CN115428365B - 符号检测方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种符号检测方法、装置及系统，涉及无线通信领域。该方法应用于阅读器中，所述阅读器配有多个分布式天线，该方法包括：确定所述多个分布式天线中的第一天线；通过所述第一天线接收第一接收信号，所述第一接收信号包括电子标签根据原始符号对第一射频信号进行反向散射后的第二射频信号；确定所述第一接收信号对应的所述原始符号。
Description
技术领域
本申请涉及无线通信领域，特别涉及一种符号检测方法、装置及系统。
背景技术
环境反向散射系统是利用周边环境中广泛存在的射频信号，实现电子标签与阅读器之间的信息传输，从而大幅度降低能量消耗的一种系统。
在环境反向散射系统中，阅读器需要对电子标签发送的符号进行检测。相关技术中，阅读器配置有集中式天线，多个集中式天线使用接收信号矢量构建判决门限。在进行检测时，阅读器将接收信号的矩阵运算值与判决门限进行比较，推导得出电子标签发送的符号。
发明内容
本申请实施例提供了一种符号检测方法、装置及系统，通过在阅读器配置多根分布式天线，可以获得较好的分集增益，有助于进行符号的检测，提高符号检测的准确性。所述技术方案如下。
根据本申请的一个方面，提供了一种符号检测方法，应用于阅读器中，所述阅读器配有多个分布式天线，所述方法包括：
确定所述多个分布式天线中的第一天线；
通过所述第一天线接收第一接收信号，所述第一接收信号包括电子标签根据原始符号对第一射频信号进行反向散射后的第二射频信号；
确定所述第一接收信号对应的所述原始符号。
根据本申请的一个方面，提供了一种符号检测方法，应用于环境反向散射系统中，所述环境反向散射系统包括：电子标签和阅读器，所述阅读器配有多个分布式天线，所述方法包括：
所述电子标签根据原始符号对第一射频信号进行反向散射；
所述阅读器确定所述多个分布式天线中的第一天线；
所述阅读器通过所述第一天线接收第一接收信号，所述第一接收信号包括所述电子标签根据所述原始符号对所述第一射频信号进行反向散射后的第二射频信号；
所述阅读器确定所述第一接收信号对应的所述原始符号。
根据本申请的一个方面，提供了一种符号检测装置，应用于阅读器中，所述阅读器配有多个分布式天线，所述装置包括：确定模块和接收模块；
所述确定模块，用于确定所述多个分布式天线中的第一天线；
所述接收模块，用于通过所述第一天线接收第一接收信号，所述第一接收信号包括电子标签根据原始符号对第一射频信号进行反向散射后的第二射频信号；
所述确定模块，用于确定所述第一接收信号对应的所述原始符号。
根据本申请的一个方面，提供了一种阅读器，所述阅读器包括可编程逻辑电路和/或程序指令，当所述阅读器运行时用于实现如上述方面所述的符号检测方法。
根据本申请的一个方面，提供了一种环境反向散射系统，所述环境反向散射系统包括：电子标签和阅读器，所述阅读器配有多个分布式天线；
所述电子标签，用于根据原始符号对第一射频信号进行反向散射；
所述阅读器，用于确定所述多个分布式天线中的第一天线；
所述阅读器，用于通过所述第一天线接收第一接收信号，所述第一接收信号包括所述电子标签根据所述原始符号对所述第一射频信号进行反向散射后的第二射频信号；
所述阅读器，用于确定所述第一接收信号对应的所述原始符号。
根据本申请的一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质中存储有可执行指令，所述可执行指令由处理器加载并执行以实现如上述方面所述的符号检测方法。
根据本申请的一个方面，提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中，计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述方面所述的符号检测方法。
本申请实施例提供的技术方案至少包括如下有益效果：
通过为阅读器配置多根分布式天线，相较于相关技术中为阅读器配置集中式天线的方式，各个天线的接收信号经历的大尺度衰落存在差异，可以获得较好的分集增益，有助于进行符号的检测，提高符号检测的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一个示例性实施例提供的传号反转码编码的示意图；
图2是本申请一个示例性实施例提供的分布式环境反向散射系统的示意图；
图3是本申请一个示例性实施例提供的能量比较检测法的示意图；
图4是本申请一个示例性实施例提供的符号检测方法的流程图；
图5是本申请一个示例性实施例提供的符号检测方法的流程图；
图6是本申请一个示例性实施例提供的传号反转码编码的示意图；
图7是本申请一个示例性实施例提供的误码率对比的示意图；
图8是本申请一个示例性实施例提供的训练符号长度对比的示意图；
图9是本申请一个示例性实施例提供的符号检测装置的结构框图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
首先，对本申请实施例中涉及的名词进行简单介绍：
传号反转码(Coded Mark Inversion，CMI)：是一种不归零(Non Return to Zero，NRZ)的线路码。
传号反转码将原始符号“0”编码为半比特时间的零，随后是半比特时间的一，对应“01”；而将原始符号“1”编码为一整个比特时间的恒定电平。1比特的电平在每次编码“1”的时候都进行交替，对应“00”或“11”。
示例性的，如图1所示，原始符号为：100110；编码后的符号为：110101001101。
