CN113965893A - 一种蓝牙反向散射的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蓝牙反向散射的方法，包括：射频源发射载波信号；吸收载波信号的能量，并存储于电容中，当电容的电压大于等于预设值时，则唤醒标签，以电容作为电源，标签产生的方波信号与载波信号进行混频后形成反射信号，其中，反射信号的基波落在正确的蓝牙广播信号上，该方法中标签本身不需要电池。

Description

一种蓝牙反向散射的方法
技术领域
本发明属于射频技术领域，涉及一种蓝牙反向散射的方法。
背景技术
当下物联网(IoT)应用发展迅速，“低功耗”作为其中的一项重要指标越来越被得到重视。蓝牙作为智能手机普遍搭载的通信协议，有着极高的普及率，因此如果新设备兼容蓝牙协议，将会极大减小接收机的成本，更容易被接入市场。但是传统蓝牙需要设备产生2.4GHz的信号，功耗仍然较高，因此反向散射技术(Backscatter)凭借其超低功耗的特性，极大有可能成为物联网设备用来通信的核心技术。同时，从提高维护性，以及加强环保来考虑，该利用反向散射技术的标签应该是无电池的，射频源不光提供反向散射需要的载波，同时也提供能量。
目前，有一些利用反向散射产生蓝牙信号的方法。如申请号201780008073.7的专利申请包含单边带操作的实例的反向散射装置，其中提到利用单频率射频源，在标签本地产生FSK蓝牙信号的方法。该方法由于需要在本地产生基带信号，标签仍然需要保留处理单元，功耗较大，没有实现无电池特性。如申请号201911102141.3的专利提出无源backscatter长距离通信系统，实现了无电池通信，但由于采用了大电容，充电时间长达20分钟，反应不够灵敏。如申请号202011265651.5的专利通过蓝牙反向散射来进行定位的方法，使用单频射频源作为载波，标签本地仍要承担信息处理，仍然需要纽扣电池。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种蓝牙反向散射的方法，该方法中标签本身不需要电池。
为达到上述目的，本发明所述的蓝牙反向散射的方法，包括：
射频源发射载波信号；
吸收载波信号的能量，并存储于电容中，当电容的电压大于等于预设值时，则唤醒标签，以电容作为电源，标签产生的方波信号与载波信号进行混频后形成反射信号，其中，反射信号的基波落在正确的蓝牙广播信号上。
所述标签包括振荡电路及射频开关，当标签被唤醒后，振荡电路启动，振荡电路产生的正弦信号经射频开关后变为方波信号，所述方波信号与载波信号进行混频，形成反射信号，使得反射信号的基波落在正确的蓝牙广播信道上。
当电容的电压小于预设值时，则标签休眠。
标签的数目为多个。
不同标签之间通过内部设置的振荡频率不同来进行区分。
仅有与照射源当前偏移频率一致的标签能够反向散射标准蓝牙BLE信号。
反射信号为：
Figure BDA0003288388090000021
其中，Sout为反射信号，Sin为射频源信号，ΓT为反射系数。
所述载波信号为正常蓝牙BLE广播信号频率偏移后的伪蓝牙BLE广播信号。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的蓝牙反向散射的方法在具体操作时，通过吸收载波信号的能量，并存储于电容中，当电容的电压大于等于预设值时，则唤醒标签，以电容作为电源，使得标签产生方波信号，避免在标签处使用电池，并将标签处理信息的功能转移至射频源，标签仅负责信号的频移。需要说明的是，本发明具有无电池的特性，不需要定期更换电池，可维护性强，较为环保，同时因为整体功耗低，选取小电容储能即可实现较快的唤醒速度。另外，标签仅需要产生稳定的单一频率信号，不涉及频率的切换，具有较高的稳定性。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明中各装置的示意图；
图3为蓝牙BLE广播数据包结构图；
图4为射频源信号经过标签频移后落在正确蓝牙广播信道的示意图；
图5为多标签的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
参考图1至图4，本发明所述的蓝牙反向散射的方法包括以下步骤：
1)射频源发射变化的载波信号，所述载波信号为正常蓝牙BLE广播信号频率偏移后的伪蓝牙BLE广播信号，例如，蓝牙广播频道为CH37,中心频率为2402MHz，此时标签1频率偏移为5MHz,则射频源对应的发射中心频率为2407MHz的FSK信号，并且FSK对应的0，1比特完全符合图3所述蓝牙BLE广播数据包结构。
2)通过吸收载波信号的能量，并存储于电容中，当电容中的电压超过预设值时，则启动标签，以电容为电源，使得标签产生方波信号，
具体的，通过能量管理模块实现管理标签工作状态的作用，在充电过程中，标签被关闭。当电容的电压大于等于预设值时，则进入放电过程，并唤醒标签，启动标签内部的振荡电路以及RF Switch(射频开关),振荡电路的输出端与射频开关的控制端相连接，为标签稳定性考虑，当电容的电压小于预设值后，则关闭标签，进行下一次周期，对于能量收集管理模块，周期循环执行充电、放电操作。对于标签来说，周期包含被唤醒、工作、休眠三个步骤。
3)标签反向散射；
根据载波信号的偏移频率，当标签开启时，则标签反向散射出正确的蓝牙BLE广播信号，其中，振荡电路产生的正弦信号，通过驱动RF Switch来进行阻抗的变化；
Figure BDA0003288388090000051
其中，Sout为反射信号，Sin为射频源信号，ΓT为反射系数，阻抗的变化会造成反射系数变化，直观上来看，标签内部产生的方波信号将射频源的载波信号进行频率搬移，将原本不在正确蓝牙广播信道的信号搬移回正确信道。振荡电路产生的是正弦信号，再经过RF Switch后实际上是以方波的形式与载波信号进行混频，使反射信号的基波落在正确蓝牙广播信道上，该反射信号即可被手机等兼容蓝牙BLE协议设备正常解调接收。
其中，标签的数目为多个，且不同标签之间通过内部设置的振荡频率不同来进行区分，只有与照射源当前偏移频率一致的标签才能反向散射标准蓝牙BLE信号，其余标签反射信号由于偏移频率不一致，反射信号无法正确落在广播信道中而被忽略，如图5所示，此时蓝牙广播信道为CH37,中心频率为2402MHz,当射频源发射不同中心频率的FSK信号时(伪蓝牙广播信号)，所有标签都会被唤醒，但只有与发射偏移频率对应的标签反射出的信号才能被接收机正确识别，如中心频率为2408MHz时，能够产生6MHz振荡的标签2被唤醒后才能够发出正确蓝牙广播信号。
5)蓝牙BLE广播信号接收；
所述蓝牙广播信号符合标准蓝牙BLE规定。因此，接收机可以使用手机等兼容蓝牙BLE协议的设备进行接收，减少了接收机的成本。由于BLE在现实运用十分广泛，手机上有许多现成的app可以检测由标签发射出的蓝牙BLE信号。在app中能够显示设备名称，Rssi信号强度等信息。部分app可以根据Rssi大致判断手机与标签之间的距离，并且在接近标签后给出对应提示，实现寻物作用。

