[发明专利]被动通信方法、被动通信系统和节点设备

说明书

本发明公开了一种被动通信方法、被动通信系统和节点设备，涉及无线通信领域。利用短路、开路等两种电路结构其等效阻抗与频率无关的特性，在不改变物端节点软硬件，不增加物端节点复杂度的前提下，将待发送消息，同时寄生调制在多个频率的环境电磁波上，实现多频并发冗余寄生传输，在保证物端节点功耗处于极低水平的同时，降低被动通信技术的误码率、提高其可靠性、增强其抗干扰能力和环境适应能力。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种被动通信方法、被动通信系统和节点设备。

背景技术

随着智慧城市、智慧农业、智慧医疗、智能可穿戴等概念的提出，物联网在社会生活中获得了越来越多的应用，已经成为国内外重点发展的产业之一。物端节点是物联网的必要组成部分，它属于物联网的感知层，处于物联网拓扑结构的末端，一般嵌入到人体或物体中使用，充当客观事物的感知器官和执行器官，是实现智慧网络，构建网络智能的关键一环。然而，通信功耗过大等问题一直没有得到妥善的解决，毫瓦级的通信功耗会很快耗尽电池电量，这严重制约着物联网的应用。

为了降低物端节点上的通信功耗，研究人员设计了基于电磁波反向散射的被动通信技术，其原理如图1、图2所示。其中，A为天线(天线阻抗Z_a)，B为环境射频源，C为射频开关，Z_L为负载，在实际电路中，Z_L会随着入射电磁波频率的变化而变化，针对特定的入射电磁波频率，经过设计，可以使得Z_L＝Z_a。

1)物端节点通过信道编码等基带处理方法，将采集到的数据变换为单极性方波信号，然后使用方波信号控制射频开关C的状态(开或闭)，以实现消息的寄生调制，具体地：(1)当需要传输比特1时(如图1所示)，CTRL处出现高电平，使得开关K₁闭合，天线A和负载Z_L导通，理想情况下，Z_L＝Z_a，射频电路同天线匹配，所以反射系数为0，电磁信号被全部吸收，反射信号的功率为0。(2)当需要传输比特0时(如图2所示)，CTRL处出现低电平，使得开关K₁打开，天线A和负载Z_L不连通，此时对天线而言，负载阻抗无穷大，反射系数为1。理想情况下，信号被全部反射，反射信号功率最大。

2)接收端通过辨别反射信号的强度(表现为高、低电平的变化)，就可以恢复出物端节点发送的比特数据，具体地：抽样判决接收到的电磁波信号，(1)当电磁波信号在一个符号周期内的能量大于阈值时，表明物端节点发送的数据为比特0；(2)当电磁波信号在一个符号周期内的能量小于阈值时，表明物端节点发送的数据为比特1。

由图1、图2可见，在发信机中只有射频开关一个有源器件。以最常见的射频开关ADG901为例，其功耗≤2.75微瓦，远远低于ZigBee、Bluetooth、LoRa等物联网通信芯片动辄毫瓦级别的功耗。

然而，图1、图2所示被动通信技术，在本质上，就是利用电磁波反向散射原理，实现的一种OOK(On-Off Keying，开关键控)调制，在解决无线通信功耗过大问题的同时，由于仅能针对特定的入射电磁波频率使用，因此也存在较多的不足，突出表现为抗干扰能力弱、误码率高、可靠性差、环境适应能力差等。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提出了一种多频并发被动通信技术，利用短路、开路等两种电路结构其等效阻抗同频率无关的特征，在不改变物端节点软、硬件，不增加物端节点功耗和复杂性的前提下，将待发送数据，同时寄生调制在多个频率的环境电磁波上，从而实现消息的多频并发冗余寄生传输，以提高被动通信技术的抗干扰能力、降低其误码率、增强其可靠性。

本公开一些实施例提供一种被动通信方法，包括：