瑞利衰落(Rayleigh Fading)：在无线通信信道中，由于信号进行多径传播达到接收点处的场强来自不同传播的路径，各条路径延时时间是不同的，而各个方向分量波的叠加，又产生了驻波场强，从而形成信号快衰落称为瑞利衰落。
分布式天线：阅读器配置有多个天线，且多个天线的位置呈分布式，分散在阅读器的周围。相较于集中式天线，分布式天线的各个天线之间，位置距离更大。
图2示出了本申请一个示例性实施例提供的分布式环境反向散射系统的示意图。该分布式环境反向散射系统包括：环境射频信号源210、单天线的电子标签220和配置有多个分布式天线的阅读器230。
分布式环境反向散射系统的工作过程参考如下：环境射频信号源210发送射频信号激活电子标签220，电子标签220利用反向散射通信技术将自身信息调制到该射频信号上，阅读器230接收电子标签220的反射信号并进行解调，从而实现阅读器230和电子标签220之间的信息传输。
其中，环境射频信号源210是电子标签周围环境中的射频信号源，环境射频信号源210包括但不限于：电视、蜂窝或Wi-Fi信号。环境设备信号源210作为分布式环境反向散射系统的激励源，用于激活电子标签。
环境射频信号源210可分为两类，其一是在复杂的通信环境中，环境射频信号210被建模为一个零均值复高斯随机变量；其二是环境中的射频信号有特定的调制方式，如频移键控(Frequency Shift Keying，FSK)、相移键控(Phase Shift Keying，PSK)、正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)等等，在本系统中被认为是一种未知的确定性信号。
电子标签220是对从环境射频信号源210处入射的射频信号进行不同程度的反射的信息发送节点。电子标签端的信息通过反射调制信号发送，如：电子标签220对原始符号进行传号反转编码，并根据传号反转码决定反射(比特“1”)或者不反射(比特“0”)射频信号。
阅读器230是通过检测来自电子标签220的反射信号，从而解调信息的信息接收节点。阅读器230可以通过能量比较检测法检测所述电子标签传输的原始符号。
阅读器230配置有多个分布式天线，即分布式天线的个数不小于两个。分布式天线可以通过物理线路(低损耗电缆)与阅读器230相连，分布式天线分散在阅读器230的周围。如图2所示，分布式天线可以包括：天线A1、天线Ai和天线AL等等。
需要说明的是，图2中，hst，htri和hsri分别表示环境射频信号源210到电子标签220，电子标签220到阅读器230第i根天线Ai和环境射频信号源210到阅读器230第i根天线Ai之间的信道参数，并假设图2中的信道为同一符号相干时间内保持不变，不同符号相干时间内独立变化的瑞利信道。
在如图2所示的分布式环境反向散射系统中，本申请实施例提供了一种能量比较检测法，用于进行符号检测。结合参考图3，图3示出了本申请一个示例性实施例提供的能量比较检测法的示意图。
(1)估计阶段
电子标签对N2个原始符号进行传号反转码编码，将N2个连续的原始符号“0”编码成N2个连续的“01”发送，N2为大于0的整数。
阅读器通过多个分布式天线接收第二接收信号。阅读器计算第i个分布式天线所接收的第二接收信号的第一平均能量Ai和第二平均能量Bi。
其中，第一平均能量Ai是第二接收信号在N2个符号周期中的前半个符号周期中的能量平均值，对应于传号反转码中的“0”；第二平均能量Bi是第二接收信号在N2个符号周期中的后半个符号周期中的能量平均值，对应于传号反转码中的“1”。
(2)合集阶段
阅读器对多个分布式天线接收到的信号执行选择性合并，选用其中Ai和Bi相差最大的支路，弃用其它支路。
阅读器合集阶段选择支路为第一天线，第一天线的第一平均能量和第二平均能量记为At和Bt。其中，第一平均能量At是第一天线接收到的信号的能量平均值，第二平均能量Bt是第一天线接收到的信号的能量平均值。
(3)检测阶段
电子标签对N1个原始符号进行传号反转码编码。
阅读器通过第一天线接收第一接收信号。阅读器计算每个符号周期内的第一接收信号的前后部分能量，分别记为和/>其中k表示第k个符号周期内的第k个原始符号。那么有以下检测方法：
如果At＜Bt(即传号反转码中的符号“1”能量大)：
若即后半部分能量-前半部分能量＞判定阈值，那么第k个原始符号为“0”；
若即|后半部分能量-前半部分能量|＜判定阈值，那么第k个原始符号为“1”；
若则检测发生错误(对应了传号反转码中不存在的“10”)。
如果At＞Bt(即传号反转码中的符号“0”能量大)：
若即后半部分能量-前半部分能量＜-判定阈值，那么第k个原始符号为“0”；
若即|后半部分能量-前半部分能量|＜判定阈值，那么第k个原始符号为“1”；
若则检测发生错误(对应了传号反转码中不存在的“10”)。
第i个分布式天线所接收的第一平均能量Ai和第二平均能量Bi的计算可以利用以下公式：
其中，N2为第二接收信号对应的符号周期数(也即原始符号的个数)，N为每个传号反转码中的符号的采样点数，为第i根分布式天线所接收的第k个原始符号的传号反转码j部分时间内的能量，其中j∈{a，b}。
合集阶段选择的第一天线对应的第一平均能量和第二平均能量记为At和Bt，则检测方法中的判定阈值Th可以利用以下公式获得：
Th＝M·|Bt-At|
其中，M＝0.5。
图4示出了本申请一个示例性实施例提供的符号检测方法的流程图。该方法可以应用于如图2示出的分布式环境反向散射系统中，环境反向散射系统包括：环境射频信号源、电子标签和阅读器，阅读器配有多个分布式天线。该方法可以包括如下步骤：
步骤410，环境射频信号源发送第一射频信号。
环境射频信号源是电子标签周围环境中的射频信号源。作为分布式环境反向散射系统的激励源，环境射频信号源支持发送第一射频信号，用于激活电子标签。
示例性的，环境射频信号源包括但不限于：电视、蜂窝或Wi-Fi信号。
