本文的实施例涉及一种反向散射无线电系统及其中的方法，用于传输功率和信息。特别地，实施例涉及包括收发器模块和应答器的反向散射无线电系统及其中的方法，用于单站(monostatic)远场通信。
背景技术：
：：1、半无源(semi-passive)或低功率和无源装置已被使用在各种应用中。无源装置完全由从进入的(incoming)射频(rf)信号接收的能量来供电(power)。半无源装置具有电池，并且消耗功率来执行基带处理，但缺少功率放大器和出现在典型rf传送器信号链中的许多其他元件。因此，无源和半无源装置都是功率高效的。无源和半无源装置由于它们的低功率消耗，在物联网(iot)应用中具有良好的潜力。2、半无源或无源装置通过使用与进入的rf载波信号不匹配的天线(从而反射或反向散射进入的无线电波)，并通过调制反射的电磁波以便传送数据或信息到接收单元(常被称为反向散射无线电(bsr))来生成传送信号。3、bsr已被广泛使用在射频识别(rfid)和近场通信(nfc)设置(setup)中，用于与低功率/无源装置的通信。4、在传统的bsr系统中，传送器在连续波(cw)或单个频率载波中将rf信号发出到低功率/无源装置(常被称为标签(tag)、应答器(transponder)或半活动装置)，其通过开通和关断它的位于发送的rf信号强的场中的天线的负载(即一种通-断键控(ook)调制)来调制cwrf信号。反向散射天线的负载开关因此经由所谓的“反向散射调制”(也被称为“负载调制”)来影响rf信号的传播，其中rf信号以取决于标签天线的开关负载的不同强度被散射。该散射的rf信号(由标签所调制)然后可以被接收天线感测，以解调和检索(retrieve)从标签发送的信息。k.suresh等人的“a comparative survey on silicon based and surfaceacoustic wave(saw)based rfid tags:potentials,challenges and futuredirections”(ieee access,20200227ieee,usa,vol.8,91624–91647)提供了相当更新的(rather updated)调查。b.lee等人的“an overview ofdata telemetry in inductivelypowered implantable biomedical devices”(ieee communications magazine,20190201ieee service center,piscataway,us,vol.57,no.2,74–80)显示了某个扩展，例如，在使用分离的功率和数据链路的近场通信(nfc)环境中，后者利用无载波脉冲(carrier-less pulse)，用于改进植入式医疗装置应用中的数据速率。5、bsr系统可具有两种不同的配置，双站(bistatic)和单站配置。6、在双站配置中，rf信号的传送器和接收器充分分离，并且具有反向散射天线的标签位于rf信号的场内。通过该配置，如果在传送器和接收器之间放置半活动标签，则bsr可以在相当大的距离(几百米)上操作。标签不能在该距离被赋能(energized)，但标签对于bsr使用极少能量。然而，由于必须被很好地分离和绝缘的分别用于传送器和接收器的两个无线电的安装和制造，双站bsr系统的设置的成本和复杂度要高得多。传送器附近的反射器也会破坏bsr操作。因此，在许多实际应用场景中，双站配置对于bsr系统是不可行的(viable)。7、在单站配置中，rf信号的接收器和传送器是共处的(co-located)，经常紧凑地建立在带有共享传送器和接收器(tx/rx)天线的单个装置上，即收发器，也被称为“读取器(reader)”或“询问器(interrogator)”。读取器收发器可选地配备有复杂的定向多端口电路，称为环行器(circulator)，其可提供至多为40-50db的定向分离(directionalseparation)。然而，由于强的自干扰，带有单站配置的传统bsr系统只能在非常短的距离(常称为近场)操作，该距离通常为几到几十厘米，例如用于带有内置rfid标签的信用卡。