一种环境反向散射通信系统发明专利

专利名称：一种环境反向散射通信系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210437073.1

专利申请（专利权）人：河南垂天科技有限公司
权利人地址：河南省鹤壁市淇滨区湘江东路国立光电2#科研楼306室

专利发明（设计）人：王文斌,朱明甫,李兴旺,金旭,滕依林,倪水平,朱智丹,李炳伸,李朋坤

专利摘要：本发明提出的是一种环境反向散射通信系统，其结构包括数据发射端，数据接收端；所述数据发射端和数据接收端之间利用环境中射频信号进行通信。本发明的有益效果：1）实现了借助环境中射频信号进行空间通信的功能；2）本发明通过增强信号传输质量来降低数据接收端信号的信噪比，进而在数据接收端可以接收到更弱的信号，在同一通信环境中传输距离更远，提升了环境反向散射通信系统的传输距离。

主权利要求：
1.一种环境反向散射通信系统，其特征是包括数据发射端，数据接收端；所述数据发射端和数据接收端之间利用环境中射频信号进行通信；
所述数据发射端通过交织技术提高数据信息的抗干扰性，具体包括1‑1）基带编码，1‑
2）2ASK调制；所述数据接收端通过若干次校验纠错的方法来降低接收数据的误码率，具体包括2‑1）2ASK解调，2‑2）基带译码，2‑3）宿主数据；
所述基带译码包括FM0译码器，分组交织器，CRC循环冗余校验，增量冗余纠错器；数据在数据接收端通过FM0译码器，分组交织器，CRC循环冗余校验，增量冗余纠错器完成数据译码和纠正过程；其中，分组交织器对FM0译码器译码后的数据进行均分得到三组数据，并对分组后的三组数据进行交织处理；增量冗余纠错器作用是协助CRC循环冗余校验的循环调用以及数据纠错处理；
所述FM0译码器在进行FM0译码的同时，判断经过空间信道的接收数据的是否满足FM0译码规则，若译码过程出现错误则向数据发射端请求重传，若译码过程中未出现错误则进行CRC循环冗余校验；
所述分组交织器的工作流程，具体包括以下步骤：
1）进行数据分组，将第二微处理单元GPIO数据接收端口接收到的高低电平数据转化为
01数据并等分为第13组数据、第14组数据、第15组数据；
2）对第13组数据、第14组数据、第15组数据进行去交织处理；第13组数据保持数据不变，更名为第16组数据；第14组数据按顺循环分配给第17组数据和第18组数据，具体过程是：第14组数据的第1位数据分配在第17组数据的第1位，第14组数据的2位数据分别分配在第18组数据的第1位；第14组数据的第3位数据分配在第17组数据的第2位，第14组数据的4位数据分别分配在第18组数据的第2位；按照此种方法将第14组数据依次循环分配在第17组数据和第18组数据；第15组数据按顺序循环分配给第19组数据、第20组数据、第21组数据，具体过程是：第15组数据的第1位数据分配在第19组数据的第1位，第15组数据的2位数据分别分配在第20组数据的第1位，第15组数据的3位数据分别分配在第21组数据的第1位；第15组数据的第4位数据分配在第19组数据的第2位，第15组数据的5位数据分别分配在第20组数据的第2位，第15组数据的6位数据分别分配在第21组数据的第2位；按照此种方法将第15组数据依次循环分配在第19组数据、第20组数据、第21组数据；
3）进行数据级联，第16组数据保持不变更名为第22组数据；第17组数据和第18组数据级联生成第23组数据，具体过程是：第18组数据第1位数据紧接第17组数据末尾组成新数据组；第19组数据、第20组数据、第21组数据级联生成第24组数据，具体过程是：第20组数据第
1位数据紧接第19组数据末尾，第21组数据第1位数据紧接第20组数据末尾，组成新数据组；
将级联收生成的第22组数据、第23组数据、第24组数据依次送入CRC循环冗余校验进行校验；
所述CRC循环冗余校验的具体过程包括：将第22组数据与多项式参数进行模二除法并根据余数是否为0进行判断否有错误数据；若余数为0则无传输错误，数据输出为宿主数据；
若余数不为0，则有错误，进入增量冗余纠错器进行纠错处理；
所述增量冗余纠错器的作用是提升CRC循环冗余校验的纠错能力；第22组数据、第23组数据、第24组数据依次进入CRC循环冗余校验中进行错误数据检验，若检验到无错误数据时，数据输出为宿主数据，若检验到有错误数据时，进入增量冗余纠错器中；在增量冗余纠错器中判断已进行的CRC冗余校验的数据是否已超出第24组数据数组序号，若没有超出则继续调用下一数据组；若超出数据组数，则对第22组数据、第23组数据、第24组数据进行纠正得到第25组数据，并对其进行CRC循环冗余校验处理；若第25组数据的CRC循环冗余校验无错误则输出数据，输出数据为宿主数据，若有错误则进行数据重传。
2.根据权利要求1所述的一种环境反向散射通信系统，其特征是所述数据发射端包括传感器单元，第一微处理单元，射频开关单元，第一匹配单元，A天线；传感器单元的信号输出端与第一微处理单元的信号输入端连接，第一微处理单元的信号输出端与射频开关单元的信号输入端连接，射频开关单元的信号输出端与第一匹配单元的第一信号输入端连接，第一匹配单元的第二信号输入端与A天线连接；工作时；当第一微处理单元处理的数据为0时，射频开关单元闭合，此时第一匹配单元与A天线匹配，A天线所接收的环境中射频信号从A天线进入数据发射端；当第一微处理单元处理的数据为1时，射频开关单元打开，第一匹配单元与A天线不匹配，此时A天线所接收的环境中射频信号源所发射的环境中射频信号在A天线处向外反射；所述数据接收端同时接收环境中射频信号源所发射的环境中射频信号和经过数据发射端中A天线反射的环境中射频信号。
