一种提高收发分离反向散射通信激励距离的系统及方法

本发明属于无线通信领域，具体涉及本发明属于无线通信领域一种提高收发分离反向散射通信激励距离的系统及方法。

背景技术：

为了降低物联网通信终端复杂度、成本和功耗，增加终端的部署密度，通常希望采用反向散射通信的方式进行物联网通信(如rfid等)，其工作原理和雷达侦测反射信号的工作原理类似，目标终端不主动发射射频信号，而是通过反射射频激励(或其它来源的)信号并在反射中叠加自身反馈信号的方式来完成通信过程。由于去掉了主动发射的高功耗射频模块，反向散射通信大幅度降低了通信终端的成本和功耗，也因此具有广阔的应用前景。

反向散射通信的主要问题在于目标终端不主动发射射频信号，其反射的射频激励信号远小于激励器发射的原始射频激励信号，在接收端叠加后导致原始激励信号成为终端反馈信号的同频和异频干扰，且激励信号和接收端参考信号无关，再加上相位噪声、频偏、空间多径等误差的限制，导致终端反射信号的信噪比降低，从而限制反向散射通信系统的距离。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种提高收发分离反向散射通信激励距离的系统及方法解决了反向散射通信中激励器发射的原始射频激励信号成为接收器的干扰信号和相位噪声、频偏、空间多径等误差的限制，导致终端反射信号的信噪比降低，从而限制反向散射通信系统的距离的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种提高收发分离反向散射通信激励距离的系统，包括：接收器和激励器；

