CN111010197A - 一种基于极化码的背向散射通信方法、装置及系统 - Google Patents

一种基于极化码的背向散射通信方法、装置及系统 Download PDF

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CN111010197A CN201911267694.4A CN201911267694A CN111010197A CN 111010197 A CN111010197 A CN 111010197A CN 201911267694 A CN201911267694 A CN 201911267694A CN 111010197 A CN111010197 A CN 111010197A
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Abstract

本发明公开了一种基于极化码的背向散射通信方法、装置及系统，包括：在码率探测阶段，背向散射标签对添加了循环冗余校验比特的待发送信息进行初始极化编码和背向散射调制后发生到阅读器；阅读器对接收到的信息进行解调和极化码译码，并将所得冻结比特误码率反馈给背向散射标签；在冗余补充阶段，背向散射标签根据所得冻结比特误码率重新选择码率，进行极化码编码后发送至阅读器；阅读器对接收到的信息进行解调后计算对数似然比，对合并所得的两阶段的对数似然比进行信息比特判决后，对判决结果进行循环冗余校验，若校验通过，判决结果即为所求，信息传输完成，从而能够在任意信道条件下，同时保障传输可靠性和码率最优，大大增长了通信距离。

Description

一种基于极化码的背向散射通信方法、装置及系统
技术领域
本发明属于无线通信领域，更具体地，涉及一种基于极化码的背向散射通信方法、装置及系统。
背景技术
最近几年，背向散射通信已经被广泛应用到低功耗的物联网场景中。不同于传统的通信技术，无源背向散射不需要高功耗的射频器件(如混频器、放大器等)，通过反射环境中的无线信号携带自身的数据，因此大幅度的降低了功率消耗以及硬件成本，并可以被制作成微小的体积，基于以上优势，无源背向散射已经成为了最具竞争力的物联网(Internetof things，IoT)解决方案之一。
现有的背向散射通信方法通过调节天线阻抗控制电磁的反射与吸收，从而实现对数据的调制，由于缺少功率放大器，无源背向散射通信的信号被反射后会经历极高的衰减，从而降低了数据传输的可靠性，通信距离较短，一般在几十米，无法满足如智慧城市、精准农业等广域物联网通信的需求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于极化码的背向散射通信方法、装置及系统，其目的在于解决现有技术由于背向散射信号传输衰减大而导致的通信距离较短的技术问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于极化码的背向散射通信方法，包括以下步骤：
(1)在码率探测阶段：
背向散射标签：
对待发送的信息添加循环冗余校验比特；
基于待发送信息的初始编码码率，分别提取待发送信息中信息比特和冻结比特所对应的极化码生成矩阵中子矩阵，并基于所得子矩阵，逐一对添加循环冗余校验比特后的信息进行极化码编码；
对所得极化码进行背向散射调制形成发送信号后，发送给阅读器；
阅读器：
对接收到的信号进行解调得到接收比特；
计算接收比特的对数似然比，并基于该对数似然比对该接收比特进行极化码译码；
统计极化码译码后比特数据中的冻结比特个数和标记错误的比特个数，得到极化码的冻结比特误码率，并将该冻结比特误码率反馈给背向散射标签。
(2)在冗余补充阶段
背向散射标签：
根据接收到的冻结比特的误码率，选择相应的编码码率；
基于该编码码率，分别提取待发送信息中信息比特和冻结比特所对应的极化码生成矩阵中子矩阵，并基于所得子矩阵，逐一对添加极化码冗余比特后的信息进行极化码编码；
对所得极化码进行背向散射调制，并发送给阅读器；
阅读器：
对接收到的信号进行解调得到接收比特；
计算接收比特的对数似然比，合并当前所得对数似然比与码率探测阶段所得的对数似然比，进行信息比特判决得到极化码译码信息；
