CN110635826B - 一种多天线背向散射标签的通信方法及系统 - Google Patents

一种多天线背向散射标签的通信方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多天线背向散射标签的通信方法及系统，方法包括以下步骤：S1、将激励源信号发送到多天线标签和阅读器上；S2、多天线标签对入射的激励源信号和标签信息进行空间‑背向散射联合调制，得到标签反射信号；S3、阅读器接收标签反射信号和激励源信号的叠加信号，并通过对所述叠加信号进行联合信号检测分别恢复激励源信号和标签信息。通过在多天线标签中对入射的激励源信号和标签信息进行空间‑背向散射联合调制，在每一时隙根据标签信息中的标签天线索引选择多天线标签中的一根标签天线工作，避免多天线标签中的标签天线间存在空间耦合，使得天线之间间距可小于源信号半波长，减小了多天线标签的尺寸，同时也大大提高了通信性能。

Description

一种多天线背向散射标签的通信方法及系统
技术领域
本发明属于多天线及无线通信领域，更具体地，涉及一种多天线背向散射标签的通信方法及系统。
背景技术
背向散射通信是一种微瓦级别的超低功耗无线通信技术。其中，背向散射标签仅利用环境中的射频信号，比如Wi-Fi信号、电视信号等完成信息的传输，并不需要主动射频信号传输，是一种无源通信过程。因此，被学术界和工业界视为实现物联网大规模部署的关键技术。相对于传统的射频识别通信(Radio Frequency Identification，RFID)，背向散射通信不需要专用的信号激励源设备，因此更易于部署。随着物联网业务不断发展，传输数据逐渐密集，对于更高的数据速率和更强的可靠性的需求给背向散射通信标签通信性能带来了新的挑战。现有的背向散射标签的通信方法及系统都是采用单天线标签来进行信息传输的，由于多天线技术在现有无线射频通信中可以带来速率更快、可靠性更强的信息传输，因此多天线背向散射标签的通信方法及系统具有很高的研究价值。
目前尽管人们已经尝试使用基于多天线技术来提高RFID标签的通信性能，但是在RFID通信系统需要特定的激励源发送已知的激励源信号，然而在背向散射通信系统的阅读器端，激励源信号是未知的。并且背向散射标签电路受到形状大小、成本的限制，而大多数多天线技术，比如分集技术、空时编码调制技术等要求天线间保持精准的时间同步并且天线间的间距大于射频信号的半波长来避免天线耦合干扰问题，从而导致多天线背向散射标签体积大、成本高的问题，故现有的适应用于RFID的多天线的调制方法并不适用于多天线背向散射标签的通信中。
综上所述，提出一种体积小、成本低多天线背向散射标签的通信方法及系统是亟需解决的问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提出一种多天线背向散射标签的通信方法及系统，旨在解决现有的基于多天线技术的通信方法由于所需天线间的间距大于射频信号半波长而导致的天线背向散射标签体积较大的问题。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种多天线背向散射标签的通信方法，包括以下步骤：
S1、将激励源信号发送到多天线标签和阅读器上；
S2、在多天线标签上对入射的激励源信号和标签信息进行空间-背向散射联合调制，得到标签反射信号；
S3、阅读器接收标签反射信号和激励源信号的叠加信号，并通过对叠加信号进行联合信号检测分别恢复激励源信号和标签信息。
进一步优选的，步骤S2所述的空间-背向散射联合调制方法包括以下步骤：
S21、根据多天线标签的天线数量和标签调制方式的调制阶数将标签信息比特分为天线索引序列和传输比特序列，并分别映射为空间星座点和信号星座点，完成对标签信息的空间调制；
S22、在每一个时隙，根据天线索引序列选取对应的标签天线对激励源信号进行背向散射调制，得到标签反射信号。
进一步优选地，天线索引序列的比特数log2(L)，传输比特序列的比特数为log2(Mmod)，其中，L为多天线标签的标签天线数量，Mmod为标签调制方式的调制阶数。
进一步优选地，阅读器接收到的标签反射信号和激励源信号的叠加信号的表达式如下：
Figure BDA0002196081570000031
其中，Ps为激励源信号的发射功率，
Figure BDA0002196081570000032
为激励源到阅读器的信道信息，M为阅读器的天线数量，s(n)为环境射频信号，G为等效背向散射信道，L为多天线标签的天线数量，c(n)为标签天线上对标签信息进行空间调制后的信号，w(n)为加性高斯白噪声。