Claims (8)

1.一种蓝牙反向散射的方法，其特征在于，包括：
射频源发射载波信号；
吸收载波信号的能量，并存储于电容中，当电容的电压大于等于预设值时，则唤醒标签，以电容作为电源，标签产生的方波信号与载波信号进行混频后形成反射信号，其中，反射信号的基波落在正确的蓝牙广播信号上。
2.根据权利要求1所述的蓝牙反向散射的方法，其特征在于，所述标签包括振荡电路及射频开关，当标签被唤醒后，振荡电路启动，振荡电路产生的正弦信号经射频开关后变为方波信号，所述方波信号与载波信号进行混频，形成反射信号，使得反射信号的基波落在正确的蓝牙广播信道上。
3.根据权利要求1所述的蓝牙反向散射的方法，其特征在于，当电容的电压小于预设值时，则标签休眠。
4.根据权利要求1所述的蓝牙反向散射的方法，其特征在于，标签的数目为多个。
5.根据权利要求1所述的蓝牙反向散射的方法，其特征在于，不同标签之间通过内部设置的振荡频率不同来进行区分。
6.根据权利要求1所述的蓝牙反向散射的方法，其特征在于，仅有与照射源当前偏移频率一致的标签能够反向散射标准蓝牙BLE信号。
7.根据权利要求1所述的蓝牙反向散射的方法，其特征在于，反射信号为：
Figure FDA0003288388080000011
其中，Sout为反射信号，Sin为射频源信号，ΓT为反射系数。
8.根据权利要求1所述的蓝牙反向散射的方法，其特征在于，所述载波信号为正常蓝牙BLE广播信号频率偏移后的伪蓝牙BLE广播信号。
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