【技术实现步骤摘要】
一种基于相位偏差重构的环境反向散射通信系统
[0001]本专利技术涉及一种基于相位偏差重构的环境反向散射通信系统，属于无线通信、物联网领域。
技术介绍
[0002]随着世界信息产业的快速发展，6G技术成为当今世界各个国家研究的重点；6G提出“万物互联、万物智联”设计理念，极大的推动了物联网的高速发展；环境反向散射技术以其功耗低、自供电、频谱广、成本低的特点，在6G技术以及物联网发展方面占据了一席之地；环境反向散射通信系统将传输信息搭载在环境中的射频信号上，可以减少部署专用射频信号源的成本，提升了频谱资源的利用率；通过调节天线与射频电路匹配性能，实现通信系统的自供电和通信功能；天线与射频电路匹配时，可以吸收环境中的无线信号转化为电能；天线与射频电路不匹配时，实现终端设备向接收设备的信息传输，完成通信过程。
[0003]环境反向散射通信系统中重点是数据通信质量，因此保证数据在任意位置都能进行通信，是环境反向散射通信系统可以广泛应用的根本问题；目前环境反向散射通信广泛使用的是OOK(二进制振幅键控，On
‑
Off Keying)调制方式，能有效的降低终端设备功耗，终端设备通过控制匹配电路实现对环境中射频信号的反射与不反射；接收设备接收环境中的射频信号和终端设备反射的射频信号，通过判断射频信号功率的大小进而判断终端设备是否反射信号；由于接收设备天线处接收到终端设备反射的射频信号与信号源发送的射频信号不能始终保持相同的相位，因此会出现有终端设备反射射频信号与无终端设备反射射频信号检波后电压值一致，传输...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于相位偏差重构的环境反向散射通信系统，其特征是包括射频信号源，终端设备，接收设备；射频信号源一方面通过第一路径hst将射频信号传送到终端设备，另一方面通过第二路径hsr将射频信号传送到接收设备；所述终端设备根据所需要传递的二进制数据选择对通过第一路径hst传来的射频信号通过第三路径htr反射到接收设备或不反射到接收设备；接收设备通过对第二路径hsr传送的射频信号和通过第三路径htr传送的终端设备反射的射频信号进行信号叠加并通过包络检波器进行检波，恢复二进制信号波形。2.根据权利要求1所述的一种基于相位偏差重构的环境反向散射通信系统，其特征是所述射频信号源所产生的射频信号如公式(1)所示：x(t)＝Acos(ωt)(1)；其中：x(t)表示射频信号源所产生的射频信号，A表示射频信号幅值，ω＝2π/T＝2πf，ω表示角速度，T和f分别表示射频信号的周期和频率。3.根据权利要求1所述的一种基于相位偏差重构的环境反向散射通信系统，其特征是所述终端设备包括第一单片机，相位控制单元，第一匹配电路，0相位偏移路径，π/2相位偏移路径，第一天线；第一单片机的信号输出端与相位控制单元的信号输入端连接，相位控制单元的输出端与第一匹配电路的输入端连接，第一匹配电路的第一信号输出端与0相位偏移路径的信号输入端连接，第一匹配电路的第二信号输出端与π/2相位偏移路径的信号输入端连接，0相位偏移路径的信号输出端与第一天线的第一信号输入端连接，π/2相位偏移路径的信号输出端与第一天线的第二信号输入端连接；工作时，第一单片机产生二进制数据，并将二进制数据传递到相位控制单元；相位控制单元先选择0相位偏移路径，第一匹配电路经过0相位偏移路径与第一天线连接，并通过将二进制数据控制第一匹配电路与0相位偏移路径和第一天线的匹配特性进行OOK调制功能，实现对经过第一路径hst的射频信号的反射或不反射，此处反射时形成第一组反射射频信号，实现二进制数据的发送；在二进制数据发送完成后，相位控制单元再选择π/2相位偏移路径，第一匹配电路经过π/2相位偏移路径与第一天线连接，并通过将二进制数据控制第一匹配电路与π/2相位偏移路径和第一天线的匹配特性进行OOK调制功能，实现对经过第一路径hst的射频信号的反射或不反射，此处反射时形成第二组反射射频信号，实现二进制数据的再次发送。4.根据权利要求3所述的一种基于相位偏差重构的环境反向散射通信系统，其特征是所述二进制数据控制第一匹配电路与0相位偏移路径和第一天线的匹配特性进行OOK调制功能，实现对经过第一路径hst的射频信号的反射或不反射，具体包括：所述经过第一路径hst的射频信号通过第一天线和0相位偏移路径进入终端设备；当第一匹配电路与0相位偏移路径以及第一天线阻抗匹配时，对进入终端设备的经过第一路径hst的射频信号不反射；当第一匹配电路与0相位偏移路径以及第一天线阻抗不匹配时，对进入终端设备的经过第一路径hst的射频信号沿0相位偏移路径、第一天线反射到环境中，形成第一组反射射频信号；所述二进制数据控制第一匹配电路与π/2相位偏移路径和第一天线的匹配特性进行OOK调制功能，实现对经过第一路径hst的射频信号的反射或不反射，具体包括：所述经过第一路径hst的射频信号通过第一天线和π/2相位偏移路径进入终端设备，当第一匹配电路与π/2相位偏移路径以及第一天线阻抗匹配时，对进入终端设备的经过第一路径hst的射频信号不反射；第一匹配电路与π/2相位偏移路径以及第一天线阻抗不匹配时，进入终端设备的经过第一路径hst的射频信号沿π/2相位偏移路径、第一天线反射到环境中，形成第二组反射