对所得极化码译码信息进行循环冗余校验，若校验通过，则所得极化码译码信息即为所求，完成一次通信，否则，统计所得极化码译码信息中的冻结比特个数和标记错误的比特个数，得到极化码的冻结比特误码率，并将冻结比特的误码率反馈给背向散射标签，重复步骤(2)。
进一步优选地，极化码编码的方法包括以下步骤：
S1、根据编码码率，分别得到待发送信息中信息比特和冻结比特的位置集合；
S2、以信息比特位置集合中的各位置分别作为行坐标和列坐标，基于矩阵结构的相似性，提取极化码生成矩阵中的元素，构成信息比特生成矩阵；
S3、以信息比特位置集合中的各位置为行坐标，以冻结比特的位置集合中的各位置为列坐标，基于矩阵结构的相似性，提取极化码生成矩阵中的元素，构成冻结比特生成矩阵；
S4、逐一提取信息比特生成矩阵的每一行，并将其与各信息比特所构成的信息比特矢量相乘，得到临时矢量；
S5、逐一提取冻结比特生成矩阵的每一行，并将其与所得临时矢量相乘，从而完成极化码编码。
通过提取极化码生成矩阵中的各子矩阵，并逐行进行编码操作，从而大大节省了背向散射节点的存储开销。
进一步优选地，基于矩阵结构的相似性提取极化码生成矩阵中第i行第j列的元素的方法，包括以下步骤：
1)将极化码生成矩阵均匀划分为左上部分、右上部分、左下部分、右下部分共四等分，分别表示为“00”、“01”、“10”、“11”，其中，左上部分与右上部分和左下部分分别关于极化码生成矩阵的纵向和横向中心线对称，右下部分与左下部分和右上部分分别关于极化码生成矩阵的纵向和横向中心线对称；
2)将行索引i和列索引j表示成二进制的形式，从左向右依次将行索引和列索引按位进行组合，并使行索引的位在前，列索引的位在后，若各所得组合数据中存在数据“01”，则极化码生成矩阵中第i行第j列的元素为0；否则，极化码生成矩阵中第i行第j列的元素为1；
其中，0≤i<M,0≤j<N，M为极化码生成矩阵的行数，N为极化码生成矩阵的列数。
进一步优选地，第i个接收比特的对数似然比为：
Figure BDA0002313329560000041
其中，
Figure BDA0002313329560000042
为第i个接收比特被解调后的第j个FFT分支，P为接收到信号功率，nj为在第j个FFT分支处的高斯白噪声，
Figure BDA0002313329560000043
s′i是幅值最大的FFT分支所对应的横坐标，s′i表示为
Figure BDA0002313329560000044
si为环境中主动节点发送信息比特0时幅值最大的FFT分支所对应的横坐标，mod为取余数运算，N＝2SF，SF为扩频因子数，σ为加性噪声的标准差。
进一步优选地，在码率探测阶段，阅读器基于对数似然比对该接收比特进行BP极化码译码；
在冗余补充阶段，阅读器将当前所得对数似然比与码率探测阶段所得的对数似然比进行合并，得到
Figure BDA0002313329560000045
其中，t表示传输阶段，t为1表示为码率探测阶段，Lq[t]为码率探测阶段的对数似然比，t大于1表示为冗余补充阶段，Lq[t]为冗余补充阶段的对数似然比，T＝2。然后根据合并后的对数似然比执行信息比特判决得到极化码译码信息，当
Figure BDA0002313329560000046
时，极化码译码信息为0，否则，极化码译码信息为1。
第二方面，本发明提供了一种背向散射标签，包括：循环冗余校验编码模块、极化码编码模块、背向散射调制模块；
循环冗余校验编码模块用于在码率探测阶段，对待发送的信息添加循环冗余校验比特；
极化码编码模块用于：
在码率探测阶段，基于待发送信息的初始编码码率，分别提取待发送信息中信息比特和冻结比特所对应的极化码生成矩阵中子矩阵，并基于所得子矩阵，逐一对添加循环冗余校验比特后的信息进行极化码编码；
在冗余补充阶段，根据接收到的冻结比特的误码率，选择相应的编码码率；基于该编码码率，分别提取待发送信息中信息比特和冻结比特所对应的极化码生成矩阵子矩阵，并基于所得子矩阵，逐一对添加极化码冗余比特后的信息进行极化码编码；
背向散射调制模块用于对所得极化码进行背向散射调制，并发送给阅读器。
第三方面，本发明提供了一种阅读器，包括：背向散射解调模块、极化码译码模块、冻结比特误码率计算模块、循环冗余校验模块；
背向散射解调模块用于对接收到的信号进行解调得到接收比特；
