本發(fā)明涉及無線通信，尤其涉及一種基于fsk的背向散射通信方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、背向散射技術(shù)因其無需自身產(chǎn)生信號而是利用周圍環(huán)低功耗背向散射通信系統(tǒng)及其建模與驗證境信號進(jìn)行無線通信的特點(diǎn)。特別是對于分布式光伏(pv)發(fā)電系統(tǒng)來說，背向散射技術(shù)滿足了實時傳感需求，降低了部署與維護(hù)成本。

2、然而，現(xiàn)有的背向散射模型未能充分考慮實際部署中諸如硬件插入損耗、非理想天線增益、路徑損耗指數(shù)以及噪聲基底等因素的影響，這些因素極大地影響了系統(tǒng)性能，因此，有必要開發(fā)一種考慮這些實際因素的背向散射通信模型，以提高模型的可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本部分的目的在于概述本發(fā)明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本技術(shù)的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

2、鑒于上述現(xiàn)有存在的問題，提出了本發(fā)明。因此，本發(fā)明提供了一種基于fsk的背向散射通信方法解決背向散射充分考慮實際部署中諸如硬件插入損耗、非理想天線增益、路徑損耗指數(shù)以及噪聲基底等因素的影響，提高模型的可靠性的問題。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

4、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于fsk的背向散射通信方法，包括：對實際鏈路預(yù)算進(jìn)行分析，構(gòu)建fsk背向散射通信模型，所述分析包括硬件插入損耗、非理想天線增益、路徑損耗指數(shù)以及噪聲底的因素分析；

5、基于所述fsk背向散射通信模型，計算鏈路預(yù)算，并設(shè)置通信參數(shù)，以完成背向散射的通信過程，所述通信過程包括fsk調(diào)制、非相干解調(diào)以及自適應(yīng)匹配濾波處理。

6、作為本發(fā)明所述的基于fsk的背向散射通信方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述構(gòu)建fsk背向散射通信模型包括：

7、進(jìn)行第一階段的信號傳播，響應(yīng)于發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號，標(biāo)簽接收后對信號在到達(dá)標(biāo)簽之前的初始衰減進(jìn)行分析，并計算到達(dá)標(biāo)簽內(nèi)部電路的信號功率；

8、響應(yīng)于標(biāo)簽接收的信號，進(jìn)行第二階段的信號傳播，基于無線信道傳播距離，將信號從標(biāo)簽天線發(fā)射到接收機(jī)，并分析信號傳播過程中的插入損耗以及無線信道傳播損耗，以得到最大通信距離。

9、作為本發(fā)明所述的基于fsk的背向散射通信方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述初始衰減的分析包括：

10、設(shè)第一階段的信號傳播距離為d，根據(jù)電磁波傳播衰減算法，得到初始衰減loss1計算公式，表示為：

11、

12、其中，λ表示載波波長，α1表示第一階段的信道衰減指數(shù)；

13、經(jīng)歷所述初始衰減后，到達(dá)標(biāo)簽內(nèi)部電路的信號功率pin表示為：

14、pin＝ptx+(gtx+gtag)+loss1

15、其中，ptx表示發(fā)射功率，gtx表示發(fā)射天線增益，gtag表示標(biāo)簽天線入射增益。

16、作為本發(fā)明所述的基于fsk的背向散射通信方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述分析信號傳播過程中的插入損耗以及無線信道傳播損耗包括：

17、所述無線信道傳播損耗loss2表示為：

18、

19、其中，α2表示第二階段的信道衰減指數(shù)；

20、基于所述無線信道傳播損耗loss2，接收機(jī)接收到的信號功率prx表示為：

21、prx＝pout+(gtag+grx)+loss2

22、其中，pout表示標(biāo)簽的輸出功率，grx表示接收天線增益；

23、其中，標(biāo)簽的插入損耗為標(biāo)簽接收到的功率和發(fā)射功率之間的差值，表示為：

24、tloss＝pout-pin

25、設(shè)第一階段和第二階段的信號傳播距離相等，接收機(jī)接收到的信號功率表示為：

26、prx＝(ptx+gtx+loss1+gtag)+tloss+(gtag+loss2+grx)

