一种反向散射协议中多标签信号并行解码方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种反向散射协议中多标签信号并行解码方法及系统，方法包括如下步骤：采集IQ域信号序列并对采样点进行聚类得到多个簇，根据任意两个簇之间的转移概率识别出每个簇的所有邻居簇；根据得到的所有簇以及每个簇的邻居簇，得到簇的分层；确定每层簇对应的电平组合；根据每个信号所属的簇识别出IQ域信号序列对应的电平组合序列，将电平组合序列分解后得到每个标签对应的电平传输序列，对每个标签完成解码。本发明专利技术实现了在动态环境中对多个碰撞标签进行解码，十分适用于实际应用中高度动态、高度不稳定的后向散射系统。由于本发明专利技术不依赖于信号的稳定性，不需要在标签端有任何改动，因此降低了标签端的能耗，提高了算法的可靠性和鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种反向散射协议中多标签信号并行解码方法及系统
本专利技术涉及物联网
，具体涉及到一种反向散射协议中多标签信号并行解码方法及系统，在信号传输不稳定的情况下实现对多个RFID标签进行并行解码。该技术适用于大型仓库，货架或需要同时读取多个RFID标签信号的无线传感网络中多目标定位中应用。
技术介绍
随着物联网最近几年的快速发展，射频识别作为物联网发展的关键技术，已经受到学术界和工业界的极大关注。在典型射频识别系统中，反向散射技术的高通信效率低能耗等优点，大大提高了反向散射技术在标签和读写器之间通信的应用。但随着无线传感网络的发展，大规模标签部署以及大量的数据传输，而且标签与读写器的通信距离较短以及多个标签同时通信造成高速率的数据传输，使得反向散射技术对多个标签信号进行同时解码时，很难既保证高效的数据传输又实现低功率的能耗消耗。在进行大规模反向散射通信方面，并行解码技术可在很大程度上提高反向散射技术的通信效率。目前在通信解码方面主要工作分为以下两类：第一类：基于编码机制的反向散射传输解码。该方法采用无率码的编码机制每个标签依据正交码来编码数据，每一位转换成一个长PN序列，但是该方存在在标签端解码的代价过高的问题。第二类：基于标签的IQ域特征解码。由于标签端解码的代价过高，一类方法提出在读写器端对信号进行解码。从理论上看，碰撞标签的channelcoefficient是这些标签的线性组合，一般来说是稳定的，对于特定组合状态的碰撞信号会在IQ域中具有特殊的特征，因此读写器可根据标签在IQ域中的位置信息识别碰撞标签的信号。第三类：基于标签的时域特征信息进行解码。由于在一个相对固定的时间间隔内，相同的标签具有完全重合的信号图，因此该方法根据时域特征以及IQ域中的信号簇，按照标签信号生成的信号图，来对碰撞标签进行解码，识别出不同的标签。上述三类方法都依赖于标签之间稳定的信号传输，而实际上，对于低功耗低开销的标签，标签间的信号传输大多不稳定，易受环境噪声干扰，因此这三类方法对于解码多标签并行传输信号中，解码错误率很高，性能较差，很大程度上影响传输的效率及网络吞吐量。
技术实现思路
针对现有的解码方法对反向散射通信中多标签信号并行解码的性能较差的问题，本专利技术提出一种反向散射协议中信号并行解码方法，包括以下步骤：一种反向散射协议中多标签信号并行解码方法，包括如下步骤：步骤一，采集IQ域信号序列并对采样点进行聚类得到多个簇，根据任意两个簇之间的转移概率识别出每个簇的所有邻居簇；步骤二，根据得到的所有簇以及每个簇的邻居簇，对所有簇进行分层处理，得到簇的分层；步骤三，根据根簇的电平以及得到的簇的分层，确定每层簇对应的电平组合；步骤四，根据采集到的IQ域信号序列中每个信号所属的簇识别出IQ域信号序列对应的电平组合序列，将电平组合序列分解后得到每个标签对应的电平传输序列，对每个标签完成解码。进一步的，所述步骤一包括如下步骤：步骤S11，采用USRP设备做为读写器读取标签发来的IQ域信号序列；步骤S12，计算每个采样点采样的本地密度；步骤S13，识别及去除噪声点：对于本地密度低于阈值的采样点，将其视为噪声节点并去除，得到去噪后的IQ域信号序列；步骤S14，对采样点进行聚类，得到不同的簇，并对识别出的簇进行编号；步骤S15，计算任意两个簇之间的转移概率；步骤S16，根据转移概率识别出每个簇的邻居簇，具体是将与任一簇Ci转移概率最高的Q个簇作为Ci的邻居簇Cnei(Ci)，其中，Q为并发传输的标签个数。