本發(fā)明涉及反向散射通信，具體涉及一種基于環(huán)境藍(lán)牙激勵的zigbee反向散射方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，zigbee無線傳感節(jié)點被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)與生活。但是，采用主動式zigbee通信的傳感節(jié)點的通信功耗較高。高功耗也成為了限制無線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步發(fā)展的主要因素。

2、為了降低無線傳感網(wǎng)絡(luò)的通信功耗，實現(xiàn)zigbee反向散射通信成為了一個極具價值的研究方向。反向散射通信是一種低功耗的通信技術(shù)。一個反向散射系統(tǒng)由三部分組成，分別是激勵源、反向散射標(biāo)簽和接收端。反向散射標(biāo)簽可以通過修改激勵源發(fā)送的激勵信號來搭載標(biāo)簽數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)向接收端的通信。因標(biāo)簽不用主動生成射頻信號，其功耗遠(yuǎn)低于主動式設(shè)備。因此，若能實現(xiàn)zigbee反向散射通信，就能用zigbee反向散射標(biāo)簽替換zigbee主動式設(shè)備，從而極大地降低無線傳感網(wǎng)絡(luò)的通信功耗。

3、為了促進(jìn)反向散射系統(tǒng)的部署，現(xiàn)階段對于反向散射系統(tǒng)的研究著重于使用商用協(xié)議設(shè)備作為激勵源?？紤]到藍(lán)牙設(shè)備被廣泛部署于生活中，基于藍(lán)牙激勵的反向散射通信也成為了熱門的研究方向。先前，已有系統(tǒng)實現(xiàn)了基于藍(lán)牙激勵的zigbee反向散射通信。在該系統(tǒng)中，反向散射標(biāo)簽使用環(huán)境藍(lán)牙信號作為激勵信號，通過調(diào)相來搭載標(biāo)簽數(shù)據(jù)，并能反向散射生成兼容zigbee協(xié)議的信號。商用zigbee設(shè)備作為接收端即可解調(diào)反向散射信號，還原標(biāo)簽數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)能充分利用泛在的環(huán)境藍(lán)牙信號作為激勵實現(xiàn)zigbee反向散射通信，極大降低了zigbee反向散射系統(tǒng)的部署成本。

4、但是，該系統(tǒng)仍然存在有效吞吐量低這一缺陷。在該系統(tǒng)中，藍(lán)牙激勵源設(shè)備通過發(fā)送藍(lán)牙廣播包來生成藍(lán)牙激勵信號。因藍(lán)牙廣播包攜帶數(shù)據(jù)量受到嚴(yán)格限制，其對應(yīng)的藍(lán)牙信號的持續(xù)時間較短。以該信號作為激勵信號搭載標(biāo)簽數(shù)據(jù)，每次反向散射傳輸?shù)臉?biāo)簽數(shù)據(jù)量較小。因此，該系統(tǒng)進(jìn)行反向散射通信的有效吞吐量極低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于環(huán)境藍(lán)牙激勵的zigbee反向散射方法和系統(tǒng)，本發(fā)明將通過提升單次反向散射的數(shù)據(jù)傳輸量來提升有效吞吐量。本發(fā)明的反向散射系統(tǒng)中的藍(lán)牙激勵源通過發(fā)送藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包來為標(biāo)簽提供持續(xù)時間更長的藍(lán)牙激勵信號，標(biāo)簽在該激勵信號上搭載數(shù)據(jù)，單次反向散射的數(shù)據(jù)傳輸量相較于原有系統(tǒng)將提升20倍。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于環(huán)境藍(lán)牙激勵的zigbee反向散射方法，包括：

4、激勵源發(fā)送藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包作為激勵信號，且在發(fā)送所述激勵信號前發(fā)送攜帶所述藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包的信道編號的調(diào)幅信號；

5、標(biāo)簽通過包絡(luò)檢波器解調(diào)所述調(diào)幅信號，獲取所述藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包的信道編號，根據(jù)zigbee接收端的監(jiān)聽信道編號與所述藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包的信道編號的動態(tài)差值計算移頻量，在接收藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包后，通過所述移頻量調(diào)整所生成的反向散射信號的中心頻率，以保持傳輸信道恒定；

6、zigbee接收端在固定監(jiān)聽信道接收并解調(diào)所述反向散射信號，得到標(biāo)簽數(shù)據(jù)。

7、在其中一個實施例中，所述調(diào)幅信號通過隨機(jī)ofdm符號和恒定ofdm符號編碼藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包的信道編號：一個隨機(jī)ofdm符號和一個恒定ofdm符號表示比特1，兩個隨機(jī)ofdm符號表示比特0。

8、在其中一個實施例中，所述標(biāo)簽通過包絡(luò)檢波器解調(diào)所述調(diào)幅信號，獲取所述藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包的信道編號，具體包括：

9、所述調(diào)幅信號的數(shù)據(jù)包中包括前導(dǎo)碼字段和有效載荷字段；前導(dǎo)碼字段固定為八個比特1，對應(yīng)的信號為八組交替出現(xiàn)的隨機(jī)ofdm符號和恒定ofdm符號；提取前導(dǎo)碼字段對應(yīng)的每個ofdm符號的后40個采樣點，將所述采樣點的平均振幅值作為閾值，來解調(diào)有效載荷字段對應(yīng)的信號，得到所述藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包的信道編號。