进一步优选地，标签天线上对标签信息进行背向散射调制后的信号c(n)＝[0 …cl(n) … 0]T∈L×1，l∈[1，L]，其中，cl(n)表示在第l根标签天线上对标签信息进行空间调制后的信号，l与标签信息中的天线索引序列相对应，L表示多天线标签的天线数量。
进一步优选地，通过计算在直射链路、背向散射链路信道信息条件下阅读器接收到的标签反射信号和激励源信号的叠加信号概率密度函数的极大似然估计从而完成对叠加信号进行联合信号检测。
进一步优选地，上述叠加信号概率密度函数表达式为：
Figure BDA0002196081570000033
其中，y(n)为阅读器接收到的标签反射信号和激励源信号的叠加信号，Ps为激励源信号的发射功率，
Figure BDA0002196081570000034
为激励源到阅读器的信道信息，s(n)为环境射频信号，G为等效背向散射信道，c(n)为标签天线上对标签信息进行空间调制后的信号。
进一步优选地，对叠加信号进行联合信号检测后恢复所得的标签信号
Figure BDA0002196081570000035
和激励源信号
Figure BDA0002196081570000036
的表达式为：
Figure BDA0002196081570000037
其中，y(n)为阅读器接收到的标签反射信号和激励源信号的叠加信号，Ps为激励源信号的发射功率，
Figure BDA0002196081570000038
为激励源到阅读器的信道信息，s(n)为环境射频信号，G为等效背向散射信道，c(n)为标签天线上对标签信息进行空间调制后的信号。
为实现上述目的，本发明另一方面提供了一种多天线背向散射标签的通信系统，包括：环境激励源、多天线标签、阅读器；
其中，环境激励源、多天线标签、阅读器处于同一空间中；
环境激励源用于发送激励源信号到多天线标签和阅读器上；
多天线标签用于接收激励源信号，并对入射的激励源信号和标签信息进行空间-背向散射联合调制，得到标签反射信号；
阅读器用于通过对接收到的激励源信号和标签反射信号的叠加信号进行联合信号检测从而恢复出激励源信号和标签信息。
本发明还提供了一种基于多天线背向散射标签的通信系统的计算阅读器上解调后标签信息和激励源信号各自误码率的方法，包括以下步骤：
(1)给定估计的激励源信号，通过计算激励源信号在估计正确和错误两种情况下的标签信息误码率，得到与激励源信号误码率相关的标签信息误码率表达式；
(2)给定估计的标签信息，通过计算标签信息在估计正确和错误两种情况下的激励源信号误码率，得到与标签信息误码率相关的激励源信号误码率表达式；
(3)联合所得存在耦合关系的标签信息误码率表达式和激励源信号误码率表达式分别求得标签信息和激励源信号的误码率。
进一步优选地，上述标签信息误码率表达式和激励源信号误码率表达式由激励源信号和标签信息的调制方式决定。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明提出了一种多天线背向散射标签的通信方法，多天线标签根据标签信息对入射的激励源信号和标签信息进行空间-背向散射联合调制，在每一时隙根据标签信息中的标签天线索引选择多天线标签中的一根标签天线工作，避免了标签天线间的空间耦合问题，天线之间间距可小于源信号半波长，大大减小了多天线标签的尺寸，同时也避免了天线间需要精准的时间同步问题，大大降低了电路设计复杂度和成本。
2、本发明所提出的多天线背向散射标签的通信系统，由于不需要主动产生射频信号，保证了标签的低功耗特性。并且由于增加了天线索引作为信息调制单元，相对与单天线标签的通信系统大大提高了系统的频谱效率。
3、本发明提出了一种多天线背向散射标签的通信方法，每一个时隙多天线标签可传输比特数为log2(L)+log2(Mmod)，相对于单天线背向散射标签的通信方法，具有更高的数据传输速率。
4、本发明提出了一种基于多天线背向散射标签的通信系统的计算阅读器恢复所得的标签信息和激励源信号误码率的方法，对于发送的标签信息和激励源信号未知的情况下仍然可以通过该方法求出系统中标签信息和激励源信号的误码率，适用范围更广。
附图说明
图1是本发明所提供的多天线背向散射标签的通信方法流程图；
图2是本发明实施例1所提供的多天线标签的空间-背向散射联合调制示意图；
图3是本发明实施例所提供的多天线背向散射标签通信系统示意图；
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，以下结合附图及实施例，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。
