实现并发Wi-Fi反向散射通信的译码方法及系统

本发明涉及反向散射通信领域，涉及一种实现多标签并发wi-fi反向散射通信的译码方法及系统。

背景技术：

1、反向散射通信技术因其超低功耗、低成本和简便部署等特点，正逐渐成为物联网的核心技术，有望广泛应用于环境监测、智能家居、智能物流和医疗保健等物联网领域。然而，传统的反向散射通信系统需使用专用的载波发射器（例如，rfid中的reader）生成射频激励信号，这不仅增加了实施成本，也降低了灵活性。近年来，研究者们已经探索使用环境中已有信号（如蓝牙、zigbee、tv、lora和wi-fi）作为射频激励信号的可行性。

2、由于wi-fi信号广泛存在，且大多数物联网设备有望兼容wi-fi信号，因此基于wi-fi的反向散射通信系统得到了广泛研究。2014年发表在sigcomm上的wi-fi backscatter是第一个兼容wi-fi信号的反向散射系统。自那时起，研究者们提出了各种兼容wi-fi信号的反向散射系统，例如2016发表在sensys的hitchhike、同年发表在sigcomm的fs-backscatter、2017年发表在conext的freerider、2020年发表在nsdi的vmscatter、2021年发表在nsdi的tscatter和syncscatter、2022年发表在mobisys的cab，以及2023年发表在mobisys的chameleon。这些基于wi-fi的反向散射系统虽然各具特点和优势，但均运行在单标签模式下，不支持多标签并发的反向散射通信，导致单个反向散射标签将独占信道，从而降低了频谱效率和通信效率。

3、编码机制（例如，cdma）是一种有效的方案，可实现多设备的并发传输。在利用编码机制实现多设备并发传输的系统中，每个发送端被分配一个独一无二的伪随机码，这些码之间是正交的或接近于正交的。发送端使用分配的伪随机码对信息进行编码，接收端使用相应的伪随机码来解码对应设备传输的信息。2014年发表在sigcomm的μcode使用了一组交替的“10”编码序列和ook调制方式实现了并发的tv反向散射通信，获得的误码率约为0.009。在μcode中，比特“1”和比特“0”被各自编码为“1010…l…1010”和“0000…l…0000”，其中l表示编码序列的长度，例如编码序列“101010”的长度l的值是6。为了实现多标签的并发传输，不同标签的码率需满足2k(k=1,2,3…)的倍数关系。例如，对于两个并发的散射通信的第i个反向散射标签和j而言，它们的码率应满足rj=2kri或ri=2krj的关系。因为ook调制方式独立于具体的信号类型，原则上μcode的编译码方法也能用于实现并发的wi-fi反向散射通信。然而，将μcode的编译码方法应用于wi-fi信号时，获得的误码率达到了0.27～0.4。对于大多数物联网应用而言，如此高的误码率显然是不可接受的。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供了一种实现并发wi-fi反向散射通信的译码方法及系统，能在多标签并发的wi-fi反向散射通信系统中降低误码率，提升系统的吞吐量，提高多标签并发的wi-fi反向散射通信的可靠性，进而解决现有技术中存在的上述技术问题。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种实现并发wi-fi反向散射通信的译码方法，用于对包含n个反向散射标签的并发wi-fi反向散射通信系统中的第i个反向散射标签的数据进行解码，n取值为大于等于2的整数，i取值为1到n的整数，包括：

4、步骤1，从接收的psdu字段携带的多个反向散射标签的叠加数据中，计算第i个反向散射标签的单个码元持续时间内的采样点数量：

5、步骤2：从接收的psdu字段携带的多个反向散射标签的叠加数据中，计算第i个反向散射标签传输数据的比特数目；

6、步骤3：通过步骤1计算得出的采样点数量分别计算得出第一中间变量和第二中间变量的值；

7、步骤4：利用步骤3得出的第一中间变量和第二中间变量计算每个比特持续时间内的同相分量和正交相分量的和值；

8、步骤5：将步骤4得到的和值进行归一化处理得到归一化和值；

9、步骤6：利用步骤5得到的归一化和值计算出阈值；

10、步骤7：将归一化和值中的每个值与步骤6得到的阈值进行比较，根据比较结果来评估确定第i个反向散射标签传输的数据值。

11、一种实现并发wi-fi反向散射通信的译码系统，用于实现本发明所述的方法，包括：

12、激励信号发送端装置、至少两个反向散射标签和反向散射信号接收端装置；其中，

13、所述激励信号发送端装置，能发射wi-fi信号作为激励信号；

14、各反向散射标签，均能采用分配的编码对待传输的数据进行编码，然后根据分配的码率和ook调制方式对所述激励信号发送端装置发射的激励信号的psdu字段进行调制，并通过调制后的激励信号与所述反向散射信号接收端装置通信连接；