3.根据权利要求1所述的一种环境反向散射通信系统，其特征是所述数据接收端包括B天线，第二匹配单元，检波单元，阈值比较单元，第二微处理单元；所述第二微处理单元包含ADC模块输入端、GPIO数据输入端、PWM输出端；B天线的信号输出端与第二匹配单元的信号输入端连接，第二匹配单元的信号输出端与检波单元的信号输入端连接，检波单元的第一信号输出端与阈值比较单元的第一信号输入端连接，检波单元的第二信号输出端与第二微处理单元的ADC模块输入端连接，阈值比较单元的信号输出端与第二微处理单元的GPIO数据输入端连接，第二微处理单元的PWM输出端与阈值比较单元的第二信号输入端连接；工作时，B天线与第二匹配单元连接将环境中的携带信息的射频信号传输进入第二匹配单元，第二匹配单元与检波单元连接将携带信息的射频信号进行检波处理转化为检波后的模拟基带信号，检波单元与第二微处理单元的ADC模块连接，第二微处理单元的ADC模块对检波后的模拟基带信号进行采样并转化为数字数据；
当数据发射端无数据向数据接收端传输时，第二微处理单元中的ADC模块对检波后的模拟基带信号进行采样并存储为低电平数据data_L；在数据发射端向数据接收端传输数据之前会首先发送一个高电平数据，此时第二微处理单元中的ADC模块对检波后的模拟基带信号进行采样并存储为高电平数据data_H；在采集到高电平数data_H后，对高电平数data_H和低电平数据data_L求平均得到阈值电压数据data_AVE；第二微处理单元的PWM输出端与阈值比较单元的第二输入端连接，第二微处理单元将阈值电压数据data_AVE转化为PWM脉冲信号输出到阈值比较单元，阈值比较单元将PWM脉冲信号转化为阈值电压；
在数据发射端向数据接收端传输数据的过程中，检波单元的第一信号输出端将检波后的模拟基带信号输入阈值比较单元与阈值电压进行比较，若检波后的模拟基带信号大于阈值电压，则阈值比较单元输出高电平到第二微处理单元的GPIO数据输入端进行数据采样；
若检波后的模拟基带信号小于阈值电压，则阈值比较单元输出低电平到第二微处理单元的GPIO数据输入端进行数据采样。
4.根据权利要求3所述的一种环境反向散射通信系统，其特征是所述阈值比较单元包括第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第一电容C1，第二电容C2，比较器U1，场效应管Q1；V_RFIN端口为阈值比较单元的第一信号输入端，V_RFIN端口与检波单元的信号输出端相连，PWM端口为阈值比较单元的第二信号输入端，PWM端口与第二微处理单元的PWM输出端相连，RX端口为阈值比较单元的信号输出端，RX端口与第二微处理单元的GPIO数据输入端相连；工作时，第二微处理单元将阈值电压数据data_AVE通过PWM脉冲波的形式从PWM端口输入阈值比较单元，第五电阻R5对PWM脉冲波起到稳压作用；场效应管Q1具有开关作用，当PWM脉冲波为高电平时场效应管Q1导通，当PWM脉冲波为低电平时场效应管Q1不导通；利用PWM脉冲波的占空比来调节场效应管Q1的开关时间；第四电阻R4的作用是稳压，稳定场效应管Q1导通后的3.3V电压；第三电阻R3和第二电容C2组成RC电路，场效应管Q1导通时，第二电容C2开始充电，第二电容C2两端电压升高；场效应管Q1不导通时，第二电容C2开始放电，第二电容C2两端电压下降；通过控制PWM脉冲波占空比控制场效应管Q1的导通时间，使第二电容C2两端电压稳定形成阈值电压输入比较器U1的4号端口；第一电阻R1和第一电容C1形成RC滤波电路，RC滤波电路对检波单元输入的检波后的模拟基带信号再次进行滤波，防止杂散信号干扰；第二电阻R2作用是稳定比较器U1输出电压；V_RFIN端口的输入信号经过RC滤波后进入比较器U1的3号端口，比较器U1的1号输出端口与第二微处理单元的GPIO数字输入端连接；比较器U1的2号端口接3.3V电压，比较器U1的5号端口与GND连接；工作过程中，比较器U1的3号端口输入的检波后的模拟基带信号与4号端口输入的阈值电压进行比较，若比较器U1的3号端口输入的检波后的模拟基带信号大于4号端口输入的阈值电压，则比较器U1的1号输出端口输出为高电平3.3V；若比较器U1的3号端口输入的检波后的模拟基带信号小于4号端口的阈值电压，则比较器U1的1号输出端口输出为低电平0V。
5.根据权利要求1所述的一种环境反向散射通信系统，其特征是所述数据发射端和数据接收端之间利用环境中射频信号进行通信，具体过程包括：环境中射频信号源发射射频信号到空间环境中，数据发射端和数据接收端都在空间环境中接收环境中射频信号；数据发射端将内部的传感器单元采集的需要通信传输的数据转换为0和1信号，并通过0和1信号控制射频开关单元，数据发射端发送信号1时，射频开关单元打开，环境中射频信号反射到数据接收端，此时数据接收端接收的信号为hsr和htr的叠加；数据发射端发射信号0时，射频开关单元闭合，环境中射频信号进入数据发射端，不反射到数据接收端，此时数据接收端接收的信号为hsr；数据接收端通过对接收信号的检测，得到高低电平，当接收到hsr和htr叠加信号，恢复出高电平，并转化为信号1；当接收到hsr信号，恢复出低电平，并转化为信号0；环境中射频信号源与数据发射端之间的射频信号用hst表示；环境中射频信号源与数据接收端之间的射频信号用hsr表示；数据发射端与数据接收端之间的射频信号用htr表示。