所述接收器与激励器通信连接；

所述激励器与终端通信连接；

所述终端与接收器通信连接。

进一步地：接收器包括：数字处理器、第一adc采集模块、第二adc采集模块、第一rx接收射频器、第二rx接收射频器、tx发射器和天线；

所述数字处理器分别与第一adc采集模块的输出端和第二adc采集模块的输出端连接；

所述第一adc采集模块的输入端与第一rx接收射频器的输出端连接；

所述第二adc采集模块的输入端与第二rx接收射频器的输出端连接；

所述tx发射器的输出端与第一rx接收射频器的输入端连接；

所述第二rx接收射频器的输入端与天线连接；

所述激励器包括：放大器；

所述tx发射器的输出端还通过有线的方式与放大器的输入端连接，并向放大器的输入端和第一rx接收射频器的输入端发送射频发射信号；

所述放大器用于接收射频发射信号，并根据射频发射信号向终端和天线发送射频激励信号；

所述终端用于接收射频激励信号，并根据接收到的射频激励信号向天线发送反馈信号；

所述天线用于接收射频激励信号和反馈信号。

进一步地：接收器包括：数字处理器、第一adc采集模块、第二adc采集模块、第一rx接收射频器、第二rx接收射频器、tx发射器、发射天线和接收天线；

所述数字处理器分别与第一adc采集模块的输出端和第二adc采集模块的输出端连接；

所述第一adc采集模块的输入端与第一rx接收射频器的输出端连接；

所述第二adc采集模块的输入端与第二rx接收射频器的输出端连接；

所述tx发射器的输出端分别与第一rx接收射频器的输入端和发射天线连接；

所述第二rx接收射频器的输入端与接收天线连接；

所述激励器包括：放大器和变频器；

所述放大器的输出端与变频器的输入端连接；

所述tx发射器用于向第一rx接收射频器发送射频发射信号，并将射频发射信号通过发射天线传输给放大器；

所述放大器用于接收射频发射信号，并将射频发射信号放大后，传输给变频器；

所述变频器用于处理放大后的射频发射信号，并根据放大后的射频发射信号分别向终端和接收天线发送射频激励信号；

所述终端接收射频激励信号，并根据接收到的射频激励信号向接收天线发送反馈信号；

所述接收天线用于接收射频激励信号和反馈信号。

进一步地：数字处理器包括：解调器、误差处理器、减法器和幅度时延调节器；

所述幅度时延调节器的输出端与减法器的第一输入端连接；

所述减法器的输出端分别与解调器和误差处理器的输入端连接；

所述误差处理器的输出端与幅度时延调节器的第一输入端连接；

所述幅度时延调节器的第二输入端与第一adc采集模块的输出端连接；

所述减法器的第二输入端与第二adc采集模块的输出端连接。

进一步地：数字处理器包括：解调器、误差处理器、减法器、幅度时延调节器、修正频偏单元和变频器；

所述变频器的输出端与修正频偏单元的输入端连接；

所述修正频偏单元的输出端与幅度时延调节器的第二输入端连接；

所述幅度时延调节器的输出端与减法器的第一输入端连接；

所述减法器的输出端分别与解调器和误差处理器的输入端连接；

所述误差处理器的输出端与幅度时延调节器的第一输入端连接；

所述减法器的第二输入端与第二adc采集模块的输出端连接；

所述变频器的输入端与第一adc采集模块的输出端连接。

一种提高收发分离反向散射通信激励距离的方法，包括以下步骤：

s1、将携带射频发射信号的第一输入信号进行处理，得到第一参考信号；

s2、将携带射频激励信号的第二输入信号通过减法器的第二输入端输入减法器，将第一参考信号通过减法器的第一输入端输入减法器，进行减法操作，得到误差信号；

s3、将误差信号通过误差处理器进行误差计算，得到误差值；

s4、判断误差值是否小于误差阈值，若是，则保持幅度时延调节器的幅度时延尺度参数不变，跳转至步骤s5，若否，则通过误差值去调节幅度时延调节器的幅度时延尺度参数，并跳转至步骤s1；

s5、控制终端发射反馈信号，将携带射频激励信号和反馈信号的第二输入信号通过减法器的第二输入端输入减法器；

s6、将携带射频发射信号的第一输入信号重复进行步骤s1的操作，得到第一参考信号；

s7、将第一参考信号通过减法器的第一输入端输入减法器，将第二输入信号通过减法器的第二输入端输入减法器，进行减法操作，消除第二输入信号携带的射频激励信号，提高收发分离反向散射通信激励距离。

进一步地：步骤s1具体为：控制终端不发射反馈信号，将携带射频发射信号的第一输入信号输入幅度时延调节器进行幅度时延调节，得到第一参考信号。

进一步地：步骤s1包括以下步骤：

s11、控制终端不发射反馈信号，将携带射频发射信号的第一输入信号输入变频器，进行变频操作，得到第一变频信号；

s12、将第一变频信号输入修正频偏单元，进行频偏修正，得到第二变频信号；

s13、将第二变频信号输入幅度时延调节器进行幅度时延调节，得到第一参考信号。

本发明的有益效果为：一种提高收发分离反向散射通信激励距离的系统及方法中，激励器利用直放站架构使得激励器发射的射频激励信号和接收器发射的载波信号(射频发射信号)具有高度相关性，从而在接收器接收的射频激励信号中保留了相应相位噪声、频谱等误差。接收器分两路接收自身发射的载波信号和激励器发射的激励信号及其附带的终端反馈信号，然后接收器在数字处理中将自身发射的载波信号作为参考信号，通过迭代均衡等方式减小或消除激励器发射的射频激励信号的相位噪声、频谱和空间多径等误差对终端反馈信号的干扰，从而提高收发分离反向散射通信系统对终端的激励距离，且误差阈值可根据需求灵活调整。该系统可以保留传统反向散射通信系统中常用的射频干扰对消模块来减小系统饱和的概率，提高系统动态范围。