步骤420，电子标签根据原始符号对第一射频信号进行反向散射。
原始符号是电子标签处产生的符号，电子标签根据原始符号，对环境射频信号源发送的第一射频信号进行反向散射。
在一种可能的实现方式中，电子标签直接根据自身处的原始符号进行反向散射。如：在原始符号为“0”时，电子标签不反射第一射频信号；在原始符号为“1”时，电子标签反射第一射频信号。
在另一种可能的实现方式中，电子标签在对原始符号进行编码后，根据编码后的原始符号进行反向散射。本申请实施例对采用的编码方式不进行限制。如：在对原始符号进行编码转换后的符号为“0”时，电子标签不反射第一射频信号；在对原始符号进行编码转换后的符号为“1”时，电子标签反射第一射频信号。
步骤430，阅读器确定多个分布式天线中的第一天线。
在本申请实施例中，阅读器配置有多个分布式天线。分布式天线指的是阅读器的多个天线的位置呈分布式，分散在阅读器的周围。相较于集中式天线，分布式天线的各个天线之间，位置距离更大。
结合参考图2，阅读器的天线A1、天线Ai和天线AL的位置并不靠近。由于阅读器配置的是分布式天线，则各个天线的接收信号经历的大尺度衰落存在差异，能够获得较好的分集增益。
其中，第一天线是阅读器在进行符号检测时最终采用的一条天线支路。示例性的，第一天线是多个分布式天线中离电子标签的距离最近的天线。本申请实施例对阅读器确定出多个分布式天线中的第一天线的方式不进行限制。
步骤440，阅读器通过第一天线接收第一接收信号。
在确定多个分布式天线中的第一天线后，阅读器弃用其他分布式天线，采用第一天线接收第一接收信号。
第一接收信号是阅读器在检测阶段接收到的信号。检测阶段是环境反向散射系统为了实现信息传递，进行信息交互的时间段，阅读器需要检测出与第一接收信号对应的原始符号。在检测阶段与第一接收信号所对应的原始符号对于阅读器来说是未知的，阅读器需要通过一定的检测方法进行检测，确定出原始符号。
第一接收信号包括电子标签根据原始符号对第一射频信号进行反向散射后的第二射频信号。其中，第二射频信号可以是电子标签对第一射频信号反射后的信号，也可以是一个空信号(即电子标签未对第一射频信号反射)。第一接收信号中还可以包括如下中的至少一种：环境射频信号源对应的第一射频信号，噪声信号。
示例性的，在电子标签根据符号信息反射第一射频信号时，阅读器将会接收到第一射频信号、反射后的第一射频信号和噪声信号；在电子标签根据符号信息不反射第一射频信号时，阅读器将会接收到：第一射频信号和噪声信号。
步骤450，阅读器确定第一接收信号对应的原始符号。
阅读器在接收到第一接收信号后，通过符号检测方法，对第一接收信号进行检测，确定第一接收信号对应的原始符号。本申请实施例对阅读器具体采用的符号检测方法不进行限定。
综上所述，本实施例提供的方法，通过为阅读器配置多根分布式天线，相较于相关技术中为阅读器配置集中式天线的方式，各个天线的接收信号经历的大尺度衰落存在差异，可以获得较好的分集增益，有助于进行符号的检测，提高符号检测的准确性。
在基于图4的可选实施例中，电子标签对原始符号进行传号反转码编码。
其中，传号反转码是一种不归零的线路码。与原始符号dk相对应的两位传号反转码为输入“0”码时，编码输出“01”，输入“1”码时，编码输出则“00”和“11”交替出现。示例性的，结合参考图1，输入为：100110；编码输出为：110101001101。
相应的，阅读器可以使用判定阈值，通过能量比较检测的方式，进行符号检测。能量比较检测具体参见下述实施例。
图5示出了本申请一个示例性实施例提供的符号检测方法的流程图，该方法可以应用于如图2示出的分布式环境反向散射系统中。
在本申请实施例中，步骤420可以替换实现为：步骤421和步骤422；步骤430可以替换实现为：步骤431至步骤433；步骤450可以替换实现为：步骤451。该方法包括：
步骤410，环境射频信号源发送第一射频信号。
环境射频信号源是电子标签周围环境中的射频信号源。环境设备信号源作为分布式环境反向散射系统的激励源，环境射频信号源发送第一射频信号，用于激活电子标签。
示例性的，在单个传号反转码的N点采样时间内，环境射频信号源发送的第一射频信号记为s[n]。
步骤421，电子标签对原始符号进行传号反转码编码。
步骤422，电子标签根据传号反转码编码后的原始符号，对第一射频信号进行反向散射。
电子标签对原始符号进行传号反转码编码，得到传号反转码编码后的原始符号，根据传号反转码编码后的原始符号进行反向散射。
示例性的，在电子标签根据传号反转码编码后的原始符号，对第一射频信号进行反向散射时，得到的第二射频信号sb[n]表示为：
其中，η是电子标签的反射系数，s[n]是方差为Ps的零均值复高斯信号，即s[n]＝CN(0，Ps)，hst是环境射频信号源到电子标签之间的信道参数，是编码后的符号。
步骤431，阅读器通过多个分布式天线分别接收第二接收信号。
第二接收信号是阅读器在估计阶段接收到的信号。估计阶段是环境反向散射系统为了确定检测所需要的判定阈值，进行信息交互的时间段。在估计阶段的第二接收信号所对应的原始符号对于阅读器来说是已知的，如：原始符号都是0，传号反转码编码后的原始符号都是01。
示例性的，阅读器的第i根分布式天线同时接收到第一射频信号，第二射频信号和噪声信号，i为不大于N2的正整数，因此第i根分布式天线的第二接收信号yi[n]有：
其中，w[n]是方差为Nw的零均值白高斯噪声，即w[n]＝CN(0，Nw)；htri和hsri分别表示电子标签到阅读器的第i根天线和环境射频信号源到阅读器的第i根天线之间的信道参数。为了体现距离的影响，各信道参数服从方差与距离有关的瑞利衰落：
其中，
其中，d表示相应距离，β是路径损耗指数。