6.根据权利要求1所述的一种环境反向散射通信系统，其特征是所述基带编码在数据发射端的第一微处理单元进行工作，传感器单元用于获取需要通信传输的信源数据，信源数据在第一微处理单元进行数据处理转化为0和1数字信号；2ASK调制方法采用的是二进制振幅键控工作方式，使用数据发射端的射频开关单元实现2ASK调制功能；所述2ASK解调是通过数据接收端的检波单元和阈值比较单元实现，将射频信号转换为低频的高低电平，所述低频为0‑1000KHz；基带译码在数据接收端的第二微处理单元实现，将采集的信号进行数据处理，转化为宿主数据。
7.根据权利要求1所述的一种环境反向散射通信系统，其特征是所述基带编码包括CRC编码器，复制交织器，FM0编码器；信源数据在数据发射端依次经过CRC编码器、复制交织器、FM0编码器编码后通过第一微处理单元控制射频开关单元；
所述CRC编码器依据需要生成4位CRC编码，8位CRC编码，16位CRC编码和32位CRC编码；
所述复制交织器包括第一交织器，第二交织器，级联器；所述复制交织器将CRC编码器编码后的数据组复制为三组相同数据，三组相同数据为第1组数据、第2组数据、第3组数据；
第2组数据进入第一交织器进行交织处理形成交织后的第2组数据；第3组数据进入第二交织器进行交织处理形成交织后的第3组数据；将交织后的第2组数据、交织后的第3组数据、第1组数据送入级联器中进行级联生成级联发射数据。
8.根据权利要求7所述的一种环境反向散射通信系统，其特征是所述第1组数据送入级联器之前不进行均分，将数组名更改为第4组数据；第4组数据不进行交织处理，并将第4组数据更名为第10组数据；
所述第2组数据进入第一交织器进行交织处理形成交织后的第2组数据，具体包括：第2组数据均分为2份，分为数据长度一致的第5组数据和第6组数据；第5组数据和第6组数据进行交织处理生成第11组数据；所述第5组数据和第6组数据进行交织处理生成第11组数据的具体过程是：第5组数据的第1个数据和第6组数据的第1个数据分别排列在第11组数据的第
1和第2位置；第5组数据的第2个数据和第6组数据的第2个数据分别排列在第11组数据的第
3和第4位置；按照此种方法将第5组数据和第6组数据依次循环排列在第11组数据中；
所述第3组数据进入第二交织器进行交织处理形成交织后的第3组数据，具体包括：将数据2均分为3份，分为数据长度一致的第7组数据、第8组数据、第9组数据；第7组数据、第8组数据、第9组数据进行交织处理生成第12组数据；
所述第7组数据、第8组数据、第9组数据进行交织处理生成第12组数据的具体过程是：
第7组数据的第1个数据、第8组数据第1个数据、第9组数据的第1个数据分别排列在第12组数据的第1、第2、第3位置；第7组数据的第2个数据、第8组数据第2个数据、第9组数据的第2个数据分别排列在第12组数据的第4、第5、第6位置；按照此种方法将第7组数据、第8组数据、第9组数据依次循环排列在第12组数据中；
所述将交织后的第2组数据、交织后的第3组数据、第1组数据送入级联器中进行级联生成级联发射数据，具体包括：将第10组数据、第11组数据、第12组数据级联生成级联数据，避免数据传输中的串差错；所述生成级联数据过程是将第11组数据的1位数据紧接着第10组数据最后1位数据排列，第12组数据的1位数据紧接着第11组数据最后1位数据排列；将三组数据组成新的级联发射数据；
所述FM0编码器将复制交织后的数组按照FM0编码，FM0编码在每次码元起始位置进行电平翻转，若发送数据为1，则一个码元周期内电平不发生翻转，若发送数据为0，则一个码元周期内发生翻转。 说明书 : 一种环境反向散射通信系统技术领域[0001] 本发明涉及一种环境反向散射通信系统，属于无线通信、物联网领域。背景技术[0002] 随着国家对智慧城市建设的推进，5G机器型态通信（MTC）、物联网迎来飞速发展的阶段；为实现万物互联，未来通信网络将会随着物联网设备的急速增长而带来巨大的流量和巨大的连接数；物联网需要大量的传感设备，5G机器型态通信（MTC）作为一种新兴的通讯架构，可以实现传感设备之间的通信；面对海量的传感设备数与相互之间的通信流量，如何搭建成本低廉、部署灵活、无需外部供电的物联网通信系统是未来发展的重点。[0003] 环境反向散射通信系统将传输信息搭载在环境中的无线信号上，可以减少部署专用射频源的成本，提升了频谱资源的利用率；通过调节天线与射频电路匹配性能，实现通信系统的自供电和通信功能；天线与射频电路匹配时，可以吸收环境中的无线信号转化为电能；天线与射频电路不匹配时，实现标签向阅读器的信息传输，完成通信过程；[0004] 环境反向散射通信系统中重点关注传输数据的误码率和传输距离，因此如何降低数据的误码率以及提升传输距离的对于环境反向散射通信系统就显得非常重要。[0005] 目前环境反向散射通信的编码算法一般FM0编码（双相间隔码编码）和Miller编码（延迟调制码）等编码方法，数据误码率比较大；因此如何降低数据误码率、提升系统的可靠性就显得非常重要；误码率降低，表示系统可以接收信噪比更小的有用信号；接收端底噪不变，系统可以正确解调更小功率的有用信号，信号在空间中可以传输更远的距离。发明内容[0006] 本发明提出的是一种环境反向散射通信系统，其目的旨在设计一种利用环境中射频信号实现环境反向散射的通信系统。