本发明是一种适用于环境反向散射通信(ambientbackscattercommunication)中基于标签(tag)的中继方法，可以扩大tag的传输距离，属于无线通信系统中的信号处理领域。
背景技术：
环境反向散射通信(ambientbackscattercommunications)系统主要由三部分组成，分别为信号源、标签(tag)和读写器(reader)。tag不产生射频信号，而是通过对其反射的射频信号进行调制来传输信息。射频信号可以是电视塔产生的无线电视信号，局域网路由器产生wi-fi信号或独立信号源产生的特殊信号。tag传输的信号由读写器(reader)解调。reader可以是单独的接收机。比如：tag传输的信号由单独的reader解调。局域网路由器(wi-fihelper)产生wi-fi信号，标签(wi-fibackscattertag)将其需要传输的数据调制到该信号上，wi-fireader作为接收机解调tag传输的数据，如图1所示。reader也可以是产生射频信号的信号源。例如：局域网路由器接入点(ap)产生发送给用户(client)的wi-fi信号，tag通过改变wi-fi信号的相位来调制其需要传输的数据。ap首先估计环境反射(environmentalreflections)引起的自干扰，然后通过在接收信号中消除掉自干扰来解调tag传输的数据，如图2所示。
由于tag只有简单，不产生射频信号，通过调制信号源发送的射频信号传送信息，所以传送距离较近，通常小于10米。另外，tag与reader之间的信道需要有los(line-of-sight)路径，如果受到遮挡，接收信号的信噪比会快速下降，产生大量误码。
技术实现要素：
本发明的目的是针对上述问题，提供了一种环境反向散射通信中基于标签的中继方法，将目标tag需发送的信息先传输到中继tag，然后再由中继tag传输到接收端，从而有效扩大了tag的通信距离。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种环境反向散射通信中基于标签的中继方法，包括以下步骤：
步骤1)、接入点(ap)发送寻呼信号，用于通知中继tag准备传输；
步骤2)、中继tag保持静默，不调制信号。ap在此期间发送导频(或训练)序列，用于估计经过环境反射后到达的自干扰信号的信道参数；
步骤3)、中继tag将ap发送的信号作为载波信号，调制导频(或训练)序列信号到它的上面，以方便信号源ap估计经过中继tag反射的信道环境；
步骤4)、ap发送寻呼信号，用于通知目标tag进行传输；
步骤5)、目标tag将ap发送的信号作为载波信号，调制所需发送的信号到经过其反射的载波信号上，并被中继tag接收。目标tag传输结束后，进入休眠状态；
步骤6)、中继tag将ap发送的信号作为载波信号，调制所需发送的信号到经过其反射的载波信号上，并被ap接收，完成中继传输。
有益效果：
1.本发明的方法能提高tag的传输距离，从而扩大覆盖范围；并解决tag与reader之间无los径的问题。
2.相比于其它中继技术，由于tag是无源设备，所以实现简单，功耗低。
3.本发明适用范围广，除了环境反向散射，本发明还适用于其它反向散射通信系统，比如：双站反向散射、基于全双工的反向散射技术和转型反向散射技术，等等。
附图说明
图1是单独的读写器。
图2是信号源作为读写器。
图3是中继tag场景。
图4是寻呼信号。
图5是中继tag信道估计。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好的理解本发明。需要特别注意的是，在以下的描述中，由于对一些已知的技术和功能的详细描述可能会淡化本发明的内容，这些描述在这里将被忽略。
假设环境反向散射通信系统由三部分组成，分别为：ap、中继tag和目标tag。ap既产生射频信号，也负责读取tag信息，如图3所示。此时，ap与目标tag距离较远，且由于墙的阻挡，没有los径，通信时接收信噪比较低。但是，中继tag和目标tag相距较近，可以将目标tag的数据先传送到中继tag，再由中继tag传送回ap。另外，本发明的原理也适用于tag传输的信号由单独的reader解调。
步骤1)、接入点(ap)发送寻呼信号，用于通知中继tag准备传输。
tag为了节约能量，平时处于休眠模式，不传输任何信号。当传感器收集到足够的信息需要传输时，tag进入苏醒模式，并检测是否有信号来寻呼自己。寻呼信号承载某一特定的识别(id)信号，该特定的识别信号与某一特定标签一一对应。寻呼信号通过能量来表示识别信号，方便标签通过能量检测来读取寻呼内容。由于标签只具有简单的电路，无法进行变频和dft等复杂的数字信号处理操作，所以只能采用能量检测的方式读取寻呼信号的内容。寻呼信号是由比特1和0组成的伪随机序列(pseudo-randomsequence)。当传输比特1时，ap发送一个特定周期和功率的脉冲，当比特为0时，不发送任何信号，如图4所示。伪随机序列与tag的地址一一对应，不同的伪随机序列对应不同的tag地址。
步骤2)、中继tag保持静默，不调制信号。ap在此期间发送导频(或训练)序列，用于估计经过环境反射后到达的自干扰信号的信道参数。
在此期间，ap发送导频序列，而tag进入静默模式，不调制任何信号。该静默期可以预先设置，比如16μs，且在ap和tag端都是已知的。
在环境反向散射通信系统中，ap发送的信号一部分到达tag，经tag调制后返回到信号源ap，一部分信号经过环境反射后回到ap。通过测量环境反射信道，可以估计出自干扰信号。只有将自干扰信号消除后，才可以解调tag调制的信号。具体来说，假设ap发送的导频信号x(t)，经过环境，比如图4所示的一堵墙，反射后到达接收端的信号为：