进一步的，所述步骤二包括如下步骤：步骤S21，识别根簇，将根簇Croot作为第0层簇，并将根簇标识已分层；具体是：当所有的标签都处于睡眠状态即标签没有信息需要发送时，如果所有的信号落在簇Cr中，则将簇Cr识别为根簇Croot，根簇Croot的电平组合为[L,L,…,L]，其中，L表示低电平，根簇的电平组合中L的个数等于标签的个数Q；步骤S22，将根簇之外的其他簇分层；具体是：将根簇Croot的所有邻居簇记为第1层簇，并将第1层簇均标识已分层；对于第2层开始的每一层簇，取该层簇的邻居簇的并集并除去标识已分层的簇，将剩下的簇做为当前层簇的下一层簇，直到所有簇均标识已分层。进一步的，所述步骤三包括如下步骤：步骤S31，获得第1层簇对应的电平组合；具体是：第1层簇中每个簇的电平组合不同，且每个簇的电平组合均与根簇Croot的电平组合个数相同，且相差一位高电平；步骤S32，根据自身上层邻居簇的电平组合，获得第2层到第N层的各个簇的电平组合；具体是：对于第p层(2≤p≤N)簇中的任一个簇其电平组合根据其在第p-1层的所有邻居簇的电平组合来确定；具体而言：在第p-1层有m个邻居簇其中，m<＝Q；对于在第p-1层的任一个邻居簇其中，j为1至m中任一，其对应的电平组合中所有被识别为H电平的位置或位置组合记为Highj，则簇的所有被识别为H的电平的位置组合为High1∪High2∪…∪Highm即将簇的电平组合中对应的位置的电平置H，并将其余电平置L，同时保证簇对应的电平组合的电平个数等于标签个数Q。进一步的，所述步骤四包括如下步骤：步骤S41，将步骤一采集到的IQ域信号序列中的每个信号替换为该信号所属的簇的编号，得到IQ域信号序列对应的簇的序列；步骤S42，将步骤S41得到的簇的序列中的每个簇替换为该簇的电平组合，得到IQ域信号序列对应的电平组合序列；其中，每个簇的电平组合中的所有电平信号与所有标签发送的信号一一对应；步骤S43，将步骤S42得到的电平组合序列中任一电平组合分解成Q个标签中每个标签的信号，待所有的电平组合分解后，得到Q个标签中每个标签对应的电平传输序列；步骤S44，对每个标签发送的电平传输序列进行解码。本专利技术的另一个目的在于，提供一种反向散射协议中多标签信号并行解码系统，包括如下依次相连接的模块：信号采集模块，用于采集IQ域信号序列并对采样点进行聚类得到多个簇，根据任意两个簇之间的转移概率识别出每个簇的所有邻居簇；簇分层模块，用于根据得到的所有簇以及每个簇的邻居簇，对所有簇进行分层处理，得到簇的分层；簇电平组合计算模块，用于根据根簇的电平以及得到的簇的分层，确定每层簇对应的电平组合；标签信号分解模块，用于根据采集到的IQ域信号序列中每个信号所属的簇识别出IQ域信号序列对应的电平组合序列，将电平组合序列分解后得到每个标签对应的电平传输序列，对每个标签完成解码。进一步的，所述信号采集模块包括如下子模块：子模块S11，用于采用USRP设备做为读写器读取标签发来的IQ域信号序列；子模块S12，用于计算每个采样点采样的本地密度；子模块S13，用于识别及去除噪声点：对于本地密度低于阈值的采样点，将其视为噪声节点并去除，得到去噪后的IQ域信号序列；子模块S14，用于对采样点进行聚类，得到不同的簇，并对识别出的簇进行编号；子模块S15，用于计算任意两个簇之间的转移概率；子模块S16，用于根据转移概率识别出每个簇的邻居簇，具体是将与任一簇Ci转移概率最高的Q个簇作为Ci的邻居簇Cnei(Ci)，其中，Q为并发传输的标签个数。进一步的，所述簇分层模块包括如下子模块：子模块S21，用于识别根簇，将根簇Croot作为第0层簇，并将根簇标识已本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反向散射协议中多标签信号并行解码方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，采集IQ域信号序列并对采样点进行聚类得到多个簇，根据任意两个簇之间的转移概率识别出每个簇的所有邻居簇；步骤二，根据得到的所有簇以及每个簇的邻居簇，对所有簇进行分层处理，得到簇的分层；步骤三，根据根簇的电平以及得到的簇的分层，确定每层簇对应的电平组合；步骤四，根据采集到的IQ域信号序列中每个信号所属的簇识别出IQ域信号序列对应的电平组合序列，将电平组合序列分解后得到每个标签对应的电平传输序列，对每个标签完成解码。