[0007] 本发明的技术解决方案，一种环境反向散射通信系统，其结构包括数据发射端，数据接收端；所述数据发射端和数据接收端之间利用环境中射频信号进行通信。[0008] 进一步地，所述数据发射端包括传感器单元，第一微处理单元，射频开关单元，第一匹配单元，A天线；传感器单元的信号输出端与第一微处理单元的信号输入端连接，第一微处理单元的信号输出端与射频开关单元的信号输入端连接，射频开关单元的信号输出端与第一匹配单元的第一信号输入端连接，第一匹配单元的第二信号输入端与A天线连接；工作时；当第一微处理单元处理的数据为0时，射频开关单元闭合，此时第一匹配单元与A天线匹配，A天线所接收的环境中射频信号从A天线进入数据发射端；当第一微处理单元处理的数据为1时，射频开关单元打开，第一匹配单元与A天线不匹配，此时A天线所接收的环境中射频信号源所发射的环境中射频信号在A天线处向外反射；所述数据接收端同时接收环境中射频信号源所发射的环境中射频信号和经过数据发射端中A天线反射的环境中射频信号。[0009] 进一步地，所述数据接收端包括B天线，第二匹配单元，检波单元，阈值比较单元，第二微处理单元；所述第二微处理单元包含ADC模块输入端、GPIO数据输入端、PWM输出端；B天线的信号输出端与第二匹配单元的信号输入端连接，第二匹配单元的信号输出端与检波单元的信号输入端连接，检波单元的第一信号输出端与阈值比较单元的第一信号输入端连接，检波单元的第二信号输出端与第二微处理单元的ADC模块输入端连接，阈值比较单元的信号输出端与第二微处理单元的GPIO数据输入端连接，第二微处理单元的PWM输出端与阈值比较单元的第二信号输入端连接；工作时，B天线与第二匹配单元连接将环境中的携带信息的射频信号传输进入第二匹配单元，第二匹配单元与检波单元连接将携带信息的射频信号进行检波处理转化为检波后的模拟基带信号，检波单元与第二微处理单元的ADC模块连接，第二微处理单元的ADC模块对检波后的模拟基带信号进行采样并转化为数字数据；[0010] 当数据发射端无数据向数据接收端传输时，第二微处理单元中的ADC模块对检波后的模拟基带信号进行采样并存储为低电平数据data_L；在数据发射端向数据接收端传输数据之前会首先发送一个高电平数据，此时第二微处理单元中的ADC模块对检波后的模拟基带信号进行采样并存储为高电平数据data_H；在采集到高电平数data_H后，对高电平数data_H和低电平数据data_L求平均得到阈值电压数据data_AVE；第二微处理单元的PWM输出端与阈值比较单元的第二输入端连接，第二微处理单元将阈值电压数据data_AVE转化为PWM脉冲信号输出到阈值比较单元，阈值比较单元将PWM脉冲信号转化为阈值电压；[0011] 在数据发射端向数据接收端传输数据的过程中，检波单元的第一信号输出端将检波后的模拟基带信号输入阈值比较单元与阈值电压进行比较，若检波后的模拟基带信号大于阈值电压，则阈值比较单元输出高电平到第二微处理单元的GPIO数据输入端进行数据采样；若检波后的模拟基带信号小于阈值电压，则阈值比较单元输出低电平到第二微处理单元的GPIO数据输入端进行数据采样。[0012] 进一步地，所述阈值比较单元包括第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第一电容C1，第二电容C2，比较器U1，场效应管Q1；V_RFIN端口为阈值比较单元的第一信号输入端，V_RFIN端口与检波单元的信号输出端相连，PWM端口为阈值比较单元的第二信号输入端，PWM端口与第二微处理单元的PWM输出端相连，RX端口为阈值比较单元的信号输出端，RX端口与第二微处理单元的GPIO数据输入端相连；工作时，第二微处理单元将阈值电压数据data_AVE通过PWM脉冲波的形式从PWM端口输入阈值比较单元，第五电阻R5对PWM脉冲波起到稳压作用；场效应管Q1具有开关作用，当PWM脉冲波为高电平时场效应管Q1导通，当PWM脉冲波为低电平时场效应管Q1不导通；利用PWM脉冲波的占空比来调节场效应管Q1的开关时间；第四电阻R4的作用是稳压，稳定场效应管Q1导通后的3.3V电压；第三电阻R3和第二电容C2组成RC电路，场效应管Q1导通时，第二电容C2开始充电，第二电容C2两端电压升高；场效应管Q1不导通时，第二电容C2开始放电，第二电容C2两端电压下降；通过控制PWM脉冲波占空比就可以控制场效应管Q1的导通时间，使第二电容C2两端电压稳定形成阈值电压输入比较器U1的4号端口；第一电阻R1和第一电容C1形成RC滤波电路，RC滤波电路对检波单元输入的检波后的模拟基带信号再次进行滤波，防止杂散信号干扰；第二电阻R2作用是稳定比较器U1输出电压；V_RFIN端口的输入信号经过RC滤波后进入比较器U1的3号端口，比较器U1的1号输出端口与第二微处理单元的GPIO数字输入端连接；比较器U1的2号端口接3.3V电压，比较器U1的5号端口与GND连接；工作过程中，比较器U1的3号端口输入的检波后的模拟基带信号与4号端口输入的阈值电压进行比较，若比较器U1的3号端口输入的检波后的模拟基带信号大于4号端口输入的的阈值电压，则比较器U1的1号输出端口输出为高电平3.3V；若比较器U1的3号端口输入的检波后的模拟基带信号小于4号端口的阈值电压，则比较器U1的1号输出端口输出为低电平0V。