大规模低功耗物联网反射通信系统设计与优化

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反向散射通信(Backscatter)是一种不需要电源的低功耗通信技术,以环境中常见的电磁波作为载波传输发送信号,例如WiFi、ZigBee、蓝牙信号,可以实现随时随地的通信,在物联网领域被广泛应用。但现有的反射通信系统大都节点规模较小,不适用于普通的室内办公场景,且节点的维护成本也比较高。为了解决这些问题,本文针对室内场景设计了一种基于反向散射通信的无源物联网通信系统,该系统由发送端、多个通信节点(Tag)、接收端组成。基于现有的光信号获能模块,为Tag设计了高频信号获能模块,使Tag无需安装电池,降低了节点的维护成本,且相较于其他无源通信系统,本文设计的通信协议中,采用了基于反向散射通信的OOK调制和CDMA编码相结合的信号处理方法,增大了系统中的节点容量。该通信系统的主要创新点在于(1)在光信号获能的基础上设计了一种射频信号获能模块,该模块可以收集射频信号能量并对Tag进行持续供压,保证Tag可以无源工作;(2)改进了针对高频信号的阻抗匹配网络值计算方法,降低了高频信号进入数字电路的损耗;(3)在反向散射通信的基础上结合了 OOK调制和CDMA编码,增加了系统中的Tag数量。在实际环境中,Tag可以安装传感器并通过传感器采集环境信息,以无源被动通信的方式将环境信息发送出去,信号发送过程的能量从环境电磁波中获取。作为一种可持续发展的低功耗通信系统,它可以适用于智能家居、智能办公等多种物联网通信场景。
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