极化码译码模块用于：
在码率探测阶段，计算接收比特的对数似然比，并基于该对数似然比对该接收比特进行极化码译码；
在冗余补充阶段，计算接收比特的对数似然比，合并当前所得对数似然比与码率探测阶段所得的对数似然比，进行信息比特判决得到极化码译码信息；
冻结比特误码率计算模块用于统计所得极化码译码信息中的冻结比特个数和标记错误的比特个数，得到极化码的冻结比特误码率，并反馈给背向散射标签；
循环冗余校验模块用于在冗余补充阶段，对所得极化码译码信息进行循环冗余校验，若校验通过，则所得极化码译码信息即为所求，完成一次通信。
第四方面，本发明提供了一种基于极化码的背向散射通信系统，包括：本发明第二方面所提供的背向散射标签和本发明第三方面所提供的阅读器。
总体而言，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、本发明提出了一种基于极化码的背向散射通信方法，通过两个阶段的极化编码，根据在码率探测阶段所得的冻结比特的误码率来确定冗余补充阶段的编码码率，不需要准确的信道估计，通过将原来的信道极化成高可靠虚拟信道以及低可靠的虚拟信道，并将待发送信息比特分配到高可靠的虚拟信道，从而能够在任意信道条件下，保障码率最优，即便在长距离背向散射通信中，也能够提供可靠数据传输链路，进而显著提升了包接收率和吞吐率，大大增长了通信距离。
2、本发明提出了一种极化码编码方法，通过利用编码矩阵的相似特性迭代生成编码矩阵的每个元素，并基于编码码率分别提取待发送信息中信息比特和冻结比特所对应的极化码生成矩阵中子矩阵，并基于所得子矩阵逐一对信息进行极化码编码，大幅度降低了编码复杂度以及编码矩阵存储开销，能够直接应用到低功耗、低成本的背向散射标签中。
3、在本发明所提出的基于极化码的背向散射通信方法中，对待发送信息进行极化编码所得的极化码的纠错性能十分优异，具备编译码复杂度低、工程实现简单等优点，可以保障背向散射通信的传输可靠性，从而提升通信距离及吞吐率。
4、本发明所提出的基于极化码的背向散射通信方法，通过对待发送的信息添加循环冗余校验比特，并在冗余补充阶段对所得极化码译码信息进行循环冗余校验，可以保障数据传输的可靠性。
5、本发明所提供的基于极化码的背向散射通信方法，不需要更改背向散射的硬件和通信协议，可以兼容于现有的背向散射通信系统。
附图说明
图1是本发明所提供的一种基于极化码的背向散射通信方法流程图；
图2是本发明实施例所提供的码长为8时的极化码生成矩阵；
图3是采用本发明所提供的背向散射通信方法所得的背向散射通信距离-吞吐量曲线图。
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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于极化码的背向散射通信方法，如图1所示，包括以下步骤：
(1)在码率探测阶段：
背向散射标签：
对待发送的信息添加循环冗余校验比特；
基于待发送信息的初始编码码率，分别提取待发送信息中信息比特和冻结比特所对应的极化码生成矩阵中子矩阵，并基于所得子矩阵，逐一对添加循环冗余校验比特后的信息进行极化码编码；
具体地，为了降低编码复杂度及编码矩阵存储开销，上述进行极化码编码的方法包括以下步骤：
S1、根据待发送信息的编码码率，分别得到对待发送信息中信息比特和冻结比特的位置集合；优选地，在码率探测阶段，待发送信息的初始编码码率为低码率，本实施例中取值为3/4；
S2、以信息比特位置集合中的各位置分别作为行坐标和列坐标，基于矩阵结构的相似性提取极化码生成矩阵中的元素，构成信息比特生成矩阵GA；
具体地，极化码生成矩阵可以表示为
Figure BDA0002313329560000081
F矩阵被成为核矩阵，
Figure BDA0002313329560000082