[0013] 进一步地，所述数据发射端和数据接收端之间利用环境中射频信号进行通信，具体过程包括：环境中射频信号源发射射频信号到空间环境中，数据发射端和数据接收端都在空间环境中接收环境中射频信号；数据发射端将内部的传感器单元采集的需要通信传输的数据转换为0和1信号，并通过0和1信号控制射频开关单元，数据发射端发送信号1时，射频开关单元打开，环境中射频信号反射到数据接收端，此时数据接收端接收的信号为hsr和htr的叠加；数据发射端发射信号0时，射频开关单元闭合，环境中射频信号进入数据发射端，不反射到数据接收端，此时数据接收端接收的信号为hsr；数据接收端通过对接收信号的检测，得到高低电平，当接收到hsr和htr叠加信号，恢复出高电平，并转化为信号1；当接收到hsr信号，恢复出低电平，并转化为信号0；环境中射频信号源与数据发射端之间的射频信号用hst表示；环境中射频信号源与数据接收端之间的射频信号用hsr表示；数据发射端与数据接收端之间的射频信号用htr表示。[0014] 进一步地，所述数据发射端通过交织技术提高数据信息的抗干扰性，具体包括1‑1）基带编码，1‑2）2ASK调制；所述数据接收端通过若干次校验纠错的方法来降低接收数据的误码率，具体包括2‑1）2ASK解调，2‑2）基带译码，2‑3）宿主数据。[0015] 进一步地，所述基带编码在数据发射端的第一微处理单元进行工作，传感器单元用于获取需要通信传输的信源数据，信源数据在第一微处理单元进行数据处理转化为0和1数字信号；2ASK调制方法采用的是二进制振幅键控工作方式，使用数据发射端的射频开关单元实现2ASK调制功能；所述2ASK解调是通过数据接收端的检波单元和阈值比较单元实现，将射频信号转换为低频的高低电平，所述低频为0‑1000KHz；基带译码在数据接收端的第二微处理单元实现，将采集的信号进行数据处理，转化为宿主数据。[0016] 进一步地，所述基带编码包括CRC编码器，复制交织器，FM0编码器；信源数据在数据发射端依次经过CRC编码器、复制交织器、FM0编码器编码后通过第一微处理单元控制射频开关单元；[0017] 所述CRC编码器依据需要生成4位CRC编码，8位CRC编码，16位CRC编码和32位CRC编码；[0018] 所述复制交织器包括第一交织器，第二交织器，级联器；所述复制交织器将CRC编码器编码后的数据组复制为三组相同数据，三组相同数据为第1组数据、第2组数据、第3组数据；第2组数据进入第一交织器进行交织处理形成交织后的第2组数据；第3组数据进入第二交织器进行交织处理形成交织后的第3组数据；将交织后的第2组数据、交织后的第3组数据、第1组数据送入级联器中进行级联生成级联发射数据。[0019] 进一步地，所述第1组数据送入级联器之前不进行均分，将数组名更改为第4组数据；第4组数据不进行交织处理，并将第4组数据更名为第10组数据；[0020] 所述第2组数据进入第一交织器进行交织处理形成交织后的第2组数据，具体包括：第2组数据均分为2份，分为数据长度一致的第5组数据和第6组数据；第5组数据和第6组数据进行交织处理生成第11组数据；所述第5组数据和第6组数据进行交织处理生成第11组数据的具体过程是：第5组数据的第1个数据和第6组数据的第1个数据分别排列在第11组数据的第1和第2位置；第5组数据的第2个数据和第6组数据的第2个数据分别排列在第11组数据的第3和第4位置；按照此种方法将第5组数据和第6组数据依次循环排列在第11组数据中；[0021] 所述第3组数据进入第二交织器进行交织处理形成交织后的第3组数据，具体包括：将数据2均分为3份，分为数据长度一致的第7组数据、第8组数据、第9组数据；第7组数据、第8组数据、第9组数据进行交织处理生成第12组数据；[0022] 所述第7组数据、第8组数据、第9组数据进行交织处理生成第12组数据的具体过程是：第7组数据的第1个数据、第8组数据第1个数据、第9组数据的第1个数据分别排列在第12组数据的第1、第2、第3位置；第7组数据的第2个数据、第8组数据第2个数据、第9组数据的第2个数据分别排列在第12组数据的第4、第5、第6位置；按照此种方法将第7组数据、第8组数据、第9组数据依次循环排列在第12组数据中；[0023] 所述将交织后的第2组数据、交织后的第3组数据、第1组数据送入级联器中进行级联生成级联发射数据，具体包括：将第10组数据、第11组数据、第12组数据级联生成级联数据，避免数据传输中的串差错；所述生成级联数据过程是将第11组数据的1位数据紧接着第10组数据最后1位数据排列，第12组数据的1位数据紧接着第11组数据最后1位数据排列；将三组数据组成新的级联发射数据；[0024] 所述FM0编码器将复制交织后的数组按照FM0编码，FM0编码在每次码元起始位置进行电平翻转，若发送数据为1，则一个码元周期内电平不发生翻转，若发送数据为0，则一个码元周期内发生翻转。