27、其中，grx表示接收天線增益。

28、作為本發(fā)明所述的基于fsk的背向散射通信方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述得到最大通信距離包括：

29、設(shè)噪聲基底為pn，成功解調(diào)所需的信噪比閾值為s，當(dāng)prx＞pn+s時，可以維持穩(wěn)定的通信，當(dāng)prx＝pn+s時，表示標(biāo)簽的理論臨界通信距離；

30、接收機(jī)接收到的信號功率prx中包含的距離相關(guān)項是loss1和loss2，可以得到得到以下公式，表示為：

31、loss1+loss2＝pn+s-(ptx+gtx+gtag+tloss+gtag+grx)

32、得到最大通信距離dmax，表示為：

33、

34、作為本發(fā)明所述的基于fsk的背向散射通信方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述fsk調(diào)制包括：

35、發(fā)射機(jī)發(fā)送單載波，背向散射標(biāo)簽在帶寬b內(nèi)工作，通過切換射頻開關(guān)調(diào)制入射激勵信號，當(dāng)操作帶寬定義為b，載波頻率為f0時，背向散射信號分別位于fl＝f0-b/2和fh＝f0+b/2的頻率上，標(biāo)簽調(diào)制的信號c(t)表示為：

36、c(t)＝a(t)cos(2πflt)+(1-a(t))cos(2πfht)

37、其中，a(t)表示周期為t的方波；

38、基于fsk調(diào)制的背向散射信號，即接收機(jī)接收到的信號表示為：

39、

40、其中，fs表示引入的頻率偏移，fc表示系統(tǒng)頻率偏移，n(t)表示加性高斯白噪聲。

41、作為本發(fā)明所述的基于fsk的背向散射通信方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述非相干解調(diào)以及自適應(yīng)匹配濾波處理包括：

42、基于所述fsk調(diào)制后，對信號進(jìn)行非相干解調(diào)，信號從射頻帶轉(zhuǎn)移到基帶，消除頻率偏移fs，得到信號f(t)表示為：

43、

44、在獲取基帶信號后，提取不同的基帶信號，基帶信號正交分量并行通過一對匹配濾波器，獲得不同頻率的包絡(luò)檢測信號；

45、每個所述基帶信號通過低通濾波器取絕對值，濾波器的截止頻率與載波頻率匹配，再對fsk低頻分量以及高頻分量的信號進(jìn)行組合處理，得到雙極性波形信號，并進(jìn)行解碼提取與最大相關(guān)峰值幅度對應(yīng)的采樣率信息。

46、第二方面，本發(fā)明提供了一種基于fsk的背向散射通信系統(tǒng)，包括：

47、構(gòu)建模塊，用于對實際鏈路預(yù)算進(jìn)行分析，構(gòu)建fsk背向散射通信模型，所述分析包括硬件插入損耗、非理想天線增益、路徑損耗指數(shù)以及噪聲底的因素分析；

48、通信模塊，用于基于所述fsk背向散射通信模型，計算鏈路預(yù)算，并設(shè)置通信參數(shù)，以完成背向散射的通信過程，所述通信過程包括fsk調(diào)制、非相干解調(diào)以及自適應(yīng)匹配濾波處理。

49、第三方面，本發(fā)明提供了一種電子設(shè)備，包括：

50、存儲器和處理器；

51、所述存儲器用于存儲計算機(jī)可執(zhí)行指令，所述處理器用于執(zhí)行所述計算機(jī)可執(zhí)行指令，該計算機(jī)可執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)所述基于fsk的背向散射通信方法的步驟。

52、第四方面，本發(fā)明提供了一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其存儲有計算機(jī)可執(zhí)行指令，該計算機(jī)可執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)所述基于fsk的背向散射通信方法的步驟。

53、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明考慮了實際部署中的各種因素進(jìn)行低功耗背向散射通信系統(tǒng)建模與驗證，有效的提高了系統(tǒng)的可靠性并降低了系統(tǒng)功耗，通過理論分析和實驗驗證，優(yōu)化了系統(tǒng)的通信距離，使其適應(yīng)不同的通信環(huán)境和應(yīng)用需求。