本发明一方面提供了一种多天线背向散射标签的通信方法，其流程图如图1所示，包括以下步骤：
S1、将激励源信号发送到多天线标签和阅读器上；
S2、在多天线标签上对入射的激励源信号和标签信息进行空间-背向散射联合调制，得到标签反射信号；
具体的，步骤S2中进行空间-背向散射联合调制的方法包括以下步骤：
S21、根据多天线标签的天线数量和标签调制方式的调制阶数将标签信息比特分为天线索引序列和传输比特序列，并分别映射为空间星座点和信号星座点，完成对标签信息的空间调制；
具体的，天线索引序列的比特数log2(L)，传输比特序列的比特数为log2(Mmod)，其中，L为多天线标签的标签天线数量，Mmod为标签调制方式的调制阶数。
S22、在每一个时隙，根据天线索引序列选取对应的标签天线对激励源信号进行背向散射调制，得到标签反射信号。
这种空间-背向散射联合调制的方法根据标签天线索引选择一根标签天线工作，避免了标签天线间的空间耦合问题，天线之间间距可小于源信号半波长，大大减小了多天线标签的尺寸。另外，相对于单天线背向散射标签的通信方法，每一个时隙多天线标签可发送比特数为log2(L)+log2(Mmod)，具有更高的数据传输速率。
为了更进一步的说明本发明所提供的空间-背向散射联合调制方法，结合附图和具体实施例进行详述：
实施例1、
以多天线标签的天线数L为4为例，如图2所示为多天线标签的空间-背向散射联合调制示意图。如图所示，当标签信息比特为“001”时，根据公式log2(L)计算得到天线索引序列的比特数为2，标签调制方式为BPSK，其标签调制阶数Mmod为2，根据公式log2(Mmod)计算得到传输比特序列的比特数为1，故天线索引序列为“00”，传输比特序列为“1”，“00”的天线索引序列所对应的天线为多天线标签中的第一根天线，则表示第一根天线采用其对应的标签调制方式对传输比特序列“1”进行调制并传输，即“00”被映射为空间星座点，“1”被映射为信号星座点。在时隙n，对标签信息进行空间调制后信号可表示为c(n)＝[0 … cl(n) …0]T∈L×1。其中，cl(n)表示第l根标签天线上对标签信息进行空间调制后的信号，l∈[1,L]，L为多天线标签的天线数量。假设环境射频信号为s(n)，选取第一根天线对激励源信号进行背向散射调制得到标签反射信号s(n)·c(n)。同样的，当标签信息比特为“110”时，根据公式log2(Mmod)计算得到天线索引序列的比特数为2，标签调制方式为BPSK，其标签调制阶数Mmod为2，根据公式log2(Mmod)计算得到传输比特序列的比特数为1，故天线索引序列为“11”，传输比特序列为“0”，“11”的天线索引序列所对应的天线为多天线标签中的第四根天线，则表示第四根天线采用其对应的标签调制方式对传输比特序列“0”进行调制并传输，即“11”被映射为空间星座点，“0”被映射为信号星座点。
S3、阅读器接收标签反射信号和激励源信号的叠加信号，并通过对叠加信号进行联合信号检测分别恢复激励源信号和标签信息。
具体的，第n时隙阅读器接收到的标签反射信号和激励源信号的叠加信号的表达式如下：
Figure BDA0002196081570000071
其中，Ps为激励源信号的发射功率，
Figure BDA0002196081570000072
为激励源到阅读器的信道信息，M为阅读器的天线数量，s(n)为环境射频信号，G为等效背向散射信道，L为多天线标签的天线数量，c(n)为标签天线上对标签信息进行空间调制后的信号，w(n)为加性高斯白噪声。
具体的，由于激励源信号和标签反射信号的广播特性，阅读器可同时接收到两种信号。其中，第n时隙到达阅读器第m根天线的激励源信号为
Figure BDA0002196081570000073
其中，m∈[1,M]，M为阅读器的天线数量，Ps为激励源信号的发射功率，
Figure BDA0002196081570000074
为单天线的激励源到阅读器第m根天线的信道信息，即直射链路信道信息，s(n)为环境射频信号。第n时隙到达阅读器第m根天线的标签反射信号为
Figure BDA0002196081570000081
其中，L为多天线标签的天线数量，Ps为激励源信号的发射功率，
Figure BDA0002196081570000082
表示标签的第l根天线至阅读器的第m根天线的背向散射的后向信道，
Figure BDA0002196081570000083