[0025] 进一步地，所述基带译码包括FM0译码器，分组交织器，CRC循环冗余校验，增量冗余纠错器；数据在数据接收端通过FM0译码器，分组交织器，CRC循环冗余校验，增量冗余纠错器完成数据译码和纠正过程；其中，分组交织器对FM0译码器译码后的数据进行均分得到三组数据，并对分组后的三组数据进行交织处理；增量冗余纠错器作用是协助CRC循环冗余校验的循环调用以及数据纠错处理；[0026] 所述FM0译码器在进行FM0译码的同时，判断经过空间信道的接收数据的是否满足FM0译码规则，若译码过程出现错误则向数据发射端请求重传，若译码过程中未出现错误则进行CRC循环冗余校验；[0027] 所述分组交织器的工作流程，具体包括以下步骤：[0028] 1）进行数据分组，将第二微处理单元GPIO数据接收端口接收到的高低电平数据转化为01数据并等分为第13组数据、第14组数据、第15组数据；[0029] 2）对第13组数据、第14组数据、第15组数据进行去交织处理；第13组数据保持数据不变，更名为第16组数据；第14组数据按顺循环分配给第17组数据和第18组数据，具体过程是：第14组数据的第1位数据分配在第17组数据的第1位，第14组数据的2位数据分别分配在第18组数据的第1位；第14组数据的第3位数据分配在第17组数据的第2位，第14组数据的4位数据分别分配在第18组数据的第2位；按照此种方法将第14组数据依次循环分配在第17组数据和第18组数据；第15组数据按顺序循环分配给第19组数据、第20组数据、第21组数据，具体过程是：第15组数据的第1位数据分配在第19组数据的第1位，第15组数据的2位数据分别分配在第20组数据的第1位，第15组数据的3位数据分别分配在第21组数据的第1位；第15组数据的第4位数据分配在第19组数据的第2位，第15组数据的5位数据分别分配在第20组数据的第2位，第15组数据的6位数据分别分配在第21组数据的第2位；按照此种方法将第15组数据依次循环分配在第19组数据、第20组数据、第21组数据；[0030] 3）进行数据级联，第16组数据保持不变更名为第22组数据；第17组数据和第18组数据级联生成第23组数据，具体过程是：第18组数据第1位数据紧接第17组数据末尾组成新数据组；第19组数据、第20组数据、第21组数据级联生成第24组数据，具体过程是：第20组数据第1位数据紧接第19组数据末尾，第21组数据第1位数据紧接第20组数据末尾，组成新数据组；将级联收生成的第22组数据、第23组数据、第24组数据依次送入CRC循环冗余校验进行校验；[0031] 所述CRC循环冗余校验的具体过程包括：将第22组数据与多项式参数进行模二除法并根据余数是否为0进行判断否有错误数据；若余数为0则无传输错误，数据输出为宿主数据；若余数不为0，则有错误，进入增量冗余纠错器进行纠错处理；[0032] 所述增量冗余纠错器的作用是提升CRC循环冗余校验的纠错能力；第22组数据、第23组数据、第24组数据依次进入CRC循环冗余校验中进行错误数据检验，若检验到无错误数据时，数据输出为宿主数据，若检验到有错误数据时，进入增量冗余纠错器中；在增量冗余纠错器中判断已进行的CRC冗余校验的数据是否已超出第24组数据数组序号，若没有超出则继续调用下一数据组；若超出数据组数，则对第22组数据、第23组数据、第24组数据进行纠正得到第25组数据，并对其进行CRC循环冗余校验处理；若第25组数据的CRC循环冗余校验无错误则输出数据，输出数据为宿主数据，若有错误则进行数据重传。[0033] 本发明的有益效果：[0034] 1）实现了借助环境中射频信号进行空间通信的功能；[0035] 2）本发明通过增强信号传输质量来降低数据接收端信号的信噪比，进而在数据接收端可以接收到更弱的信号，在同一通信环境中传输距离更远，提升了环境反向散射通信系统的传输距离；[0036] 3）通过进一步设计，本发明采用复制交织的方式，将一组数据复制为3组数据，并通过交织技术将数据传输中串差错数据转化为突发差错数据；[0037] 4）通过进一步设计，本发明采用增量冗余纠错的方式，多次调用数据进行CRC循环冗余校验（CyclicRedundancyCheck），纠正数据传输中的随机错误比特，误码率有明显的降低。附图说明[0038] 附图1是环境反向散射通信系统的结构示意图。[0039] 附图2是环境反向散射通信系统数据发射端结构示意图。[0040] 附图3是环境反向散射通信系统数据接收端结构示意图。[0041] 附图4是阈值比较单元电路结构示意图。[0042] 附图5是环境反向散射通信系统的数据处理流程示意图。[0043] 附图6是基带编码和基带译码处理流程示意图。[0044] 附图7是复制交织器处理流程示意图。[0045] 附图8是复制交织器工作原理图。[0046] 附图9是分组交织器工作原理图。[0047] 附图10是CRC循环冗余校验和增量冗余纠错器处理流程示意图。[0048] 附图11是本发明和未进行交织处理的环境反向散射通信系统误码率对比图。具体实施方式[0049] 一种环境反向散射通信系统，其结构包括数据发射端，数据接收端；所述数据发射端和数据接收端之间利用环境中射频信号进行通信。[0050] 所述数据发射端包含传感器单元，第一微处理单元，射频开关单元，第一匹配单元，A天线；传感器单元的信号输出端与第一微处理单元的信号输入端连接，第一微处理单元的信号输出端与射频开关单元的信号输入端连接，射频开关单元的信号输出端与第一匹配单元的第一信号输入端连接，第一匹配单元的第二信号输入端与A天线连接；工作时，通过射频开关单元与第一匹配单元连接来控制第一匹配单元与A天线的匹配特性；当第一微处理单元处理的数据为0（低电平）时，射频开关单元闭合，此时第一匹配单元与A天线匹配，A天线所接收的环境中射频信号源所发射的环境中射频信号从A天线进入数据发射端；当第一微处理单元处理的数据为1（高电平）时，射频开关单元打开，第一匹配单元与A天线不匹配，此时A天线所接收的环境中射频信号源所发射的环境中射频信号在A天线处向外反射；所述数据接收端同时接收环境中射频信号源所发射的环境中射频信号和经过数据发射端中A天线反射的环境中射频信号。