附图说明

图1为实施例1中去掉射频干扰对消模块的系统框图；

图2为实施例1中保留射频干扰对消模块的系统框图

图3为实施例1的数字处理器的结构框图；

图4为实施例2中去掉射频干扰对消模块的系统框图；

图5为实施例2中保留射频干扰对消模块的系统框图；

图6为实施例2的数字处理器的结构框图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

一种提高收发分离反向散射通信激励距离的系统，其特征在于，包括：接收器和激励器；

所述接收器与激励器通信连接；

所述激励器与终端通信连接；

所述终端与接收器通信连接。

实施例1：

如图1所示，接收器包括：数字处理器、第一adc采集模块、第二adc采集模块、第一rx接收射频器、第二rx接收射频器、tx发射器和天线；

所述数字处理器分别与第一adc采集模块的输出端和第二adc采集模块的输出端连接；

所述第一adc采集模块的输入端与第一rx接收射频器的输出端连接；

所述第二adc采集模块的输入端与第二rx接收射频器的输出端连接；

所述tx发射器的输出端与第一rx接收射频器的输入端连接；

所述第二rx接收射频器的输入端与天线连接；

所述激励器包括：放大器；

所述tx发射器的输出端还通过有线的方式与放大器的输入端连接，并向放大器的输入端和第一rx接收射频器的输入端发送射频发射信号；

所述放大器用于接收射频发射信号，并根据射频发射信号向终端和天线发送射频激励信号；

所述终端用于接收射频激励信号，并根据接收到的射频激励信号向天线发送反馈信号；

所述天线用于接收射频激励信号和反馈信号。

tx发射器发射射频发射信号，传输给第一rx接收射频器的同时通过有线的方式传输给放大器，使得射频发射信号在有线的传输过程中不受多普勒效应和多径效应的干扰，不产生相位噪声、频偏和空间多径等误差；通过放大器处理射频发射信号，并分别发送给终端和天线；终端接收到射频激励信号后，向天线发送反馈信号，反馈信号即是有用信号，天线会接收到反馈信号和射频激励信号，此时的射频激励信号为干扰信号；天线将接收到的信号传输给第二rx接收射频器，第二rx接收射频器用于构建内置接收传输通道，将接收到的信号传输给第二adc采集模块，通过第二adc采集模块将信号发送给数字处理器。第一rx接收射频器接收射频发射激励信号，第一rx接收射频器用于构建射频发射激励信号的内置传输通道，并将信号发送给第一adc采集模块，第一adc采集模块将接收到的信号发送给数字处理器做参考信号。

如图2所示，接收器包括：数字处理器、第一adc采集模块、第二adc采集模块、第一rx接收射频器、第二rx接收射频器、tx发射器、射频干扰对消模块和天线；

所述数字处理器分别与第一adc采集模块的输出端和第二adc采集模块的输出端连接；

所述第一adc采集模块的输入端与第一rx接收射频器的输出端连接；

所述第二adc采集模块的输入端与第二rx接收射频器的输出端连接；

所述tx发射器的输出端与第一rx接收射频器的输入端连接；

所述射频干扰对消模块的输出端与第二rx接收射频器的输入端连接，其输入端与天线连接；

所述激励器包括：放大器；

所述tx发射器的输出端还通过有线的方式与放大器的输入端连接，并向放大器的输入端和第一rx接收射频器的输入端发送射频发射信号；

所述放大器用于接收射频发射信号，并根据射频发射信号向终端和天线发送射频激励信号；

所述终端用于接收射频激励信号，并根据接收到的射频激励信号向天线发送反馈信号；

所述天线用于接收射频激励信号和反馈信号。

tx发射器发射射频发射信号，传输给第一rx接收射频器的同时通过有线的方式传输给放大器，使得射频发射信号在有线的传输过程中不受多普勒效应和多径效应的干扰，不产生相位噪声、频偏和空间多径等误差；通过放大器处理射频发射信号，并分别发送给终端和天线；终端接收到射频激励信号后，向天线发送反馈信号，反馈信号即是有用信号，天线会接收到反馈信号和射频激励信号，此时的射频激励信号为干扰信号；天线将接收到的信号发送给射频干扰对消模块，对信号进行减小相位噪声、频偏和空间多径操作；射频干扰对消模块将处理后的信号传输给第二rx接收射频器，第二rx接收射频器用于构建内置接收传输通道，将接收到的信号传输给第二adc采集模块，通过第二adc采集模块将信号发送给数字处理器。第一rx接收射频器接收射频发射激励信号，第一rx接收射频器用于构建射频发射激励信号的内置传输通道，并将信号发送给第一adc采集模块，第一adc采集模块将接收到的信号发送给数字处理器做参考信号。

如图3所示，数字处理器包括：解调器、误差处理器、减法器和幅度时延调节器；

所述幅度时延调节器的输出端与减法器的第一输入端连接；

所述减法器的输出端分别与解调器和误差处理器的输入端连接；

所述误差处理器的输出端与幅度时延调节器的第一输入端连接；

所述幅度时延调节器的第二输入端与第一adc采集模块的输出端连接；

所述减法器的第二输入端与第二adc采集模块的输出端连接。

一种提高收发分离反向散射通信激励距离的方法，包括以下步骤：

s1、控制终端不发射反馈信号；

s2、将携带射频发射信号的第一输入信号输入幅度时延调节器进行幅度时延调节，得到第一参考信号；

s3、将携带射频激励信号的第二输入信号通过减法器的第二输入端输入减法器，将第一参考信号通过减法器的第一输入端输入减法器，进行减法操作，得到误差信号；

s4、将误差信号通过误差处理器进行误差计算，得到误差值；

s5、判断误差值是否小于误差阈值，若是，则保持幅度时延调节器的幅度时延尺度参数不变，跳转至步骤s6，若否，则通过误差值去调节幅度时延调节器的幅度时延尺度参数，并跳转至步骤s2；

s6、控制终端发射反馈信号，将携带射频激励信号和反馈信号的第二输入信号通过减法器的第二输入端输入减法器；

s7、将携带射频发射信号的第一输入信号重复进行步骤s2的操作，得到第一参考信号；

s8、将第一参考信号通过减法器的第一输入端输入减法器，将第二输入信号通过减法器的第二输入端输入减法器，进行减法操作，消除第二输入信号携带的射频激励信号，提高收发分离反向散射通信激励距离。