15、所述反向散射信号接收端装置，能对来自多个反向散射标签的散射信号进行叠加，然后执行abs(y(801:end))操作来获取各反向散射标签调制后的802.11n信号的psdu字段，通过阈值比较取值的方式对psdu字段携带的多个反向散射标签的数据进行解码。

16、与现有技术相比，本发明所提供的实现并发wi-fi反向散射通信的译码方法及系统，其有益效果包括：

17、相比于现有μcode方法，本发明的译码方法能够有效缓解其它标签带来的信号干扰，因此降低了误码率，使得本发明的译码方法具有更低的误码率；在其它变量（参数）一致的情况下，更低的误码率会导致更高的吞吐量，因此，本发明的译码方法具有更高的吞吐量，由于具有更低的误码率和更高的吞吐量，本发明的译码方法能实现更广泛的物联网应用，如在物流领域，标签能够附着在物品上，协助物流管理人员去识别货物，由本发明的译码方法能够同时识别多个货物，因此降低了识别延迟并提高了效率。本发明的译码方法能够有效降低多标签协同运行的冲突，使得解码的数据能够准确反映环境状况，从而实现最佳的环境调整。

技术特征：

1.一种实现并发wi-fi反向散射通信的译码方法，其特征在于，用于对包含n个反向散射标签的并发wi-fi反向散射通信系统中的第i个反向散射标签的数据进行解码，n取值为大于等于2的整数，i取值为1到n的整数，包括：

2.根据权利要求1所述的实现并发wi-fi反向散射通信的译码方法，其特征在于，所述步骤1中，通过以下公式(1)计算第i个反向散射标签的单个码元持续时间内的采样点数量，公式(1)为：

3.根据权利要求1或2所述的实现并发wi-fi反向散射通信的译码方法，其特征在于，所述步骤4中，按以下方式计算每个比特持续时间内的同相分量和正交相分量的和值，包括：

4.根据权利要求3所述的实现并发wi-fi反向散射通信的译码方法，其特征在于，所述步骤5中，按以下公式将步骤4得到的和值进行归一化处理得到归一化和值，公式为：

5.根据权利要求4所述的实现并发wi-fi反向散射通信的译码方法，其特征在于，所述步骤7中，按以下方式将归一化和值中的每个值与步骤6得到的阈值进行比较，根据比较结果来评估确定第i个反向散射标签传输的数据值，包括：

6.一种实现并发wi-fi反向散射通信的译码系统，其特征在于，用于实现权利要求1至5任一项所述的方法，包括：

7.根据权利要求6所述的实现并发wi-fi反向散射通信的译码系统，其特征在于，所述反向散射信号接收端装置按以下方式通过阈值比较取值的方式对多个反向散射标签的数据进行解码，包括：

8.根据权利要求7所述的实现并发wi-fi反向散射通信的译码系统，其特征在于，

9.根据权利要求7或8所述的实现并发wi-fi反向散射通信的译码系统，其特征在于，

10.根据权利要求7或8所述的实现并发wi-fi反向散射通信的译码系统，其特征在于，所述步骤s7中，按以下方式将归一化和值中的每个值与步骤s6得到的阈值进行比较，根据比较结果来评估确定第i个反向散射标签传输的数据值，包括：

技术总结
本发明公开一种实现并发Wi‑Fi反向散射通信的译码方法及系统，方法包括：步骤1，从接收的多个反向散射标签的叠加数据中，计算第i个标签的单个码元持续时间内的采样点数量：步骤2：计算第i个标签传输数据的比特数目；步骤3：用计算得出的采样点数量分别算出第一、二中间变量；步骤4：用得出的第一、二中间变量计算每个比特持续时间内的同相分量和正交相分量的和值；步骤5：将得到的和值归一化得到归一化和值；步骤6：用得到的归一化和值计算出阈值；步骤7：将归一化和值中的每个值与得到的阈值比较，根据比较结果评估确定第i个反向散射标签传输的数据值。该方法及系统，具有更低的误码率、更高的吞吐量和更广泛的物联网应用的优点。

技术研发人员：吴为岂,王帅,惠维,龚伟
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4