基于频控阵的环境反向散射通信检测算法研究

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环境反向散射通信(Ambient Backscatter Communication,Am BC)不需要额外的射频(Radio Frequency,RF)源信号,通过无源标签收集环境中已有的RF信号,能够同时实现能量采集和信息传输,为物联网(Internet of Things,Io T)的研究提供了新的能源方案。受无源标签功率的影响,反射信号能量较弱,其传输速率和通信距离都会受到限制。此外,其他链路能量更强的信号会给接收机的检测带来很大挑战。同时,信道状态信息(Channel State Information,CSI)估计也是一大难题。本文的主要工作和创新点如下:本文首先介绍了AmBC技术,使用无源标签通过环境中已有的射频信号进行散射通信,以往的研究大多都设置单天线标签,在本文中考虑多天线标签实现发射分集。接着介绍频控阵(Frequency Diverse Array,FDA)的基础阵列模型和具有角度-距离-时间相互依赖的波束特性。进而,提出了基于FDA的多天线Am BC系统模型。为了解决CSI估计的难题,提出了基于卡方检验的检测器,最优标签天线的选择方案,以及基于支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的检测方法,从而最大限度地提升检测概率。然后在未知CSI的情况下进一步提出了基于F检验的盲检测器。通过仿真验证了理论研究的正确性,提升了检测概率,尤其优化了低信噪比下的误码性能。考虑到实际AmBC系统受到莱斯衰落信道的影响,提出了莱斯衰落信道下的基于频控阵的环境反向散射通信(Frequency Diverse Array Ambient Backscatter Communication,FDA-Am BC)系统的测量模型,以及基于差分调制(Different Modulation,DM)的检测器。针对存在反应干扰机的情形,提出基于最大似然(Maximum Likelihood,ML)估计理论的检测器。通过仿真验证了提出的解决方案,可以显著地改善系统在被干扰攻击时的吞吐量和误码性能。
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