步骤432，阅读器确定平均能量差值。
第二接收信号对应于N2个符号周期。平均能量差值是第一平均能量和第二平均能量之间的差值的绝对值，第一平均能量是第二接收信号在N2个符号周期中的前半个符号周期中的能量平均值，第二平均能量是第二接收信号在N2个符号周期中的后半个符号周期中的能量平均值。
由于第二接收信号对应的原始符号都是0，传号反转码编码后的原始符号都是01，所以第一平均能量是对应于传号反转码中的0的能量平均值，第二平均能量是对应于传号反转码中的1的能量平均值。
示例性的，结合参考图6，原始符号为“00000”，传号反转码编码后的原始符号为“0101010101”。第一平均能量是在符号周期1、符号周期2、符号周期3、符号周期4和符号周期5的前半个符号周期时间内，任意一个分布式天线接收到的第二接收信号的平均能量值，第二平均能量是在符号周期1、符号周期2、符号周期3、符号周期4和符号周期5的后半个符号周期时间内，任意一个分布式天线接收到的第二接收信号的平均能量值。
示例性的，电子标签将N2个连续的原始符号“0”编码成N2个连续的“01”发送，即第二接收信号对应的符号周期数为N2，阅读器计算第i根分布式天线所接收信号的第一平均能量Ai和第二平均能量Bi，计算公式为：
其中，N2为第二接收信号对应的符号周期数(也即原始符号的个数)，N为每个传号反转码中的符号的采样点数，为第i根分布式天线所接收的第k个原始符号的传号反转码j部分时间内的能量，其中j∈{a，b}。
阅读器确定平均能量差值为|Bi-Ai|。
步骤433，阅读器将最大的平均能量差值对应的分布式天线确定为第一天线。
阅读器对多个分布式天线接收到的信号执行选择性合并，选用其中平均能量差值最大的支路(即第一天线)，将该支路对应的第一平均能量和第二平均能量分别记为At、Bt，弃用其它支路。可以理解的是，在差值最大的支路上，意味着h0＝hsr和h1＝hsr+ηhtrhst相差最大，即电子标签发送符号“1”时的反射链路所经历的衰落较小，即该支路上的分布天线离电子标签越近。
示例性的，最大的平均能量差值是第i个平均能量差值|Bi-Ai|，则第一天线是第i个分布式天线。阅读器将|Bi-Ai|记为|Bt-At|。
可选的，在阅读器选定第一天线后，阅读器将最大的平均量差值与系数之间的乘积确定为判定阈值。
示例性的，判定阈值Th＝M·|Bt-At|。其中，M为系数，系数是大于0，且小于1的一个值。示例性的，系数包括：0.5，即判定阈值Th＝0.5·|Bt-At|。
步骤440，阅读器通过第一天线接收第一接收信号。
其中，第一接收信号对应于N1个符号周期。
步骤451，对于N1个符号周期中的第i个符号周期，阅读器根据第i个符号周期中的能量差值与判定阈值的大小关系，确定第一接收信号在第i个符号周期内对应的原始符号。
其中，能量差值是第一接收信号在后半个符号周期中的信号能量值与前半个符号周期中的信号能量值之间的能量差值。
示例性的，对于N1个符号周期中的第i个符号周期，第一接收信号在后半个符号周期中的信号能量值为第一接收信号在前半个符号周期中的信号能量值为/>则能量差值是/>可以理解的是，能量差值可以为正值、0、负值。
可选的，步骤451包括：在能量差值的绝对值大于判定阈值的情况下，阅读器确定第一接收信号在第i个符号周期内对应的原始符号为0；在能量差值的绝对值小于判定阈值的情况下，阅读器确定第一接收信号在第i个符号周期内对应的原始符号为1。
由于能量差值的绝对值大于判定阈值，则意味着第i个符号周期内前后半个符号周期中的信号能量值相差较大，则第i个符号周期可能对于“01”，即原始符号为0。由于能量差值的绝对值小于判定阈值，则意味着第i个符号周期内前后半个符号周期中的信号能量值相差较小，则第i个符号周期可能对于“00”或“11”，即原始符号为1。
分别定义H1和H0为事件d＝1和d＝0，即分别对应原始符号“1”和“0”；相应地，分别定义和/>为事件/>和/>即分别对应于传号反转码中的“1”和“0”。对编码后的符号进行N点采样，相当于对d进行了2N点采样。阅读器在每个符号周期内的接收向量为y＝{y[1]，...y[n]，...，y[N]}，并且分布上有
其中，h0＝hsr，h1＝hsr+ηhtrhst，IN为单位矩阵。
上述可以分别用第一平均能量At、第二平均能量Bt的大小来近似估计。
在一种可能的实现方式中，传号反转码中的符号0对应的信号能量值小于符号1对应的信号能量值，即At＜Bt。
在能量差值为正值，且能量差值大于判定阈值的情况下，确定第一接收信号在第i个符号周期内对应的原始符号为0；在能量差值为负值，且能量差值的绝对值大于判定阈值的情况下，确定检测出现错误。
由于At＜Bt，能量差值为正值，且能量差值大于判定阈值时，对应于传号反转码中的“01”，说明原始符号为0；能量差值为负值，且能量差值的绝对值大于判定阈值时，对应于传号反转码中不存在的“10”，说明检测出现错误。
在另一种可能的实现方式中，传号反转码中的符号0对应的信号能量值大于符号1对应的信号能量值，即At＞Bt。
在能量差值为负值，且能量差值的绝对值大于判定阈值的情况下，确定第一接收信号在第i个符号周期内对应的原始符号为0；在能量差值为正值，且能量差值大于判定阈值的情况下，确定检测出现错误。
由于At＞Bt，能量差值为负值，且能量差值的绝对值大于判定阈值，对应于传号反转码中的“01”，说明原始符号为0；能量差值为正值，且能量差值大于判定阈值时，对应于传号反转码中不存在的“10”，说明检测出现错误。
上述步骤410至步骤451示出了一种能量比较检测法用于进行符号检测。除了上述能量比较检测法之外，下面介绍一种示例性的最大后验准则(Maximum A Posteriori，MAP)检测法。
y在不同情况下的概率密度函数为：