表示激励源与标签第l根天线间的信道信息，cl(n)表示在第l根标签天线上对标签信息进行空间调制后的信号，其中l∈[1,L]，s(n)为环境射频信号。通过两种信号的叠加，第n时隙阅读器对应的第m根天线接收到的标签反射信号和激励源信号的叠加信号表示为
Figure BDA0002196081570000084
其中，wm(n)为加性高斯白噪声，综上所述，阅读器接收到的标签反射信号和激励源信号的叠加信号的表达式可表示为
Figure BDA0002196081570000085
其中，
Figure BDA0002196081570000086
为激励源到阅读器的信道信息，G＝[g1,…,gl,…,gL]为等效背向散射信道，其中
Figure BDA0002196081570000087
c(n)为标签天线上对标签信息进行空间调制后的信号，
Figure BDA0002196081570000088
为加性高斯白噪声，每根天线上的加性高斯白噪声独立且呈标准正态分布。
然后，通过对叠加信号进行联合信号检测分别恢复标签反射信号和激励源信号，计算阅读器接收到的标签反射信号和激励源信号的叠加信号的概率密度函数为
Figure BDA0002196081570000089
其中，G＝[G1,G2,…,GL]为等效背向散射信道，
Figure BDA00021960815700000810
最大可能发送的激励源信号和标签信息会使得接收信号似然函数最大，根据最大似然估计，计算恢复所得的标签信号
Figure BDA00021960815700000811
和激励源信号
Figure BDA00021960815700000812
的联合检测值为：
Figure BDA00021960815700000813
这里所述恢复所得的标签信号是指解调得到的标签天线上对标签信息进行空间调制后的信号。
进一步地，恢复所得的标签信号
Figure BDA00021960815700000814
中包含天线索引比特和天线传输比特的调制信息，将上式进行展开，天线索引比特调制后的信号、传输比特调制后的信号以及环境射频信号可计算为：
Figure BDA0002196081570000091
最后通过逆映射即可完成标签信息以及激励源信号的解调恢复过程。
进一步地，在恢复标签信息的同时也将激励源信号计算出来，可以消除激励源信号的干扰，提升标签信息的检测能力。
本发明还提供了一种多天线背向散射标签的通信系统，如图3所示为本发明实施例所提供的无源背向散射空间调制系统示意图，包括：环境激励源、多天线标签、阅读器；
其中，环境激励源、多天线标签、阅读器处于同一空间中；
环境激励源用于发送激励源信号到多天线标签和阅读器上；优选地，环境射频源可以是我们生活环境中的常见射频信号发射器，例如Wi-Fi接入点(AP)，电视或调频(FM)无线电塔。
多天线标签用于接收激励源信号，并对入射的激励源信号和标签信息进行空间-背向散射联合调制，得到标签反射信号；
阅读器用于通过对接收到的激励源信号和标签反射信号的叠加信号进行联合信号检测从而恢复出激励源信号和标签信息。
本发明还提供了一种基于多天线背向散射标签的通信系统的计算阅读器上解调后标签信息和激励源信号各自误码率的方法，包括以下步骤：
(1)给定估计的激励源信号，通过计算激励源信号在估计正确和错误两种情况下的标签信息误码率，得到与激励源信号误码率相关的标签信息误码率表达式；
(2)给定估计的标签信息，通过计算标签信息在估计正确和错误两种情况下的激励源信号误码率，得到与标签信息误码率相关的激励源信号误码率表达式；
(3)联合所得存在耦合关系的标签信息误码率表达式和激励源信号误码率表达式分别求得标签信息和激励源信号的误码率。
进一步地，上述标签信息误码率表达式和激励源信号误码率表达式由激励源信号和标签信息的调制方式决定。
通过本发明所提出的误码率计算方法，对于发送的标签信息未知的情况下仍然可以通过该方法求出系统中标签信息和激励源信号的误码率，适用范围更广。
为了更进一步的说明计算阅读器恢复所得的标签信号和激励源信号的误码率的方法，结合具体实施例进行详述：
实施例2、
以激励源信号采用正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)进行调制，标签信息采用二进制相移键控(BinaryPhase ShiftKeying，BPSK)进行调制为例分析检测系统性能，值得注意的是该计算方法可以拓展到高阶调制场景。
具体的，因为，在联合信号检测的过程中，阅读器接收到的信号存在耦合关系，激励源信号和标签信息具有很强的相关性，基于多天线背向散射标签的通信系统的计算阅读器上解调后标签信息和激励源信号各自误码率的方法，包括以下步骤：
(1)给定估计的激励源信号