【技术特征摘要】
1.一种反向散射协议中多标签信号并行解码方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，采集IQ域信号序列并对采样点进行聚类得到多个簇，根据任意两个簇之间的转移概率识别出每个簇的所有邻居簇；步骤二，根据得到的所有簇以及每个簇的邻居簇，对所有簇进行分层处理，得到簇的分层；步骤三，根据根簇的电平以及得到的簇的分层，确定每层簇对应的电平组合；步骤四，根据采集到的IQ域信号序列中每个信号所属的簇识别出IQ域信号序列对应的电平组合序列，将电平组合序列分解后得到每个标签对应的电平传输序列，对每个标签完成解码。2.如权利要求1所述的反向散射协议中多标签信号并行解码方法，其特征在于，所述步骤一包括如下步骤：步骤S11，采用USRP设备做为读写器读取标签发来的IQ域信号序列；步骤S12，计算每个采样点采样的本地密度；步骤S13，识别及去除噪声点：对于本地密度低于阈值的采样点，将其视为噪声节点并去除，得到去噪后的IQ域信号序列；步骤S14，对采样点进行聚类，得到不同的簇，并对识别出的簇进行编号；步骤S15，计算任意两个簇之间的转移概率；步骤S16，根据转移概率识别出每个簇的邻居簇，具体是将与任一簇Ci转移概率最高的Q个簇作为Ci的邻居簇Cnei(Ci)，其中，Q为并发传输的标签个数。3.如权利要求1所述的反向散射协议中多标签信号并行解码方法，其特征在于，所述步骤二包括如下步骤：步骤S21，识别根簇，将根簇Croot作为第0层簇，并将根簇标识已分层；具体是：当所有的标签都处于睡眠状态即标签没有信息需要发送时，如果所有的信号落在簇Cr中，则将簇Cr识别为根簇Croot，根簇Croot的电平组合为[L,L,…,L]，其中，L表示低电平，根簇的电平组合中L的个数等于标签的个数Q；步骤S22，将根簇之外的其他簇分层；具体是：将根簇Croot的所有邻居簇记为第1层簇，并将第1层簇均标识已分层；对于第2层开始的每一层簇，取该层簇的邻居簇的并集并除去标识已分层的簇，将剩下的簇做为当前层簇的下一层簇，直到所有簇均标识已分层。4.如权利要求1所述的反向散射协议中多标签信号并行解码方法，其特征在于，所述步骤三包括如下步骤：步骤S31，获得第1层簇对应的电平组合；具体是：第1层簇中每个簇的电平组合不同，且每个簇的电平组合均与根簇Croot的电平组合个数相同，且相差一位高电平；步骤S32，根据自身上层邻居簇的电平组合，获得第2层到第N层的各个簇的电平组合；具体是：对于第p层(2≤p≤N)簇中的任一个簇其电平组合根据其在第p-1层的所有邻居簇的电平组合来确定；具体而言：在第p-1层有m个邻居簇其中，m<＝Q；对于在第p-1层的任一个邻居簇其中，j为1至m中任一，其对应的电平组合中所有被识别为H电平的位置或位置组合记为Highj，则簇的所有被识别为H的电平的位置组合为High1∪High2∪…∪Highm即将簇的电平组合中对应的位置的电平置H，并将其余电平置L，同时保证簇对应的电平组合的电平个数等于标签个数Q。5.如权利要求1所述的反向散射协议中多标签信号并行解码方法，其特征在于，所述步骤四包括如下步骤：步骤S41，将步骤一采集到的IQ域信号序列中的每个信号替换为该信号所属的簇的编号，得到IQ域信号序列对应的簇的序列；步骤S42，将步骤S41得到的簇的序列中的每个簇替换为该簇的电平组合，得到IQ域信号序列对应的电平组合序列；其中，每个簇的电平组合中的所有电平信号与所有标签发送的信号一一对应；步骤S43，将步骤S42得到的电平组合序列中任一电平组合分解成Q个标签中每个标签的信号，待所有的电平组合分解后，得到Q个标签中每个标签对应的电平传输序列；步骤S44，对每个标签发送的电平传输序列进行解码。6.一种反向散射协议中多标签信号并行解码系统，其特征在于，包括如下依次相连接的模块：信号采集模块，...

【专利技术属性】
技术研发人员：房鼎益，孟鑫，金梦，孙雪，徐丹，陈晓江，陈峰，王安文，王薇，汤战勇，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61