其中，
为检测第k个原始符号dk，所以对进行能量比较检验，其中上标a，b分别表示每个原始符号对应传号反转码的前、后部分。因此有：
由上述公式可见，基于MAP检测法的计算较为复杂，而能量比较检测法只需对信号的能量进行计算，计算较为简单，易于实现。
综上所述，本实施例提供的方法，电子标签对原始符号进行传号反转码编码，阅读器比较每个传号反转码前后半部分能量差值(即能量差值)与判定阈值的关系，从而解码原始符号，该方法仅涉及能量比较，不需要进行复杂的矩阵运算，因此更易实现。
同时，本申请实施例提供的方法，使用了分布式天线并进行选择性合并，能够通过平均能量差值选择出离电子标签最近的天线作为第一天线，将平均能量差值最大化，使得后续根据平均能量差值进行符号检测时，得到的符号检测结果更加可靠。
由于环境射频信号源可分为两类，下面分析在两种不同的环境射频信号(零均值复高斯环境射频信号和确定的未知环境射频信号)下，本申请实施例提出的能量比较检测法的性能。
设发送原始符号“1”的概率为q，发送“0”的概率为1-q。
(1)在零均值复高斯环境射频信号下，误码率表现如下：
当
发送“1”的误码率：
发送“0”的误码率：
总的误码率为：
当
发送“1”的误码率：
发送“0”的误码率：
总的误码率为：
其中，
(2)N较大时，在零均值复高斯环境射频信号下，误码率表现如下：
发送“1”的误码率：
发送“0”的误码率：
总的误码率：
其中，erfc(x)＝1-erf(x)，/>表示信噪比，M为判定阈值中的系数，N为每个传号反转码中的符号的采样点数。
(3)N较大时，在确定的未知环境射频信号下，误码率表现如下：
发送“1”的误码率：
发送“0”的误码率：
总的误码率：
其中，erfc(x)＝1-erf(x)，/>表示信噪比，M为判定阈值中的系数，N为每个传号反转码中的符号的采样点数。/>
结合参考图7，示出了本申请一个示例性实施例提供的误码率对比的示意图。其中，本申请实施例提供的能量比较检测法优于相关技术中提供的能量检测法。
能量检测法指的是能量检测器通过平均相干时间内传输的所有符号的接收信号能量，来构建检验统计量——判决门限。在收到信号后，将其能量转换为判决变量并与判决门限比较，从而解码出电子标签的信号。能量检测法但依赖相干时间内传输的所有符号来估计判决门限，这引入了一定的通信时延，且只适用于等概率发送两个二进制符号的情况，实际可操作性不强。
如图7所示，本申请实施例提出的能量比较检测法在信噪比高于4dB时表现优于能量检测法。两种方法均存在误码率底限，但能量比较检测法的误码率底限更低。同时，当增大采样点数时可以提高计算第一电平能量和第二电平能量的准确度，能量比较检测法对应的误码率表现将向图7中的最佳值靠拢，可以进一步提升性能。
结合参考图8，示出了本申请一个示例性实施例提供的训练符号长度对比的示意图。其中，本申请实施例提供的能量比较检测法优于相关技术中提供的能量检测法。
仿真条件为：N＝20，hSr，hst＝CN(0，1)。能量比较检测法中电子标签到各分布式天线的htri服从方差的均值为20的复高斯分布，分布式天线的数目为5。
作为对比，将能量检测法的天线集中在同一位置，电子标签到集中式天线的信道系数服从相同方差(均值为20)的复高斯分布。不失一般性地，设发送符号“0”的概率为0.1，可以看出，能量检测法误码率高于本申请实施例提出的能量比较检测法。增加训练符号串的长度有利于提高参数估计的精度，本申请实施例提出的能量比较检测法需要的长度更短，能够有效降低通信时延。
需要说明的是，上述方法实施例可以分别单独实施，也可以组合实施，本申请对此不进行限制。
在上述各个实施例中，由阅读器执行的步骤可以单独实现成为阅读器一侧的符号检测方法，由电子标签执行的步骤可以单独实现成为电子标签一侧的符号检测方法。
以下为本申请装置实施例，对于装置实施例中未详细阐述的部分，参考上述方法实施例中公开的技术细节。
图9示出了本申请一个示例性实施例提供的符号检测装置的结构框图，该装置可以实现成为阅读器，或者，实现成为阅读器中的一部分，阅读器配有多个分布式天线，该装置包括：确定模块901和接收模块902；
确定模块901，用于确定多个分布式天线中的第一天线；
接收模块902，用于通过第一天线接收第一接收信号，第一接收信号包括电子标签根据原始符号对第一射频信号进行反向散射后的第二射频信号；
确定模块901，用于确定第一接收信号对应的原始符号。
在一个可选的实施例中，电子标签对原始符号采用传号反转码编码，第一接收信号对应于N1个符号周期；
确定模块901，用于对于N1个符号周期中的第i个符号周期，根据第i个符号周期中的能量差值与判定阈值的大小关系，确定第一接收信号在第i个符号周期内对应的原始符号；
其中，能量差值是第一接收信号在后半个符号周期中的信号能量值与前半个符号周期中的信号能量值之间的能量差值。
在一个可选的实施例中，确定模块901，用于在能量差值的绝对值大于判定阈值的情况下，确定第一接收信号在第i个符号周期内对应的原始符号为0；确定模块901，用于在能量差值的绝对值小于判定阈值的情况下，确定第一接收信号在第i个符号周期内对应的原始符号为1。
在一个可选的实施例中，传号反转码中的符号0对应的信号能量值小于符号1对应的信号能量值；确定模块901，用于在能量差值为正值，且能量差值大于判定阈值的情况下，确定第一接收信号在第i个符号周期内对应的原始符号为0；确定模块901，用于在能量差值为负值，且能量差值的绝对值大于判定阈值的情况下，确定检测出现错误。
在一个可选的实施例中，传号反转码中的符号0对应的信号能量值大于符号1对应的信号能量值；确定模块901，用于在能量差值为负值，且能量差值的绝对值大于判定阈值的情况下，确定第一接收信号在第i个符号周期内对应的原始符号为0；确定模块901，用于在能量差值为正值，且能量差值大于判定阈值的情况下，确定检测出现错误。
