一种背向散射多标签传输及接收方法、设备和系统

本发明属于无线通信领域，更具体地，涉及一种背向散射多标签传输及接收方法、设备和系统。

背景技术：

1、作为一种新兴的超低功耗通信范式，背向散射通信通过散射已有的射频信号来传输信息，无需耗电昂贵的射频合成器等无线电组件，是近年来物联网最具竞争力的方案之一，有望推动通信技术变革性发展。由于lte、5g nr和wifi中广泛应用ofdm等多载波技术，环境射频信号大多为多载波信号，多载波背向散射有着广泛的应用前景。随着物联网不断地向广度和深度发展，物联网设备爆炸式增长，单标签传输已无法满足智慧农业、仓库管理等物联网场景的需求，亟需提出以多载波信号为激励源的多标签传输方法。现有的多载波背向散射方案主要采用符号级调制，即标签在一个或者多个多载波符号上传递一个比特。因此，多载波符号的多个子载波均传递相同的标签信息。然而，一个子载波就能解调一个标签的信号，冗余的子载波无法得到充分利用。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种背向散射多标签传输及接收方法、设备和系统，通过充分利用多载波背向散射方案中符号级调制蕴含的子载波冗余性，实现了背向散射多标签的同时通信，提升了系统的传输速率和频谱效率。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种背向散射多标签传输方法，包括：

3、将多个背向散射标签与基站发射的多载波激励信号进行同步并对激励信号进行背向散射处理，得到背向散射信号；

4、进一步地，多个背向散射标签与激励信号进行同步并对激励信号进行背向散射处理，包括以下步骤：

5、多个标签对激励信号进行能量检测，从而实现与激励信号的同步；

6、基站发射激励信号中的前导符号时，多个标签搬移激励信号的频率，即进行移频调制，而不传输数据符号，得到背向散射前导符号；

7、基站发射激励信号中的数据符号时，首先，多个标签依次传输参考符号，对激励数据符号进行背向散射处理，得到背向散射参考符号，即第k个标签传输第k个参考符号，而当第k个标签传输参考符号时其余标签不进行背向散射处理，其中，k＝1,2,……,k，k为标签的数目；接着，多个标签同时传输数据符号，对激励数据符号进行背向散射处理，得到背向散射数据符号；

8、所述标签的背向散射处理为进行移频调制和相移键控调制，所传输参考符号和数据符号均为相移键控的符号，且相移键控的符号持续时间为激励信号中多载波符号的整数倍。

9、进一步地，移频调制和相移键控调制包括：生成对应的背向散射反射系数的变化序列，根据背向散射反射系数的变化序列，在不同的反射系数之间进行切换，通过反射激励信号将背向散射基带信号附加到激励信号上，实现背向散射调制。

10、第二方面，本发明提出了一种背向散射标签，用于执行第一方面所述的背向散射多标签传输方法。

11、第三方面，本发明提供了一种背向散射多标签接收方法，包括：

12、接收激励信号和背向散射信号，解调激励信号，对背向散射信号进行帧同步，估计背向散射等效信道，根据背向散射等效信道的估计结果解调多个标签传输的信息比特。

13、进一步地，接收机接收基站发射的激励信号和背向散射信号，解调多个标签传输的信息比特，包括以下步骤：

14、接收机首先解调基站发射的激励信号，并根据背向散射信号中的前导符号实现背向散射信号的帧同步；

15、估计背向散射等效信道，单个标签对应的等效信道为基站与标签之间的前向信道乘以标签所发射的相移键控数据符号，再乘以标签与接收机之间的后向信道，而多个标签对应的等效信道为每个标签对应的等效信道之和；

16、根据背向散射等效信道的估计结果解调多个标签传输的信息比特。

17、进一步地，接收机估计背向散射等效信道，包括以下步骤：

18、将接收信号中第k个背向散射参考符号上第p个子载波的符号值，除以与所述背向散射参考符号同时到达接收机的激励数据符号上第p个子载波的符号值，再除以标签所发射的相移键控的参考符号，得到第k个标签在第p个子载波上对应的背向散射级联信道的估计结果，即前向信道与后向信道的乘积，p＝1,2,……,p，p为子载波的数目；

