基于环境OFDMWiFi信号的通用反向散射系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于环境OFDM WiFi信号的通用反向散射系统及方法，系统包括：至少一个反向散射标签和一个反向散射接收机；其中，所述反向散射标签，能检测环境中的单流或多流OFDM WiFi信号并将其反向散射，在反向散射的同时对单流或多流OFDM WiFi信号施加通用的标签数据调制；所述反向散射接收机，能捕获所述反向散射标签反向散射的单流或多流OFDM WiFi信号，并从施加通用的标签数据调制的单流或多流OFDM WiFi信号中解码得出标签数据。该系统具有通用的符号级标签数据调制，增加了系统的通用性和吞吐量。通用性和吞吐量。通用性和吞吐量。

【技术实现步骤摘要】
基于环境OFDM WiFi信号的通用反向散射系统及方法


[0001]本专利技术涉及物联网通信领域，尤其涉及一种基于环境OFDM WiFi信号的通用反向散射系统及方法。

技术介绍

[0002]反向散射通信是一种低功耗通信技术，它允许反向散射标签(如物联网节点)通过反射射频激励信号的方式实现被动式的通信。WiFi信号是常用的反向散射通信系统的射频激励信号源，因为现有的WiFi基础设施建设已经非常完善，为反向散射系统提供了充足的激励信号，基于WiFi的反向散射系统只需利用环境中已有的信号，而不需要专用的激励信号发生器，即可实现低功耗通信。环境中的WiFi信号大部分是正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)信号，新型的WiFi协议使用多流技术提高吞吐量，如802.11ac WiFi最多支持8天线多流信号传输，吞吐量为单流信号的8倍。人们期望的基于环境中OFDM WiFi信号的反向散射系统能够通用且高效地利用单流和多流的信号作为低功耗通信的激励源，但现有的系统都不能满足人们的期望。考虑到信号接收机在接收多流信号时可能会执行信号流合并的操作，这会导致标签调制被干扰，接收机因此不能正确解调标签数据。
[0003]为解决此问题，现有反向散射通信系统要么采用分组级低效调制，要么对单流和多流信号使用不同的调制方法。2014年发表在SIGCOMM上的WiFi Backscatter对环境信号实现分组级调制，但吞吐率低。2018年发表在MobiSys的MOXcatter可以对环境中的单流OFDM WiFi信号实现OFDM符号级的调制，虽具有较高的吞吐率，但对环境中的多流OFDM WiFi信号只能实现分组级的调制，不仅调制方式不同，而且吞吐率受限。2020年发表在NSDI的VMscatter可以对单流和多流的OFDM WiFi信号实现OFDM符号级的调制，但其仍对单流和多流信号分别使用不同的调制方式。事实上，一个低功耗、低成本的反向散射标签不具有识别环境信号的天线数、信号流数的能力，因此现有反向散射通信系统非通用的调制方式严重阻碍了它们在无源物联网中的部署与应用。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供了一种基于环境OFDM WiFi信号的通用反向散射系统及方法，能实现对环境OFDM WiFi信号的通用符号级调制，解决已有技术不能通用且高效地利用环境中已有OFDM WiFi信号的问题。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种基于环境OFDM WiFi信号的通用反向散射系统，包括：至少一个反向散射标签和一个反向散射接收机；其中，
[0008]所述反向散射标签，能检测环境中的单流或多流OFDM WiFi信号并将其反向散射，在反向散射的同时对单流或多流OFDM WiFi信号施加通用的标签数据调制；
[0009]所述反向散射接收机，能捕获并解调所述反向散射标签反向散射的单流或多流OFDM WiFi信号，并从解调的施加通用的标签数据调制的单流或多流OFDM WiFi信号中解码得出标签数据。
[0010]一种基于环境OFDM WiFi信号的通用反向散射方法，采用本专利技术所述的基于环境OFDM WiFi信号的通用反向散射系统，包括以下步骤：
[0011]通过所述系统的反向散射标签检测环境中的单流或多流OFDM WiFi信号并将其反向散射，在反向散射的同时，对单流或多流OFDM WiFi信号施加通用的标签数据调制；
[0012]通过所述系统的反向散射接收机捕获并解调所述反向散射标签反向散射的单流或多流OFDM WiFi信号，并从解调的施加通用的标签数据调制的单流或多流OFDM WiFi信号中解码得出标签数据。
[0013]与现有技术相比，本专利技术所提供的基于环境OFDM WiFi信号的通用反向散射系统及方法，其有益效果包括：
[0014]通过反向散射标签在反向散射单流或多流OFDM WiFi信号的同时，对单流或多流OFDM WiFi信号施加通用的标签数据调制，并通过反向散射接收机从解调的施加通用的标签数据调制的单流或多流OFDM WiFi信号中解码得出标签数据。相比于原有的技术MOXcatter和VMscatter，本专利技术的系统具有通用的符号级标签数据调制，增加了系统的通用性和吞吐量。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，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专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
[0016]图1为本专利技术实施例提供的基于环境OFDM WiFi信号的通用反向散射系统的构成示意图。