在一个可选的实施例中，接收模块902，用于通过多个分布式天线分别接收第二接收信号，第二接收信号对应于N2个符号周期；确定模块901，用于确定平均能量差值，平均能量差值是第一平均能量和第二平均能量之间的差值的绝对值，第一平均能量是第二接收信号在N2个符号周期中的前半个符号周期中的能量平均值，第二平均能量是第二接收信号在N2个符号周期中的后半个符号周期中的能量平均值；确定模块901，用于将最大的平均能量差值对应的分布式天线确定为第一天线。
在一个可选的实施例中，确定模块901，用于将最大的平均能量差值与系数之间的乘积确定为判定阈值。
本申请实施例还提供一种电子标签，该电子标签包括集成电路，集成电路用于实现图4或图5实施例中电子标签一侧的符号检测方法。
本申请实施例还提供一种阅读器，该阅读器包括可编程逻辑电路和/或程序指令，当所述阅读器运行时用于实现图4或图5实施例中阅读器一侧的符号检测方法。
本申请实施例还提供一种环境反向散射系统，其特征在于，环境反向散射系统包括：电子标签和阅读器，阅读器配有多个分布式天线；
电子标签，用于根据原始符号对第一射频信号进行反向散射；
阅读器，用于确定多个分布式天线中的第一天线；
阅读器，用于通过第一天线接收第一接收信号，第一接收信号包括电子标签根据原始符号对第一射频信号进行反向散射后的第二射频信号；
阅读器，用于确定第一接收信号对应的原始符号。
在一个示例中，电子标签，用于对原始符号进行传号反转码编码；电子标签，用于根据传号反转码编码后的原始符号，对第一射频信号进行反向散射。
在一个示例中，第一接收信号对应于N1个符号周期，N1为正整数；对于N1个符号周期中的第i个符号周期，阅读器，用于根据第i个符号周期中的能量差值与判定阈值的大小关系，确定第一接收信号在第i个符号周期内对应的原始符号；其中，能量差值是第一接收信号在后半个符号周期中的信号能量值与前半个符号周期中的信号能量值之间的能量差值，i为不大于N1的正整数。
在一个示例中，在能量差值的绝对值大于判定阈值的情况下，阅读器，用于确定第一接收信号在第i个符号周期内对应的原始符号为0；在能量差值的绝对值小于判定阈值的情况下，阅读器，用于确定第一接收信号在第i个符号周期内对应的原始符号为1。
在一个示例中，传号反转码中的符号0对应的信号能量值小于符号1对应的信号能量值；在能量差值为正值，且能量差值大于判定阈值的情况下，阅读器，用于确定第一接收信号在第i个符号周期内对应的原始符号为0；在能量差值为负值，且能量差值的绝对值大于判定阈值的情况下，阅读器，用于确定检测出现错误。
在一个示例中，传号反转码中的符号0对应的信号能量值大于符号1对应的信号能量值；在能量差值为负值，且能量差值的绝对值大于判定阈值的情况下，阅读器，用于确定第一接收信号在第i个符号周期内对应的原始符号为0；在能量差值为正值，且能量差值大于判定阈值的情况下，阅读器，用于确定检测出现错误。
在一个示例中，阅读器，用于通过多个分布式天线分别接收第二接收信号，第二接收信号对应于N2个符号周期，N2为正整数；阅读器，用于确定平均能量差值，平均能量差值是第一平均能量和第二平均能量之间的差值的绝对值，第一平均能量是第二接收信号在N2个符号周期中的前半个符号周期中的能量平均值，第二平均能量是第二接收信号在N2个符号周期中的后半个符号周期中的能量平均值；阅读器，用于将最大的平均能量差值对应的分布式天线确定为第一天线。
在一个示例中，阅读器，用于将最大的平均能量差值与系数之间的乘积确定为判定阈值。
在一个示例中，环境反向散射系统还包括：环境射频信号源，第一射频信号是环境射频信号源发送的信号。
在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现上述各个方法实施例提供的由通信设备执行的符号检测方法。
在示例性实施例中，还提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中，计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述方面所述的符号检测方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (22)
1.一种符号检测方法，其特征在于，应用于阅读器中，所述阅读器配有多个分布式天线，所述方法包括：
确定所述多个分布式天线中的第一天线；
通过所述第一天线接收第一接收信号，所述第一接收信号包括电子标签根据原始符号对第一射频信号进行反向散射后的第二射频信号；
确定所述第一接收信号对应的所述原始符号，
其中，所述确定所述多个分布式天线中的第一天线，包括：
通过所述多个分布式天线分别接收第二接收信号，所述第二接收信号对应于N2个符号周期，所述N2为正整数；
确定平均能量差值，所述平均能量差值是第一平均能量和第二平均能量之间的差值的绝对值，所述第一平均能量是所述第二接收信号在所述N2个符号周期中的前半个符号周期中的能量平均值，所述第二平均能量是所述第二接收信号在所述N2个符号周期中的后半个符号周期中的能量平均值；
将最大的所述平均能量差值对应的所述分布式天线确定为所述第一天线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子标签对所述原始符号采用传号反转码编码，所述第一接收信号对应于N1个符号周期，所述N1为正整数；
所述确定所述第一接收信号对应的所述原始符号，包括：
对于所述N1个符号周期中的第i个符号周期，根据所述第i个符号周期中的能量差值与判定阈值的大小关系，确定所述第一接收信号在所述第i个符号周期内对应的所述原始符号；