Figure BDA0002196081570000101
通过计算激励源信号在估计正确和错误两种情况下的标签信号
Figure BDA0002196081570000102
误码率，得到与激励源信号误码率相关的标签信息误码率表达式；
具体的，当
Figure BDA0002196081570000103
估计正确，即等于实际发送的激励源信号时，恢复所得的标签信号
Figure BDA0002196081570000104
的成对差错概率可计算为：
Figure BDA0002196081570000105
此时
Figure BDA0002196081570000106
的误码率为：
Figure BDA0002196081570000111
其中，
Figure BDA0002196081570000112
表示实际发送的经空间调制后的标签信号cl(n)与恢复所得的标签信号
Figure BDA0002196081570000113
之间的错误比特数，
Figure BDA0002196081570000114
为每一时隙多天线标签可发送的比特数，L为多天线标签的天线数量，本实施例中多天线标签采用BPSK进行调制，故Mmod＝2。
当
Figure BDA0002196081570000115
估计错误，即不等于实际发送的激励源信号时，由于激励源信号采用QPSK进行调制，发送的信号中只可能是
Figure BDA0002196081570000116
四种符号，即对应00、01、10、11这四种情况，故恢复的激励源信号的错误的比特数为1或2两种情况。
具体的，当估计错误的比特数为1时，
Figure BDA0002196081570000117
的成对差错概率可计算为：
Figure BDA0002196081570000118
对应于实际发送的激励源信号为00，但是激励源信号估计为01或10；实际发送的激励源信号为01，但是激励源信号估计为00或11；实际发送的激励源信号为10，但是激励源信号估计为00或11；实际发送的激励源信号为11，但是激励源信号估计为01或10情况下的成对差错概率。其中a1＝hd+glcl(n)，
Figure BDA0002196081570000119
Q为Q函数。
此时，
Figure BDA00021960815700001110
的误码率可表示为：
Figure BDA00021960815700001111
当估计错误的比特数为2时，
Figure BDA00021960815700001112
的成对差错概率可计算为：
Figure BDA0002196081570000121
对应于实际发送的激励源信号为00，但是激励源信号估计为11；实际发送的激励源信号为01，但是激励源信号估计为10；实际发送的激励源信号为10，但是激励源信号估计为01；实际发送的激励源信号为11，但是激励源信号估计为00情况下标签信息的成对差错概率。
此时，
Figure BDA0002196081570000122
的误码率可表示为：
Figure BDA0002196081570000123
综上所得，与激励源信号相关的标签信息误码率为激励源信号估计错误的比特数分别为0、1、2各个情况下的标签信息的误码率之和，其表达式为
Figure BDA0002196081570000124
其中Pb,s为激励源信号的误码率。
(2)给定估计的标签信号
Figure BDA0002196081570000125
通过计算标签信息在估计正确和错误两种情况下的激励源信号误码率，得到与标签信息误码率相关的激励源信号误码率表达式；
具体的，和步骤(1)类似，分别分析所得的标签信号
Figure BDA0002196081570000126
估计正确和错误两种情况下的激励源信号
Figure BDA0002196081570000127
的误码率，其表达式为：
Pb,s＝(1-Pb,c)θs,1+Pb,cθs,2
其中，Pb,c为标签信号的误码率，θs,1为所得标签信息估计正确时的激励源信号的误码率，θs,2为所得标签信息估计错误时的激励源信号的误码率，其表达式如下：
Figure BDA0002196081570000128
Figure BDA0002196081570000129
Figure BDA0002196081570000131
Figure BDA0002196081570000132
Figure BDA0002196081570000133
(3)联合所得存在耦合关系的标签信息误码率表达式和激励源信号误码率表达式分别求得标签信息和激励源信号的误码率。