射频信号；所述第一组反射射频信号与第二组反射射频信号相位差为π/2。5.根据权利要求1所述的一种基于相位偏差重构的环境反向散射通信系统，其特征是所述接收设备包括第二天线，第二匹配电路，包络检波器，反向检测单元，第二单片机；其中，第二天线的信号输出端与第二匹配电路的信号输入端连接，第二匹配电路的信号输出端与包络检波器的信号输入端连接，包络检波器的信号输出端与反向检测单元的信号输入端连接，反向检测单元的信号输出端与第二单片机的信号输入端连接；工作时，第二天线连接第二匹配电路，第二天线接收环境中的射频信号并传送到第二匹配电路，环境中的射频信号包括通过第二路径hsr传送的射频信号和终端设备通过第三路径htr反射的射频信号，经过第二匹配电路将环境中的射频信号传输到包络检波器中，包络检波器对第二匹配电路传输的环境中的射频信号进行峰值包络检波，恢复二进制信号波形，并将二进制信号波形传输到反向检测单元，反向检测单元对二进制信号波形进行数据采集获取接收数据，判断接收数据起始位是上升沿还是下降沿，若是上升沿则接收数据与终端设备发送的二进制数据同向，将接收数据传输到第二单片机，若是下降沿则接收数据与终端设备发送的二进制数据反向，将接收数据取反传输到第二单片机，第二单片机与反向检测单元连接，第二单片机接收来自反向检测单元的接收数据，完成终端设备与接收设备通信过程。6.根据权利要求3所述的一种基于相位偏差重构的环境反向散射通信系统，其特征是所述相位控制单元先选择0相位偏移路径，第一匹配电路经过0相位偏移路径与第一天线连接，并通过将二进制数据控制第一匹配电路与0相位偏移路径和第一天线的匹配特性进行OOK调制功能，实现对经过第一路径hst的射频信号的反射或不反射，具体包括：1)当终端设备需要发送的二进制数据为1时，控制终端设备反射射频信号，此时所述射频信号源所产生的射频信号经过第一路径hst和经过终端设备中第一天线、0相位偏移路径反射后形成第一组反射射频信号，第一组反射射频信号如公式(2)所示：其中：x1(t)为第一组反射射频信号；为在终端设备第一天线位置第一组反射射频信号相位值，相位值呈周期性，周期为2π；ηα
hst
A表示接收设备接收到来自终端设备反射射频信号的幅值；η为终端设备反射系数，η代表射频信号经过终端设备反射后信号衰减强度；α
hst
为第一路径hst上射频信号衰减系数，α
hst
代表射频信号经过第一路径hst后信号衰减强度，B(n)表示终端设备发送的二进制数据；2)当终端设备需要发送的二进制数据为0时，终端设备不反射射频信号；所述相位控制单元再选择π/2相位偏移路径，第一匹配电路经过π/2相位偏移路径与第一天线连接，并通过将二进制数据控制第一匹配电路与π/2相位偏移路径和第一天线的匹配特性进行OOK调制功能，实现对经过第一路径hst的射频信号的反射或不反射，具体包括：1)当终端设备需要发送的二进制数据为1时，此时所述射频信号源所产生的射频信号经过第一路径hst和经过终端设备中第一天线、π/2相位偏移路径反射后形成第二组反射射频信号，第二组反射射频信号如公式(3)所示：
其中：x2(t)为第二组反射射频信号；为在终端设备第一天线位置第二组反射射频信号相位值，相位值呈周期性，周期为2π；ηα
hst
A表示接收设备接收到来自终端设备反射射频信号的幅值；η为终端设备反射系数，η代表射频信号经过终端设备反射后信号衰减强度；α
hst
为第一路径hst上信源信号衰减系数，α
hst
代表射频信号经过第一路径hst后信号衰减强度，B(n)表示终端设备发送的二进制数据；2)当终端设备需要发送的二进制数据为0时，终端设备不反射射频信号；π/2相位偏移路径将二进制数据发送完成后，此时终端设备完成数据传输工作。7.根据权利要求3或4或6所述的一种基于相位偏差重构的环境反向散射通信系统，其特征是当终端设备反射射频信号时，所述接收设备接收环境中射频信号源所产生的射频信号和终端设备的反射射频信号的叠加；当终端设备不反射射频信号时，接收设备接收的为环境中射频信号源所产生的射频信号；所述反射射频信号为第一组反射射频信号或第二组反射射频信号；当接收设备接收环境中射频信号源所产生的射频信号和终端设备的第一组反射射频信号的叠加时，射频信号源所产生的射频信号和终端设备的第一组反射射频信号叠加形成第一组射频信号；当接收设备接收环境中射频信号源所产生的射频信号和终端设备的第二组反射射频信号的叠加时，射频信号源所产生的射频信号和终端设备的第二组反射射频信号叠加形成第二组射频信号。8.根据权利要求7所述的一种基于相位偏差重构的环境反向散射通信系统，其特征是所述第一组射频信号的波形函数包含射频信号源所产生的射频信号和终端设备通过0相位偏移路径反射的第一组反射射频信号；第一组射频信号的波形函数如公式(4)所示：其中：y1(t)为第一组射频信号；α
hsr
A表示接收设备接收到来自射频信号源产生的射频信号的幅值；α
h...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱明甫，倪水平，王文斌，宋成，朱智丹，张威，李炳伸，韩冬冬，姚俊峰，袁子浩，刘文佳，
申请(专利权)人：河南垂天科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。