其中，所述能量差值是所述第一接收信号在后半个符号周期中的信号能量值与前半个符号周期中的信号能量值之间的能量差值，所述i为不大于所述N1的正整数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述第i个符号周期中的能量差值与判定阈值的大小关系，确定所述第一接收信号在所述第i个符号周期内对应的所述原始符号，包括：
在所述能量差值的绝对值大于所述判定阈值的情况下，确定所述第一接收信号在所述第i个符号周期内对应的所述原始符号为0；
在所述能量差值的绝对值小于所述判定阈值的情况下，确定所述第一接收信号在所述第i个符号周期内对应的所述原始符号为1。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述传号反转码中的符号0对应的信号能量值小于符号1对应的信号能量值；
所述在所述能量差值的绝对值大于所述判定阈值的情况下，确定所述第一接收信号在所述第i个符号周期内对应的所述原始符号为0，包括：
在所述能量差值为正值，且所述能量差值大于所述判定阈值的情况下，确定所述第一接收信号在所述第i个符号周期内对应的所述原始符号为0；
所述方法还包括：
在所述能量差值为负值，且所述能量差值的绝对值大于所述判定阈值的情况下，确定检测出现错误。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述传号反转码中的符号0对应的信号能量值大于符号1对应的信号能量值；
所述在所述能量差值的绝对值大于所述判定阈值的情况下，确定所述第一接收信号在所述第i个符号周期内对应的所述原始符号为0，包括：
在所述能量差值为负值，且所述能量差值的绝对值大于所述判定阈值的情况下，确定所述第一接收信号在所述第i个符号周期内对应的所述原始符号为0；
所述方法还包括：
在所述能量差值为正值，且所述能量差值大于所述判定阈值的情况下，确定检测出现错误。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将最大的所述平均能量差值与系数之间的乘积确定为所述判定阈值。
7.一种符号检测方法，其特征在于，应用于环境反向散射系统中，所述环境反向散射系统包括：电子标签和阅读器，所述阅读器配有多个分布式天线，所述方法包括：
所述电子标签根据原始符号对第一射频信号进行反向散射；
所述阅读器确定所述多个分布式天线中的第一天线；
所述阅读器通过所述第一天线接收第一接收信号，所述第一接收信号包括所述电子标签根据所述原始符号对所述第一射频信号进行反向散射后的第二射频信号；
所述阅读器确定所述第一接收信号对应的所述原始符号，
其中，所述阅读器确定所述多个分布式天线中的第一天线，包括：
所述阅读器通过所述多个分布式天线分别接收第二接收信号，所述第二接收信号对应于N2个符号周期，所述N2为正整数；
所述阅读器确定平均能量差值，所述平均能量差值是第一平均能量和第二平均能量之间的差值的绝对值，所述第一平均能量是所述第二接收信号在所述N2个符号周期中的前半个符号周期中的能量平均值，所述第二平均能量是所述第二接收信号在所述N2个符号周期中的后半个符号周期中的能量平均值；
所述阅读器将最大的所述平均能量差值对应的所述分布式天线确定为所述第一天线。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电子标签根据原始符号对第一射频信号进行反向散射，包括：
所述电子标签对所述原始符号进行传号反转码编码；
所述电子标签根据传号反转码编码后的所述原始符号，对所述第一射频信号进行反向散射。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一接收信号对应于N1个符号周期，所述N1为正整数；
所述阅读器确定所述第一接收信号对应的所述原始符号，包括：
对于所述N1个符号周期中的第i个符号周期，所述阅读器根据所述第i个符号周期中的能量差值与判定阈值的大小关系，确定所述第一接收信号在所述第i个符号周期内对应的所述原始符号；
其中，所述能量差值是所述第一接收信号在后半个符号周期中的信号能量值与前半个符号周期中的信号能量值之间的能量差值，所述i为不大于所述N1的正整数。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述阅读器根据所述第i个符号周期中的能量差值与判定阈值的大小关系，确定所述第一接收信号在所述第i个符号周期内对应的所述原始符号，包括：
在所述能量差值的绝对值大于所述判定阈值的情况下，所述阅读器确定所述第一接收信号在所述第i个符号周期内对应的所述原始符号为0；
在所述能量差值的绝对值小于所述判定阈值的情况下，所述阅读器确定所述第一接收信号在所述第i个符号周期内对应的所述原始符号为1。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述传号反转码中的符号0对应的信号能量值小于符号1对应的信号能量值；
所述在所述能量差值的绝对值大于所述判定阈值的情况下，所述阅读器确定所述第一接收信号在所述第i个符号周期内对应的所述原始符号为0，包括：
在所述能量差值为正值，且所述能量差值大于所述判定阈值的情况下，所述阅读器确定所述第一接收信号在所述第i个符号周期内对应的所述原始符号为0；
所述方法还包括：
在所述能量差值为负值，且所述能量差值的绝对值大于所述判定阈值的情况下，所述阅读器确定检测出现错误。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述传号反转码中的符号0对应的信号能量值大于符号1对应的信号能量值；