表示为矩阵F的n次克罗内克积。由于，当极化码生成矩阵的维度较大时，如果直接读取极化码生成矩阵某一行某一列的元素，比较困难，也很耗时。通过对极化码生成矩阵的结构进行分析，发现其结果存在一定的相似性，如图2所示，为码长为8时的极化码生成矩阵，从图中可以看出，若将极化码生成矩阵均匀划分为左上部分、右上部分、左下部分、右下部分共四等分，其中，矩阵左上部分与右上部分和左下部分分别关于极化码生成矩阵的纵向和横向中心线对称，右下部分与左下部分和右上部分分别关于极化码生成矩阵的纵向和横向中心线对称，则可以看出右上部分的元素值均为0。若继续对不为0的左上部分、左下部分和右下部分按照同样的方法继续划分，所得所以子划分结果的右上部分的元素值还是全部为0。故极化码生成矩阵在结构存在一定的相似性。基于矩阵结构的相似性提取极化码生成矩阵中第i行第j列的元素的方法，包括以下步骤：
基于矩阵结构的相似性提取极化码生成矩阵中第i行第j列的元素的方法，包括以下步骤：
1)将极化码生成矩阵均匀划分为左上部分、右上部分、左下部分、右下部分共四等分，分别表示为“00”、“01”、“10”、“11”，其中，矩阵左上部分与右上部分和左下部分分别关于极化码生成矩阵的纵向和横向中心线对称，右下部分与左下部分和右上部分分别关于极化码生成矩阵的纵向和横向中心线对称；
2)将行索引i和列索引j表示成二进制的形式，从左向右依次将行索引和列索引按位进行组合，并使行索引的位在前，列索引的位在后，若各所得组合数据中存在数据“01”，则极化码生成矩阵中第i行第j列的元素为0；否则，极化码生成矩阵中第i行中第j列的元素为1；
其中，行索引0≤i<M,0≤j<N，M为极化码生成矩阵的行数，N为极化码生成矩阵的列数；
具体地，如图2所示展示了码长为8时的极化码生成矩阵的划分方法，此时极化码生成矩阵的行数和列数均为8，将极化码生成矩阵均匀划分为右上部分、左上部分、左下部分、右下部分共四等分，分别表示为“00”、“01”、“10”、“11”，当提取极化码生成矩阵中行索引为7和列索引为4的元素时，将行索引和列索引分别表示成二进制的形式111和100，从左向右依次将行索引和列索引按位进行组合得到“11”、“10”、“10”，依次判断所得“11”、“10”、“10”是否与“01”相等，发现均不相等，故提取到的极化码生成矩阵中行索引为7和列索引为4的数据为1，上述方法所得的结果与直接从极化码生成矩阵中读取到的结果相等，能够准确的读取到极化码生成矩阵中的各个元素，但是操作实施起来更加方便，更加省时；
S3、以信息比特位置集合中的各位置为行坐标，以冻结比特的位置集合中的各位置为列坐标，基于矩阵结构的相似性提取极化码生成矩阵中的元素，构成冻结比特生成矩阵GAB；
S4、逐一提取信息比特生成矩阵GA的每一行，并将其与各信息比特所构成的信息比特矢量x相乘，得到临时矢量xA；
为了降低编码复杂度及编码矩阵存储开销，首先提取出子矩阵GA的第一行并存到内存中，然后与发送信息比特矢量x相乘后到临时矢量xA中的第一个元素，然后释放掉用于存储第一行的内存，再提取出子矩阵GA的第一行并存到内存中，与发送信息比特矢量x相乘后到临时矢量xA中的第二元素。以此类推，求出临时矢量xA中的每个元素；
S5、逐一提取冻结比特生成矩阵GAB的每一行，并将其与所得临时矢量xA相乘，从而完成极化码编码。
具体地，首先提取出子矩阵GAB的第一行并存到内存中，然后与临时矢量xA相乘后得到冗余比特矢量xr的第一个元素，然后释放掉用于存储第一行的内存，再提取出子矩阵GAB的第一行并存到内存中，与发送信息比特矢量xA相乘后到临时矢量xr中的第二元素。以此类推，求出临时矢量xA中的每个元素。
对所得极化码进行背向散射调制形成发送信号后，发送给阅读器；
阅读器：
对接收到的信号进行解调得到接收比特；
计算接收比特的对数似然比，并基于该对数似然比对该接收比特进行极化码译码；优选地，阅读器基于该对数似然比对该接收比特进行BP极化码译码；
具体地，阅读器对接收到信号进行解调，对于第i个接收比特解调后信号的第j个FFT分支为
Figure BDA0002313329560000101
其中，P为接收到信号功率，nj为在解调后信号的第j个FFT分支处的高斯白噪声，
Figure BDA0002313329560000102
s′i是是幅值最大的FFT分支所对应的横坐标。具体地，s′i表示为
Figure BDA0002313329560000103
si为环境中主动节点发送信息比特0时幅值最大的FFT分支所对应的横坐标，mod为取余数运算。N＝2SF，SF为扩频因子数，σ为加性噪声的标准差；
将第i个接收比特解调后信号的FFT分支表示为矢量的形式