[0017]图2为本专利技术实施例提供的方法与现有MOXcatter方法的单流激励信号下的标签数据误码率对比图。
[0018]图3为本专利技术实施例提供的图2为本专利技术实施例提供的方法与现有MOXcatter方法的多流激励信号下标签数据误码率对比图。
[0019]图4为本专利技术实施例提供的方法与现有MOXcatter方法的单流激励信号下的标签数据误吞吐率对比图。
[0020]图5为本专利技术实施例提供的图2为本专利技术实施例提供的方法与现有MOXcatter方法的多流激励信号下标签数据吞吐率对比图。
具体实施方式
[0021]下面结合本专利技术的具体内容，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本专利技术的限制。基于本专利技术的实施例，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，都属于本专利技术的保护范围。
[0022]首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：
[0023]术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，X和/或Y表示既包括“X”或“Y”的情况也包括“X和Y”的三种情况。
[0024]术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。
[0025]术语“由
……
组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。
[0026]除另有明确的规定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于环境OFDM WiFi信号的通用反向散射系统，其特征在于，包括：至少一个反向散射标签和一个反向散射接收机；其中，所述反向散射标签，能检测环境中的单流或多流OFDM WiFi信号并将其反向散射，在反向散射的同时对单流或多流OFDM WiFi信号施加通用的标签数据调制；所述反向散射接收机，能捕获并解调所述反向散射标签反向散射的单流或多流OFDM WiFi信号，并从解调的施加通用的标签数据调制的单流或多流OFDM WiFi信号中解码得出标签数据。2.根据权利要求1所述的基于环境OFDM WiFi信号的通用反向散射系统，其特征在于，所述反向散射标签按以下方式在反向散射的同时，对单流或多流OFDM WiFi信号施加通用的标签数据调制，包括：通过在每个符号的时隙中对OFDM WiFi信号施加相位偏移的方式来调制对应的标签数据；所述反向散射接收机包括：信号解调器和标签数据解码器，所述信号解调器能解调所述反向散射标签反向散射的单流或多流OFDM WiFi信号；所述标签数据解码器按以下方式从所述信号解调器解调的施加通用的标签数据调制的单流或多流OFDM WiFi信号中解码得出标签数据，包括：若所述信号解调器捕获所述反向散射标签反向散射的为单流OFDM WiFi信号，则解调后直接解码得出标签数据；若所述信号解调器捕获所述反向散射标签反向散射的为多流OFDM WiFi信号，则在多流OFDM WiFi信号合并前解调后再解码得出标签数据。3.根据权利要求2所述的基于环境OFDM WiFi信号的通用反向散射系统，其特征在于，所述反向散射标签对单流或多流OFDM WiFi信号施加通用的标签数据调制时，若对OFDM WiFi信号中的某个符号施加相位偏移，则调制要传输的二进制标签数据为1，若对OFDM WiFi信号中的某个符号不施加相位偏移，则调制要传输的二进制标签数据为0；所述反向散射接收机还包括：相位误差估算器，通信连接在所述信号解调器与标签数据解码器之间，能根据信道估计的结果对每个符号的子载波作信道误差进行校正，校正后的每一个子载波上保留有反向散射标签对整个符号时隙施加的相位偏移；所述每个符号对应的子载波是在多流OFDM WiFi信号合并前，所述信号解调器去除每一OFDM WiFi信号流上符号的循环前缀，然后经过快速傅里叶变换解调得到的每个符号对应的子载波；所述标签数据解码器通过比较接收子载波的相位和环境信号原始子载波的相位之差求出反向散射标签对反向散射信号施加的相位偏移来解码得出标签数据。4.根据权利要求3所述的基于环境OFDM WiFi信号的通用反向散射系统，其特征在于，所述反向散射接收机的相位误差估算器按以下方式根据信道估计的结果对每个符号的子载波作信道误差进行校正，包括：所述相位误差估算器用接收的OFDM WiFi信号的前K个符号，通过线性回归来估算第i个符号带来的相位误差的截距与斜率若K＝1，则令前K个符号为反向散射标签在每次检测到OFDM WiFi信号时，不施加通用的标签数据调制的前K个符号；对于包含调制标签数据的符号，使用截距和斜率的估计结果与按以下公
式来估算相位误差i＞K；然后将相位估计的结果Φi减去得出用于标签数据解码的标签相位。5.根据权利要求4所述的基于环境OFDM WiFi信号的通用反向散射系统，其特征在于，随着i增加按以下方式实时更新包括：对第i个符号，i＞K，在解码标签数据后，用该第i个符号的相位减去标签数据的相位得到利用重新使用线性回归计算与然后通过公式计算再按公式用更新线性回归的斜率公式中，参数α为更新率，α的取值为(0,1)之间，即0＜α＜1。6.一种基于环境OFDM WiFi信...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨一帆，龚伟，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：