一种环境反向散射系统的读写器的门限值的确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线网络射频识别技术领域。更具体地，涉及一种环境反向散射系统 的读写器的门限值的确定方法。
【背景技术】
[0002] 在过去的 20 年里，射频识别（Radio Frequency Identification, RFID)系统引起 了学术界和工业界的广泛关注。典型的RFID系统由一个读写器（Reader)和一个标签（Tag) 组成，利用反向散射（Backscatter)技术进行通信。首先读写器发送一个射频信号给标签， 标签接收该信号并加载自身信息，而后反射回读写器。可以说，反向散射技术是RFID系统 的关键技术，是RFID系统区别于点到点、协作（Cooperative)等其他无线通信系统的标志 之一。
[0003] 反向散射技术起源于二战时期（1939-1945)，为了区分飞来的战机是敌方还是 己方而在己方飞机上安装标签，从而己方雷达发射的射频信号能反射回来，根据此信号能 进行判别。1990年至2000年间，一个著名且成功的RFID产品--电子不停车收费系统 (Electronic Toll Collection,ETC)--开始大规模商用。2000年后，随着集成电路技术 的大幅提高和物联网相关应用的飞速发展，RFID系统成本大幅度降低，从而应用更加广泛。 因此，反向散射技术也引起了学术界的进一步的重视和研究，包括反向散射信道衰落特性、 路径损耗模型、性能分析、标签阻抗特性、编码和检测、多天线技术、网络层安全和物理层安 全、以及在传感器网络中的应用等。
[0004] 传统反向散射技术缺点是：受限于距离。因为它要求读写器产生并发送一个射频 信号，并要求标签接收并反射回读写器，在这一发一回的过程中，无线信号会经历一个往返 的路径衰落。因此，路径损耗大，有效通信距离短。
[0005] 针对此缺点，学术界于2013年提出了一种新型的反向散射技术：环境反向散射 (Ambient backscatter)。环境反向散射技术利用周围已有的无线信号和读写器进行通信， 这些周围已有的无线信号包括无线电视信号、无线广播信号和WiFi信号等。
[0006] 环境反向散射技术基本通信原理是：（1)标签通过反射和不反射收到的无线信号 来表示0和1两种状态；(2)阅读器根据反射和不反射信号两种情况下接收信号的差别和 特点，采取一定的信号处理方式来检测出这两种状态。
[0007] 值得注意的是，环境反向散射技术不仅可以用于RFID系统，而且适用于传感器和 物联网。环境反向散射技术利用无线信号获得能量并进行通信，可以让传感器摆脱电池的 束缚，避免频繁的人工维护操作，这具有重大的应用价值。
[0008] 然而，尽管现有文献中提出了环境反向散射技术，设计了物理电路并实现了原型 样机，但并没有给出相应的通信理论，只是指出了这个新的研究方向并利用原型样机验证 了可行性。现有文献中利用差分检测和平均多个信号能量的方法来避免信道估计并实现了 区分0和1比特。但是，这种方法可靠性不高，传输速率低，而且差分检测容易导致错误传 递（Error propagation)〇
[0009] 因此，需要针对利用环境反向散射技术的读写器提供一种检测门限值的确定方 法。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于提供一种环境反向散射系统的读写器的门限值的确定方法。
[0011] 为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
[0012] -种环境反向散射系统的读写器的门限值的确定方法，该确定方法包括如下步 骤：
[0013] 利用射频源向其周围环境发射源射频信号；
[0014] 利用电子标签接收来自射频源的源射频信号，并且连续地向其周围环境反射射频 信号；
[0015] 利用读写器接收来自射频源的源射频信号、电子标签反射的射频信号和环境中的 噪声信号；
[0016] 读写器对实际接收的射频信号进行解调，得到解调后的射频信号；
[0017] 利用读写器计算N个连续的读写器解调后的射频信号的平均功率；N为正整数，且 10 彡 N 彡 1000 ;
[0018] 分别获得当电子标签处于非反射状态和反射状态时N个连续的读写器解调后的 射频信号的平均功率的概率分布函数；
[0019] 由电子标签反射的射频信号的概率分布函数分别计算得到电子标签处于反射状 态或非反射状态时的误比特率；
[0020] 分别得到读写器的第一门限值和第二门限值；第一门限值为当误比特率最小时的 门限值；第二门限值为当电子标签处于反射状态的误比特率与其处于非反射状态的误比特 率相等时的门限值。
[0021] 优选地，所述源射频信号的表达式为：
[0023] 其中，xQ(t)为射频源向其周围环境发射的源射频信号；射频源的载波频率； S (t)为复基带等效信号；t为时隙。
[0024] 优选地，电子标签实际接收的射频信号的表达式为：
[0026] 其中，X1 (t)为电子标签实际接收的射频信号；g为射频源到电子标签的信道衰落 系数。
[0027] 优选地，当电子标签处于反射状态时，电子标签向其周围环境反射的射频信号的 表达式为：
[0028] a(t) = η B (t) X1Ct)；
[0029] 其中，a(t)为当电子标签处于反射状态时，电子标签向其周围环境反射的射频信 号；n为电子标签对其实际接收的射频信号X 1 (t)的反向散射的复衰落系数；B(t)为电子 标签发送的比特信息；对于N个连续的电子标签实际接收的射频信号Xl(t)，B(t)的值保持 不变；当电子标签处于反射状态时，B (t)的值为1;当电子标签处于非反射状态时，B (t)的 值为0。
[0030] 优选地，读写器实际接收的射频信号的表达式为：
[0032] 其中，.?·(〇为读写器实际接收的射频信号；h为射频源到读写器的信道衰落系数；m 为电子标签到读写器的信道衰落系数；电⑴为零均值加性高斯白噪声，且其满足均值为〇， 方差为f的正态分布，方差的值等于零均值加性高斯白噪声黾(〇的功率P ub。
[0033] 优选地，读写器解调后的射频信号的表达式为：
[0035] 其中，y(t)为读写器解调后的射频信号；Θ。为射频源与读写器之间的载波相位偏 移；A为射频源与读写器之间的载波频率偏移。
[0036] 优选地，N个连续的读写器解调后的射频信号的平均功率的计算公式为：
[0038] 其中，rk*N个连续的读写器解调后的射频信号的平均功率；k为电子标签反射 的射频信号的个数，且I < k < I ;1为传输比特数，且I为正整数；读写器共接收到kN个解 调后的射频信号，每N个连续的读写器解调后的射频信号对应电子标签的反射状态或非反 射状态，电子标签共反射I个状态给读写器；传输比特数的值取决于无线信道相关时间和 射频源的信号传输时间，且传输比特数小于或等于无线信道相关时间与射频源的信号传输 时间的比值。
[0039] 优选地，电子标签处于非反射状态时读写器解调后射频信号的平均功率的概率分 布的平均值的计算公式为：
[0040] δ0^ |h I 2Ps+PMb；
[0041] 其中，δ。为电子标签处于非反射状态时读写器解调后射频信号的平均功率的概 率分布的平均值；P S为读写器实际接收的来自射频源的源射频信号xjt)的平均功率；
[0043] 其中，g为电子标签处于非反射状态时读写器解调后射频信号的平均功率的概率 分布的方差；
[0044] 电子标签处于反射状态时读写器解调后射频信号的平均功率的概率分布的平均 值的计算公式为：
[0046] 其中，δ i为电子标签处于反射状态时读写器解调后射频信号的平均功率的概率 分布的平均值；PS为读写器实际接收的来自射频源的源射频信号X Jt)的平均功率；
[0047] 当电子标签处于反