Figure BDA0002313329560000104
第i个接收比特判决为0的信道转移概率为
Figure BDA0002313329560000105
第i个接收比特判决为1的信道转移概率为
Figure BDA0002313329560000111
其中|*|表示取模运算，故第i个接收比特的对数似然比为：
Figure BDA0002313329560000112
为了降低解调信号频谱泄露对接收比特的对数似然比的计算误差，首先获取发送比特1处频谱泄露的区域近似为
Figure BDA0002313329560000113
的FFT分支，然后对三个FFT分支的能量进行求和，得到
Figure BDA0002313329560000114
根据上述能量和，计算第i个接收比特的对数似然比近似计算为
Figure BDA0002313329560000115
统计极化码译码后比特数据中的冻结比特个数和标记错误的比特个数，得到极化码的冻结比特误码率，并将该冻结比特误码率反馈给背向散射标签；
具体地，统计极化码译码后比特数据中的冻结比特个数为nF，标记错误的比特个数为nerror，得到极化码的冻结比特误码率为
Figure BDA0002313329560000116
(2)在冗余补充阶段
背向散射标签：
根据接收到的冻结比特的误码率，选择相应的编码码率；具体地，接收到的冻结比特的误码率越高，信道越差，选择的编码码率越低，反之越高。
本实施例中，利用实验的方法刻画冻结比特误码率与第二阶段编码码率的映射关系。通过反复试验，统计不同冻结比特误码率的下被正确解码的最小码率。实验证明在不同的码长下冻结比特误码率与第二阶段编码码率的映射关系是相同的。第二阶段在冻结比特误码率为0.1至0.3,0.3至0.5，0.5至0.7，0.7至1时编码码率分别为2/3，1/2，1/4，1/8。
基于该编码码率，分别提取待发送信息中信息比特和冻结比特所对应的极化码生成矩阵中子矩阵，并基于所得子矩阵，逐一对添加极化码冗余比特后的信息进行极化码编码；具体地，采用与码率探测阶段中进行极化码编码相同的方法进行极化码编码，此时发送的信息的编码码率为上述所得编码码率；具体地，上述极化码冗余比特通过对信息比特进行异或操作得到。
对所得极化码进行背向散射调制，并发送给阅读器；
阅读器：
对接收到的信号进行解调得到接收比特；
计算接收比特的对数似然比，合并当前所得对数似然比与码率探测阶段所得的对数似然比，进行信息比特判决得到极化码译码信息；
具体地，将在冗余补充阶段所得的对数似然比与码率探测阶段所得的对数似然比进行合并，得到第q个信息比特的对数似然比为
Figure BDA0002313329560000121
其中，t表示传输阶段，t为1表示为码率探测阶段，t大于1表示为冗余补充阶段。然后对合并的信息比特的对数似然比进行信息比特判决，当
Figure BDA0002313329560000122
时，第q个极化码译码信息为0，否者，第q个极化码译码信息为1。
对所得极化码译码信息进行循环冗余校验，若校验通过，则所得极化码译码信息即为所求，完成一次通信，否则，统计所得极化码译码信息中的冻结比特个数和标记错误的比特个数，得到极化码的冻结比特误码率，并将冻结比特的误码率反馈给背向散射标签，重复步骤(2)。
为了证明本发明所提出的基于极化码的背向散射通信方法的性能，设置背向散射源信号的发送功率为100mW，背向散射信号的带宽为250kHz，如图3所示为采用本发明所提供的背向散射通信方法得到通信距离与吞吐量之间的关系。从图中可以看出，吞吐量随着通信距离逐渐下降，然而当通信距离为2000米时，背向散射标签仍然可以进行数据的传输，以此验证了本发明中的背向散射通信的方法和装置的有效性。
第二方面，本发明提供了一种背向散射标签，包括：循环冗余校验编码模块、极化码编码模块、背向散射调制模块；
循环冗余校验编码模块用于在码率探测阶段，对待发送的信息添加循环冗余校验比特；
极化码编码模块用于：
在码率探测阶段，基于待发送信息的初始编码码率，分别提取待发送信息中信息比特和冻结比特所对应的极化码生成矩阵中子矩阵，并基于所得子矩阵，逐一对添加循环冗余校验比特后的信息进行极化码编码；