所述在所述能量差值的绝对值大于所述判定阈值的情况下，所述阅读器确定所述第一接收信号在所述第i个符号周期内对应的所述原始符号为0，包括：
在所述能量差值为负值，且所述能量差值的绝对值大于所述判定阈值的情况下，所述阅读器确定所述第一接收信号在所述第i个符号周期内对应的所述原始符号为0；
所述方法还包括：
在所述能量差值为正值，且所述能量差值大于所述判定阈值的情况下，所述阅读器确定检测出现错误。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述阅读器将最大的所述平均能量差值与系数之间的乘积确定为所述判定阈值。
14.根据权利要求7至13任一所述的方法，其特征在于，
所述环境反向散射系统还包括：环境射频信号源，所述第一射频信号是所述环境射频信号源发送的信号。
15.一种符号检测装置，其特征在于，应用于阅读器中，所述阅读器配有多个分布式天线，所述装置包括：确定模块和接收模块；
所述确定模块，用于确定所述多个分布式天线中的第一天线；
所述接收模块，用于通过所述第一天线接收第一接收信号，所述第一接收信号包括电子标签根据原始符号对第一射频信号进行反向散射后的第二射频信号；
所述确定模块，用于确定所述第一接收信号对应的所述原始符号，
其中，所述接收模块，用于通过所述多个分布式天线分别接收第二接收信号，所述第二接收信号对应于N2个符号周期，所述N2为正整数；
所述确定模块，用于确定平均能量差值，所述平均能量差值是第一平均能量和第二平均能量之间的差值的绝对值，所述第一平均能量是所述第二接收信号在所述N2个符号周期中的前半个符号周期中的能量平均值，所述第二平均能量是所述第二接收信号在所述N2个符号周期中的后半个符号周期中的能量平均值；
所述确定模块，用于将最大的所述平均能量差值对应的所述分布式天线确定为所述第一天线。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述电子标签对所述原始符号采用传号反转码编码，所述第一接收信号对应于N1个符号周期，所述N1为正整数；
所述确定模块，用于对于所述N1个符号周期中的第i个符号周期，根据所述第i个符号周期中的能量差值与判定阈值的大小关系，确定所述第一接收信号在所述第i个符号周期内对应的所述原始符号；
其中，所述能量差值是所述第一接收信号在后半个符号周期中的信号能量值与前半个符号周期中的信号能量值之间的能量差值，所述i为不大于所述N1的正整数。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，
所述确定模块，用于在所述能量差值的绝对值大于所述判定阈值的情况下，确定所述第一接收信号在所述第i个符号周期内对应的所述原始符号为0；
所述确定模块，用于在所述能量差值的绝对值小于所述判定阈值的情况下，确定所述第一接收信号在所述第i个符号周期内对应的所述原始符号为1。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述传号反转码中的符号0对应的信号能量值小于符号1对应的信号能量值；
所述确定模块，用于在所述能量差值为正值，且所述能量差值大于所述判定阈值的情况下，确定所述第一接收信号在所述第i个符号周期内对应的所述原始符号为0；
所述确定模块，用于在所述能量差值为负值，且所述能量差值的绝对值大于所述判定阈值的情况下，确定检测出现错误。
19.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述传号反转码中的符号0对应的信号能量值大于符号1对应的信号能量值；
所述确定模块，用于在所述能量差值为负值，且所述能量差值的绝对值大于所述判定阈值的情况下，确定所述第一接收信号在所述第i个符号周期内对应的所述原始符号为0；
所述确定模块，用于在所述能量差值为正值，且所述能量差值大于所述判定阈值的情况下，确定检测出现错误。
20.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，
所述确定模块，用于将最大的所述平均能量差值与系数之间的乘积确定为所述判定阈值。
21.一种阅读器，其特征在于，所述阅读器包括可编程逻辑电路和/或程序指令，当所述阅读器运行时用于实现如权利要求1-6任一项所述的符号检测方法。
22.一种环境反向散射系统，其特征在于，所述环境反向散射系统包括：电子标签和阅读器，所述阅读器配有多个分布式天线；
所述电子标签，用于根据原始符号对第一射频信号进行反向散射；
所述阅读器，用于确定所述多个分布式天线中的第一天线；
所述阅读器，用于通过所述第一天线接收第一接收信号，所述第一接收信号包括所述电子标签根据所述原始符号对所述第一射频信号进行反向散射后的第二射频信号；
所述阅读器，用于确定所述第一接收信号对应的所述原始符号，
其中，所述阅读器用于通过所述多个分布式天线分别接收第二接收信号，所述第二接收信号对应于N2个符号周期，所述N2为正整数；
所述阅读器用于确定平均能量差值，所述平均能量差值是第一平均能量和第二平均能量之间的差值的绝对值，所述第一平均能量是所述第二接收信号在所述N2个符号周期中的前半个符号周期中的能量平均值，所述第二平均能量是所述第二接收信号在所述N2个符号周期中的后半个符号周期中的能量平均值；
所述阅读器用于将最大的所述平均能量差值对应的所述分布式天线确定为所述第一天线。
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| CN115428365A (zh) | 2022-12-02 |
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