耗物联网无线供电MIMO波束赋形方法，其特征在于：所述步骤1具体包括如下步骤：
步骤11、读写器发送一个连续波信号来为读写器到标签正向链路中的标签供电；
步骤12、读写器天线通过盲扫波束赋形方式对标签的整个区域进行扫描，通过调整权重的值，来调整天线发射信号的角度；步骤11与步骤12没有先后顺序；
步骤13、当标签接收到的信号功率大于或等于标签的灵敏度时，标签被激活；
步骤14、标签被激活后，它在接收到读写器发起的问询指令时，将随机选择一个时隙，并反射返回一个随机数给读写器，该随机数包括用于同步和解码的前导码；如果读写器检测为空信道或者信号发生碰撞都将发起下一个问询指令。
3.如权利要求2所述的一种低功耗物联网无线供电MIMO波束赋形方法，其特征在于：所述步骤11和步骤13具体为：
读写器发送一个连续波信号来为读写器到标签正向链路中的标签供电，计算第i个标记处标签的信号计算方法如公式1所示：
公式1：
其中，i的范围是从1到N的整数，表示标签数量；是从所有M个读写器天线中选取的一个读写器天线子集，子集中天线个数为J，用于对标签i生成发射波束赋形；是第i个标签从天线子集接收到的信号；ni(t)是一种加性高斯白噪声，其均值为零，方差为N0/2，N0表示噪声功率；PTx表示每根读写器天线采用相同的发射功率；GR表示读写器天线的增益；GT表示每个标签的天线增益；为第k个天线到第i个标签的正向链路的权值，用于调整盲扫的角度；为从第k个天线到第i个标签的正向链路的信道系数；scw(t)为单位归一化功率DAS的连续波信号；是第k个天线到第i个标签的信道损耗，其计算方法如公式2所示：
公式2：
其中，c表示光速,fc表示载波频率，dki表示第k个天线到第i个标签的距离，γ是路径损耗指数；
第i个标签从分布式波束赋形的天线子集中的J个天线接收到的信号功率的计算方法见公式3：
公式3：
当标签接收到的信号功率大于或等于其灵敏度时，标签被激活，即θT表示标签的灵敏度。
4.如权利要求3所述的一种低功耗物联网无线供电MIMO波束赋形方法，其特征在于：所述步骤12中，所述读写器天线通过盲扫波束赋形方式对标签的整个区域进行扫描；具体盲扫方法过程为：
步骤121、从M根天线中选J根，所有可能的集合为ζ，每一种可能的组合方式命名为n；
步骤122、每根天线从[0,2π)中按照均匀分布随机选S个样本的角度值对其他天线进行对应扫描，每一个给定组合下，每一根天线从S个样本的每个角度值对应其他天线遍历一遍，共有SJ种情况；
步骤123、将n的初始值设置为0，当时开始循环，执行n＝n+1，分别表示在集合ζ(n)中每一种可能情况为[n(1),n(2),…,n(J)]；用t表示每根天线每个角度的遍历情况，t的范围在[1,2,…,SJ]，用k表示[1,2,…,J]中的第k根天线，设置波束赋形的权重为wn(k)＝exp(jθn(k)s)，其中
每个t对应的所有k结束遍历时，都为集合中的J个天线用波束赋形的权值wn(k)进行设置。
5.如权利要求1所述的一种低功耗物联网无线供电MIMO波束赋形方法，其特征在于：所述步骤2中具体过程如下：
步骤21、标签向读写器有效反射一个随机数后，设置第i个标签反射中天线阵列Γ(i)的总接收信号功率不小于读写器的灵敏度θR；
步骤22、读写器的天线接收标签返回的随机数时，读写器第m个天线接收到第i个标签的反射信号为经过下变频和滤波处理后，读写器接收的信号变为
步骤23、以第0根天线为基准，将每根天线接收到的信号和第0根天线相比，即从而根据获得角度差Δθ(m,m0)；
步骤24、调整读写器各天线激活标签盲扫时选择的角度θmi，并根据角度差Δθ(m,m0)和激活标签盲扫时选择的角度θmi找到最佳波束赋形的权值
步骤25、读写器根据调整后的角度θmi发送一个应答指令给标签，应答指令中包含了与标签反射相同的随机数；
步骤26、标签收到有效的应答指令后，比对自身产生的随机数和应答指令中的随机数相同后，在确认状态下反射其标识符、PC/XPC、EPC和CRC的信号；并计算使用最佳波束赋形的权值时该标签获得的新的信号此时标签反射的信号大小由决定。
6.如权利要求5所述的一种低功耗物联网无线供电MIMO波束赋形方法，其特征在于：所述步骤21具体为：