具体的，根据步骤(1)和(2)得到Pb,c和Pb,s表达式，可以看出此时标签信息和激励源信号是互相耦合的，故联合Pb,c与Pb,s的方程组，进一步计算得到两者闭式解如下：
Figure BDA0002196081570000134
Pb,c＝(θc,1+θc,3)Pb,s 2+2(θc,2-θc,1)Pb,s+θc,1
其中，
Figure BDA0002196081570000135
A0＝C2-3BD+12AE
A1＝2C3-9BCD+27B2E+27AD2-72ACE
Figure BDA0002196081570000136
A＝(θc,1+θc,3)(b1+4b2)
B＝2θc,1(b2-2b1-b3)+2θc,2(b1+b3)+2θc,3(b2-b1)
C＝θs,1(-θc,1-θc,3)+θc,1(6b1-4b2+b3)+4θc,2(-b1+b2)+θc,3b1
D＝θs,1(2θc,1-θc,3)+2θc,1(-2b1+b2)+2θc,2b1-1
E＝θs,1(1-θc,1)+θc,1b1
进一步地，分别计算激励源信号和标签信息的平均误码率作为激励源信号和标签信息的误码率，具体的，激励源信号的误码率为
Figure BDA0002196081570000137
标签信息的误码率为
Figure BDA0002196081570000141
通过本发明所提出的误码率计算方法，对于发送的标签信息未知的情况下仍然可以通过该方法求出系统中标签信息和激励源信号的误码率，适用范围更广。另外通过所得误码率计算公式能够直接分析出影响误码率的相关因素，方便对系统进行调参。
本发明提出了一种多天线背向散射标签的通信方法，多天线标签对入射的激励源信号和标签信息进行空间-背向散射联合调制，在每一时隙根据标签信息中的标签天线索引选择一根标签天线工作，避免了标签天线间的空间耦合问题，天线之间间距可小于源信号半波长，大大减小了多天线标签的尺寸，同时也避免了天线间需要精准的时间同步问题，大大降低了电路设计复杂度和成本。另外，本发明所提出的多天线背向散射标签的通信系统，由于不需要主动射频信号传输，保证了标签的低功耗特性，由于增加了天线索引作为信息调制单元，相对与单天线标签的通信系统大大提高了系统的频谱效率。最后基于多天线背向散射标签的通信系统，本发明还提出了一种计算阅读器恢复所得的标签信息和激励源信号误码率的方法，对于发送的标签信息未知的情况下仍然可以通过该方法求出系统中标签信息和激励源信号的误码率，适用范围更广。
本领域的技术人员容易理解，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 (6)

1.一种多天线背向散射标签的通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将激励源信号发送到多天线标签和阅读器上；
S2、在多天线标签上对入射的激励源信号和标签信息进行空间-背向散射联合调制，得到标签反射信号；具体为：
S21、根据多天线标签的天线数量和标签调制方式的调制阶数将标签信息比特分为天线索引序列和传输比特序列，并分别映射为空间星座点和信号星座点，完成对标签信息的空间调制；所述天线索引序列的比特数为log2(L)，所述传输比特序列的比特数为log2(Mmod)，其中，L为多天线标签的标签天线数量，Mmod为标签调制方式的调制阶数；每一个时隙多天线标签可传输比特数为log2(L)+log2(Mmod)；
S22、在每一个时隙，根据天线索引序列选取对应的标签天线对激励源信号进行背向散射调制，得到标签反射信号；
S3、阅读器接收标签反射信号和激励源信号的叠加信号，并通过对所述叠加信号进行联合信号检测分别恢复激励源信号和标签信息；具体为：通过计算在直射链路、背向散射链路信道信息条件下阅读器接收到的标签反射信号和激励源信号的叠加信号概率密度函数的极大似然估计从而完成对叠加信号进行联合信号检测；所述叠加信号概率密度函数表达式为：
Figure FDA0002956038410000011
其中，y(n)为阅读器接收到的标签反射信号和激励源信号的叠加信号，Ps为激励源信号的发射功率，
Figure FDA0002956038410000012
为激励源到阅读器的信道信息，s(n)为环境射频信号，G为等效背向散射信道，c(n)为标签天线上对标签信息进行空间调制后的信号。
2.根据权利要求1所述的多天线背向散射标签的通信方法，其特征在于，所述叠加信号的表达式如下：
Figure FDA0002956038410000021