[0051] 所述数据接收端包含B天线，第二匹配单元，检波单元，阈值比较单元，第二微处理单元；所述第二微处理单元包含ADC（模数转换器）模块输入端、GPIO数据输入端、PWM（脉冲宽度调制,Pulsewidthmodulation）输出端；B天线的信号输出端与第二匹配单元的信号输入端连接，第二匹配单元的信号输出端与检波单元的信号输入端连接，检波单元的第一信号输出端与阈值比较单元的第一信号输入端连接，检波单元的第二信号输出端与第二微处理单元的ADC（模数转换器）模块输入端连接，阈值比较单元的信号输出端与第二微处理单元的GPIO数据输入端连接，第二微处理单元的PWM（脉冲宽度调制,Pulsewidthmodulation）输出端与阈值比较单元的第二信号输入端连接；工作时，B天线与第二匹配单元连接将环境中的携带信息的射频信号传输进入第二匹配单元，第二匹配单元与检波单元连接将携带信息的射频信号进行检波处理转化为检波后的模拟基带信号，检波单元与第二微处理单元的ADC模块连接，第二微处理单元的ADC模块对检波后的模拟基带信号进行采样并转化为数字数据；所述检波后的模拟基带信号的频率范围优选在0‑1000KHz之间。[0052] 当数据发射端无数据向数据接收端传输时，第二微处理单元中的ADC模块对检波后的模拟基带信号进行采样并存储为低电平数据data_L；在数据发射端向数据接收端传输数据之前会首先发送一个高电平数据，此时第二微处理单元中的ADC模块对检波后的模拟基带信号进行采样并存储为高电平数据data_H；在采集到高电平数data_H后，对高电平数data_H和低电平数据data_L求平均得到阈值电压数据data_AVE；第二微处理单元的PWM输出端与阈值比较单元的第二输入端连接，第二微处理单元将阈值电压数据data_AVE转化为PWM脉冲信号输出到阈值比较单元，阈值比较单元将PWM脉冲信号转化为阈值电压。[0053] 在数据发射端向数据接收端传输数据的过程中，检波单元的第一信号输出端将检波后的模拟基带信号输入阈值比较单元与阈值电压进行比较，若检波后的模拟基带信号大于阈值电压，则阈值比较单元输出高电平到第二微处理单元的GPIO数据输入端进行数据采样；若检波后的模拟基带信号小于阈值电压，则阈值比较单元输出低电平到第二微处理单元的GPIO数据输入端进行数据采样。[0054] 如图4所示，所述阈值比较单元包括第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第一电容C1，第二电容C2，比较器U1，场效应管Q1；V_RFIN端口为阈值比较单元的第一信号输入端，V_RFIN端口与检波单元的信号输出端相连，PWM端口为阈值比较单元的第二信号输入端，PWM端口与第二微处理单元的PWM输出端相连，RX端口为阈值比较单元的信号输出端，RX端口与第二微处理单元的GPIO数据输入端相连；工作过程，第二微处理单元将阈值电压数据data_AVE通过PWM脉冲波的形式从PWM端口输入阈值比较单元，第五电阻R5对PWM脉冲波起到稳压作用；场效应管Q1具有开关作用，当PWM脉冲波为高电平时场效应管Q1导通，当PWM脉冲波为低电平时场效应管Q1不导通；利用PWM脉冲波的占空比来调节场效应管Q1的开关时间；第四电阻R4的作用是稳压，稳定场效应管Q1导通后的3.3V电压；第三电阻R3和第二电容C2组成RC电路，场效应管Q1导通时，第二电容C2开始充电，第二电容C2两端电压升高；场效应管Q1不导通时，第二电容C2开始放电，第二电容C2两端电压下降；通过控制PWM脉冲波占空比就可以控制场效应管Q1的导通时间，使第二电容C2两端电压稳定形成阈值电压输入比较器U1的4号端口；第一电阻R1和第一电容C1形成RC滤波电路，RC滤波电路对检波单元输入的检波后的模拟基带信号再次进行滤波，防止杂散信号干扰；第二电阻R2作用是稳定比较器U1输出电压；V_RFIN端口的输入信号经过RC滤波后进入比较器U1的3号端口，比较器U1的1号输出端口与第二微处理单元的GPIO数字输入端连接；比较器U1的2号端口接3.3V电压，比较器U1的5号端口与GND连接；工作过程中，比较器U1的3号端口输入的检波后的模拟基带信号与4号端口输入的阈值电压进行比较，若比较器U1的3号端口输入的检波后的模拟基带信号大于4号端口输入的的阈值电压，则比较器U1的1号输出端口输出为高电平3.3V；若比较器U1的3号端口输入的检波后的模拟基带信号小于4号端口的阈值电压，则比较器U1的1号输出端口输出为低电平0V。[0055] 所述环境反向散射通信系统以环境中射频信号为载体通过调制和反射实现数据发射端与数据接收端之间的通信，具体过程包括：环境中射频信号源发射射频信号到空间环境中，数据发射端和数据接收端都在空间环境中接收环境中射频信号；数据发射端将内部的传感器单元采集的需要通信传输的数据（比如：温度、湿度等）转换为0（低电平）和1（高电平）信号，并通过0和1信号控制射频开关单元，数据发射端发送信号1时，射频开关单元打开，环境中射频信号反射到数据接收端，此时数据接收端接收的信号为hsr和htr的叠加；数据发射端发射信号0时，射频开关单元闭合，环境中射频信号进入数据发射端，不反射到数据接收端，此时数据接收端接收的信号为hsr；数据接收端通过对接收信号的检测，可以得到高低电平，当接收到hsr和htr叠加信号，恢复出高电平，并转化为信号1；当接收到hsr信号，恢复出低电平，并转化为信号0；如图1所示，环境中射频信号源与数据发射端之间的射频信号用hst表示；环境中射频信号源与数据接收端之间的射频信号用hsr表示；数据发射端与数据接收端之间的射频信号用htr表示。