在冗余补充阶段，根据接收到的冻结比特的误码率，选择相应的编码码率；基于该编码码率，分别提取待发送信息中信息比特和冻结比特所对应的极化码生成矩阵子矩阵，并基于所得子矩阵，逐一对添加极化码冗余比特后的信息进行极化码编码；
背向散射调制模块用于对所得极化码进行背向散射调制，并发送给阅读器。
第三方面，本发明提供了一种阅读器，包括：背向散射解调模块、极化码译码模块、冻结比特误码率计算模块、循环冗余校验模块；
背向散射解调模块用于对接收到的信号进行解调得到接收比特；
极化码译码模块用于：
在码率探测阶段，计算接收比特的对数似然比，并基于该对数似然比对该接收比特进行极化码译码；
在冗余补充阶段，计算接收比特的对数似然比，合并当前所得对数似然比与码率探测阶段所得的对数似然比，进行信息比特判决得到极化码译码信息；
冻结比特误码率计算模块用于统计所得极化码译码信息中的冻结比特个数和标记错误的比特个数，得到极化码的冻结比特误码率，并反馈给背向散射标签；
循环冗余校验模块用于在冗余补充阶段，对所得极化码译码信息进行循环冗余校验，若校验通过，则所得极化码译码信息即为所求，完成一次通信。
第四方面，本发明提供了一种基于极化码的背向散射通信系统，包括：本发明第二方面所提供的背向散射标签和本发明第三方面所提供的阅读器。
综上所述，本发明提出了一种基于极化码的背向散射通信方法、装置及系统，通过两个阶段的极化编码，根据在码率探测阶段所得的冻结比特的误码率来确定冗余补充阶段的编码码率，不需要准确的信道估计，将待发送数据分配到高可靠的虚拟信道，能够在任意信道条件下，保障码率最优，即便在长距离背向散射通信中，也能够提供可靠数据传输链路，从而显著提升了包接收率和吞吐率，大大增长了通信距离。
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 (8)

1.一种基于极化码的背向散射通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在码率探测阶段：
背向散射标签：
对待发送的信息添加循环冗余校验比特；
基于待发送信息的初始编码码率，分别提取待发送信息中信息比特和冻结比特所对应的极化码生成矩阵中子矩阵，并基于所得子矩阵，逐一对添加循环冗余校验比特后的信息进行极化码编码；
对所得极化码进行背向散射调制形成发送信号后，发送给阅读器；
阅读器：
对接收到的信号进行解调得到接收比特；
计算接收比特的对数似然比，并基于该对数似然比对该接收比特进行极化码译码；
统计极化码译码后比特数据中的冻结比特个数和标记错误的比特个数，得到极化码的冻结比特误码率，并将该冻结比特误码率反馈给背向散射标签；
(2)在冗余补充阶段
背向散射标签：
根据接收到的冻结比特的误码率，选择相应的编码码率；
基于该编码码率，分别提取待发送信息中信息比特和冻结比特所对应的极化码生成矩阵中子矩阵，并基于所得子矩阵，逐一对添加极化码冗余比特后的信息进行极化码编码；
对所得极化码进行背向散射调制，并发送给阅读器；
阅读器：
对接收到的信号进行解调得到接收比特；
计算接收比特的对数似然比，合并当前所得对数似然比与码率探测阶段所得的对数似然比，进行信息比特判决得到极化码译码信息；
对所得极化码译码信息进行循环冗余校验，若校验通过，则所得极化码译码信息即为所求，完成一次通信，否则，统计所得极化码译码信息中的冻结比特个数和标记错误的比特个数，得到极化码的冻结比特误码率，并将冻结比特的误码率反馈给背向散射标签，重复步骤(2)。
2.根据权利要求1所述的基于极化码的背向散射通信方法，其特征在于，极化码编码的方法包括以下步骤：
S1、根据编码码率，分别得到待发送信息中信息比特和冻结比特的位置集合；
S2、以信息比特位置集合中的各位置分别作为行坐标和列坐标，基于矩阵结构的相似性，提取极化码生成矩阵中的元素，构成信息比特生成矩阵；
S3、以信息比特位置集合中的各位置为行坐标，以冻结比特的位置集合中的各位置为列坐标，基于矩阵结构的相似性，提取极化码生成矩阵中的元素，构成冻结比特生成矩阵；
S4、逐一提取信息比特生成矩阵的每一行，并将其与各信息比特所构成的信息比特矢量相乘，得到临时矢量；
S5、逐一提取冻结比特生成矩阵的每一行，并将其与所得临时矢量相乘，从而完成极化码编码。