第i个标签反射中天线阵列Γ(i)的总接收信号功率由公式4给出：
公式4：
其中，η表示标签的反射调制效率；PTx表示每根天线相等的发射功率；GR表示读写器天线的接收信号的增益；GT表示每个标签的天线增益；是第k个天线到第i个标签的正向链路的信道损耗，是第i个标签到第m个天线的反射信道损耗， 为第k个天线到第i个标签的正向链路的权值，用于调整盲扫的角度，是第i个标签到第m个天线的反向链路权值， 为从第k个天线到第i个标签的正向链路的信道系数，为从第i个标签到第m个天线的反射信道系数，为了成功接收标签，接收到的信号总功率必须不小于读写器的灵敏度，即θR表示读写器的灵敏度；
所述步骤22具体为：
第m个读写器天线接收到第i个标签的反射信号为见公式5：
公式5：
其中，表示第i个标签到第m个天线的反射信道损耗；表示天线子集接收到的第i个标签的反射信号；表示第i个标签到第m个天线的反向链路权值；表示从第i个标签到第m个天线的反射信道系数；表示单位归一化功率的反射信号；nm(t)表示第m个接收天线的加性高斯白噪声，其均值为零，方差为N0/2，N0表示噪声功率；scw(t)为单位归一化功率DAS的连续波信号；
经过下变频和滤波处理后，读写器天线接收的信号变为计算方法如公式6所示：
公式6：
其中，等效于第m个接收天线的加性高斯白噪声；
所述步骤24具体为：
调整读写器各天线激活标签盲扫时选择的角度θmi，并根据角度差Δθ(m,m0)和激活标签盲扫时选择的角度θmi找到最佳波束赋形的权值最佳的波束赋形的值如下：
公式7：
所述步骤26中计算使用最佳波束赋形的权值时该标签获得的新的信号具体为：
公式8：
其中，ni(t)表示一种加性高斯白噪声。
7.如权利要求6所述的一种低功耗物联网无线供电MIMO波束赋形方法，其特征在于：所述步骤23具体为：
步骤231、发射天线通过盲扫波束赋形发送消息后，激活的标签将信息反射回读写器天线，经过下变频和滤波处理后接收的信号被读写器天线接收后，信号由如下公式9计算：
公式9：
其中，表示第i个标签到第m根天线的反向链路权值和信道系数的乘积；表示第k根天线到第i个标签的正向链路权值和信道系数的乘积；
步骤232、读写器天线接收标签信号时，以第0根天线为基准，将每根天线接收到的信号和第0根天线相比，即计算见公式10；
公式10：
其中，使用波束赋形exp(jθmi)的有效信道系数为 表示第i个标签到第0根天线的反射信道损耗；表示第0根天线到第i个标签的反向链路权值和信道系数的乘积；表示下变频后第0根接收天线的加性高斯白噪声；θmi示第i个标签到第m根天线的相位角度；表示对应的相位角度；表示对应的相位角度；
再根据获得角度差Δθ(m,m0)的计算见公式11：
公式11：
8.如权利要求7所述的一种低功耗物联网无线供电MIMO波束赋形方法，其特征在于：对所述波束赋形的权值不断进行优化，优化计算方法如公式12；其中q是往返循环的数量，一个循环包括正向和反向链接的传输，角度差将在获得反向链接信号时进行更新；
公式12：
9.如权利要求7所述的一种低功耗物联网无线供电MIMO波束赋形方法，其特征在于：所述步骤26中，所述标签收到有效的应答指令后，在确认状态下反射其标识符、PC/XPC、EPC和CRC的信号时，采用了将不同发射天线接收信号做最大比合并的方法，具体过程如下：
通过最大比合并接收到的信号，总的计算方式见公式13，
公式13：其中，系数αm计算方法见公式14，
公式14：
结合公式10，以第0根天线为基准，将每根天线的比例系数αm和第0根天线比例系数相比，得出公式15：
公式15：
对此，公式13计算接收到的信号重新由公式16表示：
公式16：
由于αm0只是一个比例系数，是从公式16中取出，由此得到合并信号计算为公式17：
公式17：
10.如权利要求1所述的一种低功耗物联网无线供电MIMO波束赋形方法，其特征在于：所述标签是标准的Gen-2无源标签，每个标签的天线增益为GT，所有的标签都是静态的；所述读写器天线都是全向分布式的，且具有相同的接收信号的增益GR。
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