先通过控制终端不发射反馈信号，那么，第一输入信号包括：射频发射信号，第二输入信号包括：射频激励信号；通过调节幅度时延调节器的幅度时延尺寸参数，使得第二输入信号减去第一输入信号的误差值迭代至最低，再通过构建好的数字处理器去处理携带射频激励信号和反馈信号的第二输入信号，消除第二输入信号中的射频激励信号和受到多普勒效应和多径效应的干扰，达到减小相位噪声、频偏和空间多径的目的。

实施例2：

如图4所示，接收器包括：数字处理器、第一adc采集模块、第二adc采集模块、第一rx接收射频器、第二rx接收射频器、tx发射器、发射天线和接收天线；

所述数字处理器分别与第一adc采集模块的输出端和第二adc采集模块的输出端连接；

所述第一adc采集模块的输入端与第一rx接收射频器的输出端连接；

所述第二adc采集模块的输入端与第二rx接收射频器的输出端连接；

所述tx发射器的输出端分别与第一rx接收射频器的输入端和发射天线连接；

所述第二rx接收射频器的输入端与接收天线连接；

所述激励器包括：放大器和变频器；

所述放大器的输出端与变频器的输入端连接；

所述tx发射器用于向第一rx接收射频器发送射频发射信号，并将射频发射信号通过发射天线传输给放大器；

所述放大器用于接收射频发射信号，并将射频发射信号放大后，传输给变频器；

所述变频器用于处理放大后的射频发射信号，并根据放大后的射频发射信号分别向终端和接收天线发送射频激励信号；

所述终端接收射频激励信号，并根据接收到的射频激励信号向接收天线发送反馈信号；

所述接收天线用于接收射频激励信号和反馈信号。

tx发射器发送射频发射信号，一路通过发射天线，发送给放大器，另一路发送给第一rx接收射频器，放大器接收到射频发射信号后进行放大，再发送给变频器进行变频处理，得到与射频发射信号异频的射频激励信号；终端接收射频激励信号并向接收天线发送反馈信号，反馈信号为有用信号；接收天线同时会接收到射频激励信号和反馈信号，并将接收到的信号发送至第二rx接收射频器，第二rx接收射频器用于构建射频发射激励信号的内置传输通道，第二rx接收射频器将接收到的信号传输给第二adc采集模块，第二adc采集模块采集信号，并发送给数字处理器进行处理；第一rx接收射频器接收射频发射信号，并将信号发送给第一adc采集模块进行采集，第一adc采集模块将信号采集后转换为数字信号发送给数字处理器，做参考信号。

如图5所示，接收器包括：数字处理器、第一adc采集模块、第二adc采集模块、第一rx接收射频器、第二rx接收射频器、tx发射器、射频干扰对消模块、发射天线和接收天线；