8、在带有共享tx/rx天线的单站配置中，传统bsr短操作范围的基本原因是：9、·由于规定限制了读取器传送功率，标签不能获取充分的功率用于它的操作；10、·由于从传送的cw信号分离接收的反向散射信号的困难，读取器不能检测到反向散射信号；11、·如果在场内存在多个装置，来自不同标签的干扰将使传统的bsr几乎无法运作(barely functional)。12、存在一些努力来改进bsr的操作范围，例如，可使用功率优化波形(pow)代替cw信号来进行功率传输。对于双站配置中的一些标签，由于改进的功率灵敏度，pow波形扩大了范围。然而，对于单站配置，反向散射信号的检测变得甚至更困难，因为负载调制信号的包络变得模糊。技术实现思路1、因此，本文实施例的目标是提供一种改进的反向散射无线电系统和其中的方法，用于单站远场通信。2、根据本文实施例的第一方面，该目标通过一种收发器模块和其中的方法来取得，其在反向散射无线电系统中用于将功率传输到应答器，以及用于在收发器模块和应答器之间传输信息。3、收发器模块生成通过脉冲位置调制(ppm)的射频脉冲信号。生成的射频脉冲信号包括双符号持续期内的时间参考脉冲以及功率和信息传输脉冲，该双符号持续期包括第一符号周期和第二符号周期。所述信息通过功率和信息传输脉冲相对于时间参考脉冲的位置被编码。射频脉冲信号可通过参数化的gabor脉冲函数被生成。4、在第一符号周期期间，收发器模块在从收发器模块到应答器的前向链路中传送生成的射频脉冲信号。功率和信息传输脉冲能够实现对被包括在应答器中的整流器电路的功率注入，并且时间参考脉冲能够实现对被包括在应答器中的谐振电路中的谐振信号的激发。5、在第二符号周期期间，收发器模块在从应答器到收发器模块的反向链路中接收通过ppm的响应射频脉冲信号。通过ppm的响应射频脉冲信号是使用带有时间偏移的应答器中包括的谐振电路中生成的谐振信号所生成的，使得第一和第二符号周期在时域中是分离的。6、根据本文实施例的第二方面，该目标是通过一种应答器来取得的，该应答器在反向散射无线电系统中用于从收发器模块接收功率，以及用于在应答器和收发器模块之间传输信息。应答器包括天线，该天线配置成在第一符号周期期间，在从收发器模块到应答器的前向链路中接收射频脉冲信号，以及在第二符号周期期间，在从应答器到收发器模块的反向链路中传送响应射频脉冲信号。射频脉冲信号和响应射频脉冲信号都通过脉冲位置调制(ppm)被调制。接收的射频脉冲信号包括双符号持续期内的时间参考脉冲和功率和信息传输脉冲，该双符号持续期包括第一符号周期和第二符号周期。7、应答器进一步包括耦合到天线的开关网络。8、应答器进一步包括通过开关网络中的第一开关耦合到天线的谐振电路。谐振电路配置成具有在所接收的时间参考脉冲的载波频率处的谐振频率，并且响应于接收的时间参考脉冲而生成在接收的时间参考脉冲的载波频率处的谐振信号。9、应答器进一步包括整流器电路，该整流器电路通过开关网络中的第二开关耦合到天线，并且配置成将接收的功率和信息传输脉冲转换为功率。通过ppm的响应射频脉冲信号是使用带有时间偏移的谐振电路中生成的谐振信号所生成的，使得第一和第二符号周期在时域中是分离的。10、根据本文实施例的第三方面，该目标是通过一种在应答器中执行的方法而取得的，该方法在反向散射无线电系统中用于从收发器模块接收功率，以及用于在应答器和收发器模块之间传输信息。应答器包括通过第一开关耦合到天线的谐振电路，通过第二开关耦合到天线和通过第三开关耦合到谐振电路的整流器电路。11、在第一符号周期期间，应答器在天线处接收在从收发器模块到应答器的前向链路中传送的射频脉冲信号。射频脉冲信号通过脉冲位置调制(ppm)被调制，并且包括在双符号持续期内的时间参考脉冲以及功率和信息传输脉冲，该双符号持续期包括第一符号周期和第二符号周期。所述信息通过功率和信息传输脉冲相对于时间参考脉冲的位置被编码。12、在功率传输和信息脉冲时隙期间，应答器通过开通第二开关在整流器电路中将接收的功率和信息传输脉冲转换为功率；13、在时间参考脉冲时隙期间，响应于接收的时间参考脉冲，应答器通过开通第一开关在谐振电路中生成谐振信号。谐振电路配置成具有在接收的时间参考脉冲的载波频率处的谐振频率，并且谐振信号在接收的时间参考脉冲的载波频率处被生成。