3.根据权利要求2所述的基于极化码的背向散射通信方法，其特征在于，基于矩阵结构的相似性提取极化码生成矩阵中第i行中第j列的元素的方法，包括以下步骤：
1)将极化码生成矩阵均匀划分为左上部分、右上部分、左下部分、右下部分共四等分，分别表示为“00”、“01”、“10”、“11”，其中，左上部分与右上部分和左下部分分别关于极化码生成矩阵的纵向和横向中心线对称，右下部分与左下部分和右上部分分别关于极化码生成矩阵的纵向和横向中心线对称；
2)将行索引i和列索引j表示成二进制的形式，从左向右依次将行索引和列索引按位进行组合，并使行索引的位在前，列索引的位在后，若各所得组合数据中存在数据“01”，则极化码生成矩阵中第i行中第j列的元素为0；否则，极化码生成矩阵中第i行中第j列的元素为1；
其中，0≤i<M,0≤j<N，M为极化码生成矩阵的行数，N为极化码生成矩阵的列数。
4.根据权利要求1所述的基于极化码的背向散射通信方法，其特征在于，第i个接收比特的对数似然比为：
Figure FDA0002313329550000031
其中，
Figure FDA0002313329550000032
为第i个接收比特被解调后的第j个FFT分支，P为接收到信号功率，nj为在第j个FFT分支处的高斯白噪声，
Figure FDA0002313329550000033
s′i是幅值最大的FFT分支所对应的横坐标，s′i表示为
Figure FDA0002313329550000034
si为环境中主动节点发送信息比特0时幅值最大的FFT分支所对应的横坐标，mod为取余数运算，N＝2SF，SF为扩频因子数，σ为加性噪声的标准差。
5.根据权利要求1所述的基于极化码的背向散射通信方法，其特征在于，在码率探测阶段，阅读器基于对数似然比对该接收比特进行BP极化码译码；
在冗余补充阶段，阅读器将当前所得对数似然比与码率探测阶段所得的对数似然比进行合并，得到
Figure FDA0002313329550000041
其中，t表示传输阶段，t为1表示为码率探测阶段，Lq[t]为码率探测阶段的对数似然比，t大于1表示为冗余补充阶段，Lq[t]为冗余补充阶段的对数似然比，T＝2。然后根据合并后的对数似然比执行信息比特判决得到极化码译码信息，当
Figure FDA0002313329550000042
时，极化码译码信息为0，否则，极化码译码信息为1。
6.一种背向散射标签，其特征在于，包括：循环冗余校验编码模块、极化码编码模块、背向散射调制模块；
所述循环冗余校验编码模块用于在码率探测阶段，对待发送的信息添加循环冗余校验比特；
所述极化码编码模块用于：
在码率探测阶段，基于待发送信息的初始编码码率，分别提取待发送信息中信息比特和冻结比特所对应的极化码生成矩阵中子矩阵，并基于所得子矩阵，逐一对添加循环冗余校验比特后的信息进行极化码编码；
在冗余补充阶段，根据接收到的冻结比特的误码率，选择相应的编码码率；基于该编码码率，分别提取待发送信息中信息比特和冻结比特所对应的极化码生成矩阵子矩阵，并基于所得子矩阵，逐一对添加极化码冗余比特后的信息进行极化码编码；
所述背向散射调制模块用于对所得极化码进行背向散射调制，并发送给阅读器。
7.一种阅读器，其特征在于，包括：背向散射解调模块、极化码译码模块、冻结比特误码率计算模块、循环冗余校验模块；
所述背向散射解调模块用于对接收到的信号进行解调得到接收比特；
所述极化码译码模块用于：
在码率探测阶段，计算接收比特的对数似然比，并基于该对数似然比对该接收比特进行极化码译码；
在冗余补充阶段，计算接收比特的对数似然比，合并当前所得对数似然比与码率探测阶段所得的对数似然比，进行信息比特判决得到极化码译码信息；
所述冻结比特误码率计算模块用于统计所得极化码译码信息中的冻结比特个数和标记错误的比特个数，得到极化码的冻结比特误码率，并反馈给背向散射标签；
所述循环冗余校验模块用于在冗余补充阶段，对所得极化码译码信息进行循环冗余校验，若校验通过，则所得极化码译码信息即为所求，完成一次通信。
8.一种基于极化码的背向散射通信系统，其特征在于，包括：权利要求6所述的背向散射标签和权利要求7所述的阅读器。
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