所述数字处理器分别与第一adc采集模块的输出端和第二adc采集模块的输出端连接；

所述第一adc采集模块的输入端与第一rx接收射频器的输出端连接；

所述第二adc采集模块的输入端与第二rx接收射频器的输出端连接；

所述tx发射器的输出端分别与第一rx接收射频器的输入端和发射天线连接；

所述射频干扰对消模块的输出端与第二rx接收射频器的输入端连接，其输入端与接收天线连接；

所述激励器包括：放大器和变频器；

所述放大器的输出端与变频器的输入端连接；

所述tx发射器用于向第一rx接收射频器发送射频发射信号，并将射频发射信号通过发射天线传输给放大器；

所述放大器用于接收射频发射信号，并将射频发射信号放大后，传输给变频器；

所述变频器用于处理放大后的射频发射信号，并根据放大后的射频发射信号分别向终端和接收天线发送射频激励信号；

所述终端接收射频激励信号，并根据接收到的射频激励信号向接收天线发送反馈信号；

所述接收天线用于接收射频激励信号和反馈信号。

tx发射器发送射频发射信号，一路通过发射天线，发送给放大器，另一路发送给第一rx接收射频器，放大器接收到射频发射信号后进行放大，再发送给变频器进行变频处理，得到与射频发射信号异频的射频激励信号；终端接收射频激励信号并向接收天线发送反馈信号，反馈信号为有用信号；接收天线同时会接收到射频激励信号和反馈信号，并将接收到的信号发送给射频干扰对消模块，射频干扰对消模块对信号进行减小相位噪声、频偏和空间多径操作，再将处理后的信号发送给第二rx接收射频器，第二rx接收射频器用于构建射频发射激励信号的内置传输通道，第二rx接收射频器将接收到的信号传输给第二adc采集模块，第二adc采集模块采集信号，并发送给数字处理器进行处理；第一rx接收射频器接收射频发射信号，并将信号发送给第一adc采集模块进行采集，第一adc采集模块将信号采集后转换为数字信号发送给数字处理器，做参考信号。

如图6所示，数字处理器包括：解调器、误差处理器、减法器、幅度时延调节器、修正频偏单元和变频器；

所述变频器的输出端与修正频偏单元的输入端连接；

所述修正频偏单元的输出端与幅度时延调节器的第二输入端连接；

所述幅度时延调节器的输出端与减法器的第一输入端连接；

所述减法器的输出端分别与解调器和误差处理器的输入端连接；

所述误差处理器的输出端与幅度时延调节器的第一输入端连接；

所述减法器的第二输入端与第二adc采集模块的输出端连接；

所述变频器的输入端与第一adc采集模块的输出端连接。

一种提高收发分离反向散射通信激励距离的方法，包括以下步骤：

s1、控制终端不发射反馈信号；

s2、将携带射频发射信号的第一输入信号进行处理，得到第一参考信号；

s21、将携带射频发射信号的第一输入信号输入变频器，进行变频操作，得到第一变频信号；

s22、将第一变频信号输入修正频偏单元，进行频偏修正，得到第二变频信号；

s23、将第二变频信号输入幅度时延调节器进行幅度时延调节，得到第一参考信号；

s3、将携带射频激励信号的第二输入信号通过减法器的第二输入端输入减法器，将第一参考信号通过减法器的第一输入端输入减法器，进行减法操作，得到误差信号；

s4、将误差信号通过误差处理器进行误差计算，得到误差值；

s5、判断误差值是否小于误差阈值，若是，则保持幅度时延调节器的幅度时延尺度参数不变，跳转至步骤s6，若否，则通过误差值去调节幅度时延调节器的幅度时延尺度参数，并跳转至步骤s2；

s6、控制终端发射反馈信号，将携带射频激励信号和反馈信号的第二输入信号通过减法器的第二输入端输入减法器；

s7、将携带射频发射信号的第一输入信号重复进行步骤s2的操作，得到第一参考信号；

s8、将第一参考信号通过减法器的第一输入端输入减法器，将第二输入信号通过减法器的第二输入端输入减法器，进行减法操作，消除第二输入信号携带的射频激励信号，提高收发分离反向散射通信激励距离。

先通过控制终端不发射反馈信号，那么，第一输入信号包括：射频发射信号，第二输入信号包括：射频激励信号；由于激励器端对信号进行了变频操作，所以数字处理器中需先对第一输入信号进行变频和频偏修正操作，通过调节幅度时延调节器的幅度时延尺寸参数，使得第二输入信号减去第一输入信号的误差值迭代至最低，再通过构建好的数字处理器去处理携带射频激励信号和反馈信号的第二输入信号，消除第二输入信号中的射频激励信号和受到多普勒效应和多径效应的干扰，达到减小相位噪声、频偏和空间多径的目的。

本发明的有益效果为：一种提高收发分离反向散射通信激励距离的系统及方法中，激励器利用直放站架构使得激励器发射的射频激励信号和接收器发射的载波信号(射频发射信号)具有高度相关性，从而在接收器接收的射频激励信号中保留了相应相位噪声、频谱等误差。接收器分两路接收自身发射的载波信号和激励器发射的激励信号及其附带的终端反馈信号，然后接收器在数字处理中将自身发射的载波信号作为参考信号，通过迭代均衡等方式减小或消除激励器发射的射频激励信号的相位噪声、频谱和空间多径等误差对终端反馈信号的干扰，从而提高收发分离反向散射通信系统对终端的激励距离，且误差阈值可根据需求灵活调整。该系统可以保留传统反向散射通信系统中常用的射频干扰对消模块来减小系统饱和的概率，提高系统动态范围。