19、重复上述操作，得到k个标签在p个子载波上对应的背向散射级联信道的估计结果；

20、为了计算k个标签发送不同数据符号时对应的背向散射等效信道，首先选定一组标签数据，即确定每个标签分别发送的数据符号，接着分别计算每个标签对应的等效信道，即将第k个标签的背向散射级联信道与数据符号相乘，最后将每个标签对应的等效信道进行求和，得到这一组标签数据对应的等效信道；

21、重复上述操作，得到所有可能的标签数据在p个子载波上对应的等效信道参考值。

22、进一步地，接收机根据信道估计结果解调多个标签传输的信息比特，包括以下步骤：

23、将接收信号中某一个背向散射数据符号上第p个子载波的符号值，除以与所述背向散射数据符号同时到达接收机的激励数据符号上第p个子载波的符号值，得到该背向散射数据符号在第p个子载波上对应的等效信道估计值；

24、重复上述操作，得到该背向散射数据符号在p个子载波上对应的等效信道估计值；

25、计算该背向散射数据符号在p个子载波上对应的等效信道估计值和所有可能的标签数据在p个子载波上对应的等效信道参考值之间的差距，将最小差距对应的标签数据判决为该背向散射数据符号所传输的标签信息。

26、第四方面，本发明提出了一种接收机，用于执行第三方面所述的背向散射多标签接收方法。第五方面，本发明提出了一种背向散射多标签传输系统，包括执行第一方面所述的背向散射多标签传输方法的背向散射标签和第三方面所述的背向散射多标签接收方法的接收机。

27、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

28、1、本发明提出了一种背向散射多标签传输方法，接收机充分利用多载波背向散射方案中符号级调制带来的子载波冗余性，通过估计标签数据对应的等效信道解调标签传输的数据，实现了背向散射多标签的同时传输，提升了系统的传输速率和频谱效率；

29、2、在本发明所提出的背向散射多标签传输方法中，接收机首先估计单个标签的背向散射级联信道，接着根据单个标签的背向散射级联信道计算多个标签传输数据符号时对应的等效信道，无需多个标签传输所有可能的数据符号，降低了信道估计的开销。

技术特征：

1.一种背向散射多标签传输方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的背向散射多标签传输方法，应用于背向散射标签，其特征在于，包括：

3.如权利要求2所述的背向散射多标签传输方法，其特征在于，移频调制和相移键控调制包括：生成对应的背向散射反射系数的变化序列，根据背向散射反射系数的变化序列，在不同的反射系数之间进行切换，通过反射激励信号将背向散射基带信号附加到激励信号上，实现背向散射调制。

4.一种背向散射标签，其特征在于，用于执行权利要求1至3任一项所述的背向散射多标签传输方法。

5.一种背向散射多标签接收方法，其特征在于，包括：

6.如权利要求5所述的背向散射多标签接收方法，应用于接收机，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的背向散射多标签接收方法，其特征在于，所述估计背向散射等效信道，包括：

8.如权利要求6所述的背向散射多标签接收方法，其特征在于，所述根据背向散射等效信道的估计结果解调多个背向散射标签传输的信息比特，包括：

9.一种接收机，其特征在于，用于执行权利要求5至8任一项所述的背向散射多标签接收方法。

10.一种背向散射多标签传输系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种背向散射多标签传输及接收方法、设备和系统，属于无线通信技术领域，包括：多个背向散射标签与基站发射的多载波激励信号进行同步并对激励信号进行背向散射处理；接收基站发射的激励信号和背向散射信号，解调基站发射的激励信号，对背向散射信号进行帧同步，估计背向散射等效信道，根据背向散射等效信道的估计结果解调多个背向散射标签传输的信息比特。本发明充分利用多载波背向散射方案中符号级调制蕴含的子载波冗余性，实现了背向散射多标签的同时通信，提升了系统的传输速率和频谱效率。

技术研发人员：江涛,李柳,彭宇翔,张宇
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13