其中，henv(t)表示信号经历的多径衰落信道(multipathfadingchannel)；‘*’表示卷积操作；v(t)表示白高斯噪声。由于x(t)是已知的，采用现有的任何信道估计方法都可得到henv(t)的估计值。
步骤3)、中继tag将ap发送的信号作为载波信号，调制导频(或训练)序列信号到它的上面，以方便信号源ap估计经过中继tag反射的信道环境。
中继tag调制的导频序列对信号源ap是已知的，以方便ap估计经过其反射的信道环境。该信道估计时间可以预先设置，比如32μs，且在ap和中继tag端都是已知的。
具体来说，假设ap发送信号x(t)，到达中继tag后，其调制导频信号ejθ(t)，并将x(t)反射回ap，如图5所示。此时，接收信号为：
其中，hf(t)表示x(t)从ap到达中继所经历的前向信道(forwardchannel)；hb(t)表示信号从中继tag返回到ap所经历的反向信道(backwardchannel)；yenv(t)表示环境散射引入的自干扰信号。假设yenv(t)已在步骤2)中估计出来，且没有误差，将其去除可得到：
此时，由于x(t)和ejθ(t)都是已知的，[公式三]变成了一个标准的信道估计问题，可以采用任何现有的估计方法。需要注意的是，信道估计只能得到复合信道参数，无法得到单独的hf(t)或hb(t)。在这种情况下，接收信号可以进一步表示为：
其中
表示复合信道参数。
步骤4)、ap发送寻呼信号，用于通知目标tag进行传输。
ap发送相应的伪随机序列，唤醒目标tag准备进行传输。其过程与步骤1)类似。
步骤5)、目标tag将ap发送的信号作为载波信号，调制所需发送的信号到经过其反射的载波信号上，并被中继tag接收。目标tag传输结束后，进入休眠状态。
该传输时间可以预先设置，比如1ms，且在ap、中继tag和目标tag端都是已知的。tag可以通过切换电路阻抗的多种状态来改变功率反射系数，从而改变射频信号的幅度或相位来传递信息。在图3给出的一个简单例子中，目标tag通过改变电路阻抗调制“0”和“1”的信息到ap发送的射频信号上，并反向散射给中继tag。中继tag收到的是射频信号和目标tag反向散射的叠加信号。具体来说，假设x(t)是正弦波信号，目标tag采用了幅度键控(ask)，当调制的信息是“1”时，中继tag收到的叠加信号为：
当调制的信息是“0”时，中继tag收到的叠加信号为：
[公式六]和[公式七]中，θe和
其中，c表示光速；f表示正弦波信号的频率；θb表示硬件引入的相移；
其中
根据friis传输模型，[公式十]和[公式十一]中的各项可以表示为：
其中，ge，
步骤6)、中继tag将ap发送的信号作为载波信号，调制所需发送的信号到经过其反射的载波信号上，并被ap接收，完成中继传输。
收到目标tag的数据后，中继tag可通过改变射频信号的相位或幅度的方式来将其传送至ap。假设符号周期是td，则ejθ(t)将在t1到t1 td的时刻内保持不变，其中t1表示符号的开始时间。去除yenv(t)后，我们得到：
其中ejθ(t)表示未知的符号；t2＝t1 td。由于x(t)是的采样周期tx远小于td，ap以tx采样后可得到：
其中t1＝n1tx；t2＝n2tx。考虑到信道有多根路径，[公式十七]可以进一步表示为：
这里，l和m分别表示前向信道和反向信道的多径数目。由于复合信道参数
其中，(·)c和∠{·}分别表示复数共轭和取相位操作。由于x(t)是ap发送的，所以在ap端是已知的。另外，复合信道参数已由步骤3)估计出，我们于是得到
根据以上描述，可以得到一种适用于环境反向散射通信中基于tag的中继方法为：
步骤1)、ap发送寻呼信号，用于通知中继tag准备传输；
步骤2)、中继tag保持静默，不调制信号。ap在此期间发送导频(或训练)序列，用于估计经过环境反射后到达的自干扰信号的信道参数；
步骤3)、中继tag将ap发送的信号作为载波信号，调制导频(或训练)序列信号到它的上面，以方便信号源ap估计经过中继tag反射的信道环境；
步骤4)、ap发送寻呼信号，用于通知目标tag进行传输；
步骤5)、目标tag将ap发送的信号作为载波信号，调制所需发送的信号到经过其反射的载波信号上，并被中继tag接收。目标tag传输结束后，进入休眠状态；
步骤6)、中继tag将ap发送的信号作为载波信号，调制所需发送的信号到经过其反射的载波信号上，并被ap接收，完成中继传输。
以上所述即使本发明的实施方法，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，再不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
1.一种环境反向散射通信中基于标签的中继方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）接入点发送寻呼信号，用于通知中继tag准备传输；
（2）中继tag保持静默，不调制信号，ap在此期间发送导频或训练序列，用于估计经过环境反射后到达的自干扰信号的信道参数；
（3）中继tag将ap发送的信号作为载波信号，调制导频或训练序列信号到它的上面，以方便信号源ap估计经过中继tag反射的信道环境；
（4）ap发送寻呼信号，用于通知目标tag进行传输；
（5）目标tag将ap发送的信号作为载波信号，调制所需发送的信号到经过其反射的载波信号上，并被中继tag接收；目标tag传输结束后，进入休眠状态；
（6）中继tag将ap发送的信号作为载波信号，调制所需发送的信号到经过其反射的载波信号上，并被ap接收，完成中继传输。
技术总结