其中，Ps为激励源信号的发射功率，
Figure FDA0002956038410000022
为激励源到阅读器的信道信息，M为阅读器的天线数量，s(n)为环境射频信号，G为等效背向散射信道，L为多天线标签的天线数量，c(n)为标签天线上对标签信息进行空间调制后的信号，w(n)为加性高斯白噪声。
3.根据权利要求1所述的多天线背向散射标签的通信方法，其特征在于，对叠加信号进行联合信号检测后恢复所得的标签信号
Figure FDA0002956038410000023
和激励源信号
Figure FDA0002956038410000024
的表达式为：
Figure FDA0002956038410000025
其中，y(n)为阅读器接收到的标签反射信号和激励源信号的叠加信号，Ps为激励源信号的发射功率，
Figure FDA0002956038410000026
为激励源到阅读器的信道信息，s(n)为环境射频信号，G为等效背向散射信道，c(n)为标签天线上对标签信息进行空间调制后的信号。
4.根据权利要求1所述的多天线背向散射标签的通信方法，其特征在于，计算阅读器上解调后标签信息和激励源信号各自误码率的方法，包括以下步骤：
(1)给定估计的激励源信号，通过计算激励源信号在估计正确和错误两种情况下的标签信息误码率，得到与激励源信号误码率相关的标签信息误码率表达式；
(2)给定估计的标签信息，通过计算标签信息在估计正确和错误两种情况下的激励源信号误码率，得到与标签信息误码率相关的激励源信号误码率表达式；
(3)联合所得存在耦合关系的标签信息误码率表达式和激励源信号误码率表达式分别求得标签信息和激励源信号的误码率。
5.根据权利要求4所述的多天线背向散射标签的通信方法，其特征在于，标签信息和激励源信号的误码率的具体表达式由激励源信号和标签信息的调制方式决定。
6.一种多天线背向散射标签的通信系统，包括：环境激励源、多天线标签和阅读器；
所述环境激励源、所述多天线标签以及所述阅读器处于同一空间中；
所述环境激励源用于发送激励源信号到多天线标签和阅读器上；
所述多天线标签用于接收激励源信号，并对入射的激励源信号和标签信息进行空间-背向散射联合调制，得到标签反射信号；具体为：
S21、根据多天线标签的天线数量和标签调制方式的调制阶数将标签信息比特分为天线索引序列和传输比特序列，并分别映射为空间星座点和信号星座点，完成对标签信息的空间调制；所述天线索引序列的比特数为log2(L)，所述传输比特序列的比特数为log2(Mmod)，其中，L为多天线标签的标签天线数量，Mmod为标签调制方式的调制阶数；每一个时隙多天线标签可传输比特数为log2(L)+log2(Mmod)；
S22、在每一个时隙，根据天线索引序列选取对应的标签天线对激励源信号进行背向散射调制，得到标签反射信号；
所述阅读器用于通过对接收到的激励源信号和标签反射信号的叠加信号进行联合信号检测从而恢复出激励源信号和标签信息；具体为：通过计算在直射链路、背向散射链路信道信息条件下阅读器接收到的标签反射信号和激励源信号的叠加信号概率密度函数的极大似然估计从而完成对叠加信号进行联合信号检测；所述叠加信号概率密度函数表达式为：
Figure FDA0002956038410000031
其中，y(n)为阅读器接收到的标签反射信号和激励源信号的叠加信号，Ps为激励源信号的发射功率，
Figure FDA0002956038410000032
为激励源到阅读器的信道信息，s(n)为环境射频信号，G为等效背向散射信道，c(n)为标签天线上对标签信息进行空间调制后的信号。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113315729A (zh) * 2020-02-27 2021-08-27 华为技术有限公司 一种通信方法及装置
CN113935449A (zh) * 2020-06-29 2022-01-14 太原理工大学 一种反向散射通信系统信号发送和接收方法
CN114080065B (zh) * 2020-08-10 2024-05-24 维沃移动通信有限公司 非连续发送方法、信号发送处理方法及相关设备
CN114611535A (zh) * 2020-12-07 2022-06-10 上海华为技术有限公司 一种射频识别方法及装置
CN113114393B (zh) * 2021-03-26 2022-04-22 华南理工大学 针对基于索引调制的环境反向散射通信在多接入信道下的低复杂度检测方法、读写器和系统
