环境反射通信系统设计与实现开题报告

 2020-02-18 06:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

物联网是全球研究的热点问题,受到越来越多国家的重视,很多国家都把物联网的发展提到了国家战略的高度。在这个网络中,事物在没有人为干预的情况下,彼此之间能够进行“交流”,实现识别功能和信息的交流与共享。因此物联网也被认为是继计算机,互联网之后的又一次科技革命,他的应用前景非常广阔,将会极大的改变我们目前的生活方式。
理想情况下,人们希望当几个物体在附近时,他们可以相互操作,交流,而不需要插上电源或维护电池。我们考虑利用环境反向散射技术,从外界的射频信号(电视,蜂窝网络等)中获取能量,进行低端的计算,传感的技术,并且以低廉的造价嵌入到日用品中去。众所周知,随着物联网技术的发展,大规模无线传感器网络的传感器节点和微型嵌入式设备的体积越来越小,数量越来越多。为这些数量庞大的微型化设备供电,日常维护以及无线通信的问题越来越棘手,传统的电池和交流电供电的方案通常行不通。因此采用这项技术将为物联网的搭建提供不少的便捷之处,并且极大地降低了物联网的维护成本。

除此之外,物联网最大的优势在于物与物之间大范围的资源共享,因此将物联网接入internet也是必不可少的。虽然目前的技术可以实现从周围的射频信号中获取能量,但是他们也需要使用例如rfid阅读器之类的专用网关来进行网络互联。当无线传感器节点是嵌入到日常物体中的射频驱动装置时,搭建一个射频设备和商用wifi设备之间的通信链路,就代表着两个射频装置可以利用同一个商用wifi装置进行网络连接。因此我们设想重复使用现有的wifi基础设施来为射频装置提供网络互连,为射频设备的部署铺平道路,利用周围的wifi设备实现无处不在的连接。

对反向散射通信技术的研究始于二战时期(1939年-1945年),为了区分飞来的战机是敌方还是己方而在飞机上安装标签,从而己方雷达发射的射频信号能反射回来,根据此信号进行判别。第一篇关于反向散射技术的学术论文发表于1948年。随后,反向散射技术和相应的一些rfid产品开始面世,当时的应用主要集中于商品识别和供应方面。1990年到2000年间,一个著名且成功的rfid产品——电子不停车收费系统开始大规模商用。2000年之后,随着集成电路水平的大幅度提高和物联网相关应用的飞速发展,rfid系统的成本不断降低,从而应用更加广泛。

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2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容为学习环境反向散射通信技术,设计环境反向散射通信发射机,并搭建发射机原型,进行原理性验证。
研究目标为利用现有wifi基础设施将射频设备(环境反向散射标签)连接到internet。构建环境反向散射原型,演示环境反向散射标签和普通wifi设备之间的通信链路。

拟采用的技术方案及措施:在由反向散射标签到wifi基础设备的上行通信信道上,通过调制wifi信道的信道信息(如csi,rssi等),wifi接收器通过测量信道的改变来提取调制信息。具体地说,当反向散射标签反射或吸收wifi信号时,就传递一个‘1’位或‘0’位,反射的信号改变了信道参数。借此方法,反向散射标签向wifi设备传输信息。上行链路技术方案如图1所示:

在由wifi基础设备到反向散射标签的下行通信信道上,wifi设备发送数据包时编码‘1’,不发送数据包时编码‘0’,由此来对信息进行编码。反向散射标签使用低功耗电路来对这些信息进行解码,以区分是否存在wifi数据包。下行链路技术方案如图2所示:

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3. 研究计划与安排

第1-2周:查阅中英文资料,明确研究内容,撰写开题报告并完成不少于2万字符的英文翻译任务;
第3周:审查并修改开题报告;
第4-6周:学习和评测环境反向散射通信原理;
第7-13周:完成环境反射通信发射机的原型设计和原理性评测总结;
第14-15周:完成并修改毕业论文;
第16周:准备论文答辩。

4. 参考文献(12篇以上)

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[2]占小波. 基于环境反向散射的无源无线通信系统研究与实现[D].东华理工大学,2017.
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[4]邵建伟.基于散射通信的应急指挥系统研究[D].西安:西安电子科技大学,2015.
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