14、在第二符号周期内指定的ppm时隙期间，应答器通过开通第一开关来生成通过ppm的响应射频脉冲信号。指定的ppm时隙被配置带有时间偏移，使得第一和第二符号周期在时域中是分离的。15、在第二符号周期期间，应答器在从应答器到收发器模块的反向链路中传送生成的响应射频脉冲信号。16、每次在响应射频脉冲信号已被传送之后，应答器通过开通第三开关来重置谐振电路。17、根据本文实施例的第四方面，该目标是通过一种反向散射无线电系统和其中的方法来取得的，其用于传输功率和信息。反向散射无线电系统包括收发器模块和应答器。18、反向散射无线电系统配置成由收发器模块生成通过脉冲位置调制(ppm)的射频脉冲信号。生成的射频脉冲信号包括在双符号持续期内的时间参考脉冲以及功率传输脉冲，该双符号持续期包括第一符号周期和第二符号周期。所述信息通过功率和信息传输脉冲相对于时间参考脉冲的位置被编码。19、反向散射无线电系统进一步配置成在第一符号周期期间，在从收发器模块到应答器的前向链路中传送射频脉冲信号。功率和信息传输脉冲能够实现对被包括在应答器中的整流器电路的功率注入，并且时间参考脉冲能够实现对被包括在应答器中的谐振电路中的谐振信号的激发。20、反向散射无线电系统进一步配置成在应答器处，从收发器模块接收射频脉冲信号。21、反向散射无线电系统进一步配置成在应答器处，将接收的功率和信息传输脉冲转换为功率。22、反向散射无线电系统进一步配置成响应于接收的时间参考脉冲，在应答器中包括的谐振电路中，生成在接收的时间参考脉冲的载波频率处的谐振信号。23、反向散射无线电系统进一步配置成在第二符号周期期间，由应答器生成通过ppm的响应射频脉冲信号。24、反向散射无线电系统进一步配置成在第二符号周期期间，在从应答器到收发器模块的反向链路中传送通过ppm的响应射频脉冲信号。通过ppm的响应射频脉冲信号是使用带有时间偏移的应答器中包括的谐振电路中生成的谐振信号所生成的，使得第一和第二符号周期在时域中是分离的。25、本文的实施例想出(devise)一种通过ppm rf信号的独特机制，使bsr系统能够在几米的实际范围中以单站配置进行操作(称为远场通信(ffc))。应答器由rf信号供电，该rf信号由gabor脉冲组成，所述gabor脉冲相比cw或任何正交频分复用(ofdm)波形具有更高的整流器效率。前向链路和反向链路中的rf信号都通过ppm被编码，其中根据脉冲的位置对信息进行编码，以用于信息传输。通过利用被包括在应答器中的谐振电路中生成的谐振信号，响应反向散射信号以时间偏移ppm的形式在时域中与传送信号分离。谐振电路到反向散射天线的连接的定时是在ppm控制之下，由此通过ppm和时间偏移而生成响应信号。由于gabor脉冲的载波频率的灵活性，所提出的bsr系统可在选择的许多不同频率和带宽中操作。26、利用gabor脉冲的ppm调制的谐振响应的所提出bsr系统的优势在于，它使来自应答器的反向散射信号的接收在时域中能够与带有单站配置的收发器中信号的传送分离，因此促进可靠的接收。这与由于gabor脉冲rf信号导致的应答器中更高整流器效率一起，在不增加操作功率级别的情况下，极大地扩展了单站配置中的bsr系统的范围。在传送和接收的信号在时域中充分分离的情况下，带有共享tx/rx天线的单站bsr系统的收发器可被紧凑并且经济地构建到例如用户设备(ue)或移动手持装置中，因此将nfc的功能性扩展到ffc的范围。因此，带有用无源装置支持ffc的特征的ue可以在对于nfc已被禁止的许多场景中找到应用，例如：27、·从几米的安全距离通过支持ffc的ue的宠物和农场动物识别28、·使ue能够在舒适的距离与无源人机接口装置(hids)或外围装置(诸如键盘和鼠标)在没有线缆连接的情况下通信。29、·使ue能够在安全距离与无源rfid通信，例如与车辆或集装箱上的rfid通信，例如用于停车、收费等。30、·使ue能够在方便的距离与水密和/或气密且保持自由(free)的无源传感装置(诸如温度、应力、化合物等的传感器)通信。31、·使带电装置(诸如挂在墙上的平板电视/pc)能够与无源hid装置(诸如咖啡桌上薄塑料片中的无源键盘)进行通信。32、因此，本文的实施例提供了改进的反向散射无线电系统和其中的方法，用于单站远场通信。当前第1页12当前第1页12