10、在其中一個實施例中，所述將所述采樣點的平均振幅值作為閾值，來解調(diào)有效載荷字段對應(yīng)的信號，得到所述藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包的信道編號，具體包括：

11、計算有效載荷字段對應(yīng)的信號中的每個ofdm符號后40個采樣點的平均振幅，如果平均振幅大于所述閾值，則判定當(dāng)前ofdm符號為隨機(jī)ofdm符號；如果平均振幅小于或者等于所述閾值，則判定當(dāng)前ofdm符號為恒定ofdm符號。

12、在其中一個實施例中，所述根據(jù)zigbee接收端的監(jiān)聽信道編號與所述藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包的信道編號的動態(tài)差值計算移頻量，具體包括：

13、zigbee協(xié)議在2.4?ghz頻段的信道中心頻率為：

14、；

15、是zigbee接收端的監(jiān)聽信道編號；

16、藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包的藍(lán)牙數(shù)據(jù)信道的中心頻率為：

17、；

18、其中，是藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包的信道編號；

19、移頻量為：

20、。

21、第二方面，本發(fā)明提供了一種基于環(huán)境藍(lán)牙激勵的zigbee反向散射系統(tǒng)，包括：

22、激勵模塊：激勵源發(fā)送藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包作為激勵信號，且在發(fā)送所述激勵信號前發(fā)送攜帶所述藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包的信道編號的調(diào)幅信號；

23、反向散射模塊：標(biāo)簽通過包絡(luò)檢波器解調(diào)所述調(diào)幅信號，獲取所述藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包的信道編號，根據(jù)zigbee接收端的監(jiān)聽信道編號與所述藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包的信道編號的動態(tài)差值計算移頻量，在接收藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包后，通過所述移頻量調(diào)整所生成的反向散射信號的中心頻率，以保持傳輸信道恒定；

24、接收模塊：zigbee接收端在固定監(jiān)聽信道接收并解調(diào)所述反向散射信號，得到標(biāo)簽數(shù)據(jù)。

25、在其中一個實施例中，所述調(diào)幅信號通過隨機(jī)ofdm符號和恒定ofdm符號編碼藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包的信道編號：一個隨機(jī)ofdm符號和一個恒定ofdm符號表示比特1，兩個隨機(jī)ofdm符號表示比特0。

26、在其中一個實施例中，所述標(biāo)簽通過包絡(luò)檢波器解調(diào)所述調(diào)幅信號，獲取所述藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包的信道編號，具體包括：

27、所述調(diào)幅信號的數(shù)據(jù)包中包括前導(dǎo)碼字段和有效載荷字段；前導(dǎo)碼字段固定為八個比特1，對應(yīng)的信號為八組交替出現(xiàn)的隨機(jī)ofdm符號和恒定ofdm符號；提取前導(dǎo)碼字段對應(yīng)的每個ofdm符號的后40個采樣點，將所述采樣點的平均振幅值作為閾值，來解調(diào)有效載荷字段對應(yīng)的信號，得到所述藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包的信道編號。

28、在其中一個實施例中，所述將所述采樣點的平均振幅值作為閾值，來解調(diào)有效載荷字段對應(yīng)的信號，得到所述藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包的信道編號，具體包括：

29、計算有效載荷字段對應(yīng)的信號中的每個ofdm符號后40個采樣點的平均振幅，如果平均振幅大于所述閾值，則判定當(dāng)前ofdm符號為隨機(jī)ofdm符號；如果平均振幅小于或者等于所述閾值，則判定當(dāng)前ofdm符號為恒定ofdm符號。

30、在其中一個實施例中，所述根據(jù)zigbee接收端的監(jiān)聽信道編號與所述藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包的信道編號的動態(tài)差值計算移頻量，具體包括：

31、zigbee協(xié)議在2.4?ghz頻段的信道中心頻率為：

32、；

33、是zigbee接收端的監(jiān)聽信道編號；

34、藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包的藍(lán)牙數(shù)據(jù)信道的中心頻率為：

35、；

36、其中，是藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包的信道編號；

37、移頻量為：

38、。

39、本發(fā)明中的系統(tǒng)與方法相對應(yīng)，適用于方法的具體技術(shù)方案，同樣適用于系統(tǒng)。

40、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：

41、針對現(xiàn)有的基于藍(lán)牙激勵的zigbee反向散射系統(tǒng)有效吞吐量低的缺陷，本發(fā)明提出基于藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包實現(xiàn)zigbee反向散射通信，通過使用持續(xù)時間更長的藍(lán)牙激勵信號，提升單次反向散射的數(shù)據(jù)傳輸量，從而提升有效吞吐量。為應(yīng)對藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包傳輸信道不固定這一挑戰(zhàn)，本發(fā)明中的標(biāo)簽可以根據(jù)藍(lán)牙擴(kuò)展廣播包信道編號動態(tài)調(diào)整移頻量，從而保證反向散射數(shù)據(jù)包傳輸信道恒定。本發(fā)明中的激勵源使用wifi模塊發(fā)送調(diào)幅信號將信道編號傳輸至標(biāo)簽，標(biāo)簽使用本發(fā)明提出的動態(tài)閾值解調(diào)方法來解調(diào)該調(diào)幅信號。