CN113194036B (zh) * 2021-03-31 2022-12-09 西安交通大学 一种用于多标签网络的路由方法、系统、设备及可读存储介质
CN113645577A (zh) * 2021-08-25 2021-11-12 国网浙江省电力有限公司双创中心 一种无线通信方法、装置、设备及可读存储介质
CN114024619B (zh) * 2021-10-26 2023-02-10 华中科技大学 一种基于脉冲间隔调制的背向散射通信方法、装置及系统
CN114900252B (zh) * 2022-04-22 2023-07-25 西安邮电大学 射频反射镜使能收发联合空间调制的接收信号检测方法
CN118074737A (zh) * 2022-11-24 2024-05-24 中兴通讯股份有限公司 反向散射通信方法、装置、设备和存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104935370A (zh) * 2015-06-17 2015-09-23 临沂大学 一种用于mimo通信系统空时联合调制传输方案
CN106921415A (zh) * 2017-03-09 2017-07-04 电子科技大学 一种用于环境反向散射通信系统的信号接收方法
CN107544054A (zh) * 2017-08-15 2018-01-05 西京学院 一种基于环境反向散射的室内定位方法和装置
CN108632186A (zh) * 2018-05-07 2018-10-09 浙江大学 基于mfsk调制的环境信号反向散射系统的数字信息检测方法
CN109379118A (zh) * 2018-12-06 2019-02-22 电子科技大学 一种新型的多输入多输出共生无线通信系统架构

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070126585A1 (en) * 2005-12-06 2007-06-07 Symbol Technologies, Inc. System integration of RFID and MIMO technologies
US8115637B2 (en) * 2008-06-03 2012-02-14 Micron Technology, Inc. Systems and methods to selectively connect antennas to receive and backscatter radio frequency signals
CN108736936B (zh) * 2018-05-18 2020-10-27 西安交通大学 一种多天线系统中抗窃听的索引调制正交频分复用传输方法
CN109286426B (zh) * 2018-09-25 2021-06-15 中国计量大学 一种无线携能协作预编码空间调制系统的传输方法
CN109831786B (zh) * 2019-01-29 2020-09-08 华中科技大学 一种基于背向散射天线阵列的无线通信方法和系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104935370A (zh) * 2015-06-17 2015-09-23 临沂大学 一种用于mimo通信系统空时联合调制传输方案
CN106921415A (zh) * 2017-03-09 2017-07-04 电子科技大学 一种用于环境反向散射通信系统的信号接收方法
CN107544054A (zh) * 2017-08-15 2018-01-05 西京学院 一种基于环境反向散射的室内定位方法和装置
CN108632186A (zh) * 2018-05-07 2018-10-09 浙江大学 基于mfsk调制的环境信号反向散射系统的数字信息检测方法
CN109379118A (zh) * 2018-12-06 2019-02-22 电子科技大学 一种新型的多输入多输出共生无线通信系统架构

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Multi-Antenna Directional Backscatter Tags;Vivek Mangal，等;《2018 48th European Microwave Conference (EuMC)》;20181231;第174-177 *

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