[0056] 所述环境中射频信号源包含基站、WIFI、广播等，可以源源不断的发射射频信号到空间环境中。[0057] 所述数据发射端通过交织技术提高数据信息的抗干扰性；所述接收端通过多次校验纠错的方法来降低接收数据的误码率。[0058] 本发明中所述高电平对应数字信号1，所述低电平对应数字信号0；所述高电平优选为3.3V，所述低电平优选为0V。[0059] 所述数据发射端通过交织技术提高数据信息的抗干扰性，具体包括1‑1）基带编码，1‑2）2ASK调制；所述数据接收端通过多次校验纠错的方法来降低接收数据的误码率，具体包括2‑1）2ASK解调，2‑2）基带译码，2‑3）宿主数据。[0060] 所述基带编码在数据发射端的第一微处理单元进行工作，传感器单元用于获取需要通信传输的信源数据，信源数据在第一微处理单元进行数据处理转化为0和1数字信号；2ASK调制方法采用的是OOK（二进制振幅键控）工作方式，使用数据发射端的射频开关单元实现2ASK调制功能。[0061] 所述传感器单元用于从信号源中获取的需要通信的数据信息，比如传感器单元采集的温度、湿度等，也包括其它各种需要传递的信息；所述传感器单元指用于获取需要通信的数据信息的各种信号采集设备，本发明对需要通信的数据信息并没有特殊限定。[0062] 所述2ASK解调是通过数据接收端的检波单元和阈值比较单元实现，将射频信号转换为低频（0‑1000KHz）的高低电平；基带译码在数据接收端的第二微处理单元实现，将采集的信号进行数据处理，转化为宿主数据。[0063] 所述基带编码包括CRC编码器，复制交织器，FM0编码器；信源数据在数据发射端依次经过CRC编码器、复制交织器、FM0编码器编码后通过第一微处理单元控制射频开关单元。[0064] 所述CRC编码器依据需要生成4位CRC编码，8位CRC编码，16位CRC编码和32位CRC编码；以4位CRC编码为例，将数据发射端采集的传感数据（温度、湿度等）转化为二进制01数据与4位CRC多项式系数进行模二除法运算（异或运算），余数为CRC校验码，将其补位在二进制数据末尾，生成CRC编码后的数据组。[0065] 举例说明：[0066] 被校验二进制数据M=1000B；[0067] 多项式G(x)=x4+1；[0068] 多项式G(x)二进制系数C=10001B。[0069] 对被校验二进制数M=1000B补4位0后为N=10000000B。[0070] N与C进行模二除法运算余数为1000B，即CRC校验码为1000B。[0071] CRC编码后数据T=10001000。[0072] 所述复制交织器包括第一交织器，第二交织器，级联器；所述复制交织器将CRC编码器编码后的数据组复制为三组相同数据，三组相同数据为第1组数据、第2组数据、第3组数据；第2组数据进入第一交织器进行交织处理形成交织后的第2组数据；第3组数据进入第二交织器进行交织处理形成交织后的第3组数据；将交织后的第2组数据、交织后的第3组数据、第1组数据送入级联器中进行级联生成级联发射数据。[0073] 所述第1组数据送入级联器之前不进行均分，将数组名更改为第4组数据；第4组数据不进行交织处理，并将第4组数据更名为第10组数据；所述第2组数据进入第一交织器进行交织处理形成交织后的第2组数据，具体包括：第2组数据均分为2份，分为数据长度一致的第5组数据和第6组数据；第5组数据和第6组数据进行交织处理生成第11组数据；所述第5组数据和第6组数据进行交织处理生成第11组数据的具体过程是：第5组数据的第1个数据和第6组数据的第1个数据分别排列在第11组数据的第1和第2位置；第5组数据的第2个数据和第6组数据的第2个数据分别排列在第11组数据的第3和第4位置；按照此种方法将第5组数据和第6组数据依次循环排列在第11组数据中。[0074] 所述第3组数据进入第二交织器进行交织处理形成交织后的第3组数据，具体包括：将数据2均分为3份，分为数据长度一致的第7组数据、第8组数据、第9组数据；第7组数据、第8组数据、第9组数据进行交织处理生成第12组数据。[0075] 所述第7组数据、第8组数据、第9组数据进行交织处理生成第12组数据的具体过程是：第7组数据的第1个数据、第8组数据第1个数据、第9组数据的第1个数据分别排列在第12组数据的第1、第2、第3位置；第7组数据的第2个数据、第8组数据第2个数据、第9组数据的第2个数据分别排列在第12组数据的第4、第5、第6位置；按照此种方法将第7组数据、第8组数据、第9组数据依次循环排列在第12组数据中。[0076] 所述将交织后的第2组数据、交织后的第3组数据、第1组数据送入级联器中进行级联生成级联发射数据，具体包括：将第10组数据、第11组数据、第12组数据级联生成级联数据，避免数据传输中的串差错；所述生成级联数据过程是将第11组数据的1位数据紧接着第10组数据最后1位数据排列，第12组数据的1位数据紧接着第11组数据最后1位数据排列；将三组数据组成新的级联发射数据。[0077] 所述FM0编码器将复制交织后的数组按照FM0编码，FM0编码在每次码元起始位置进行电平翻转，若发送数据为1，则一个码元周期内电平不发生翻转，若发送数据为0，则一个码元周期内发生翻转；以数据1000B为例进行FM0编码，预置编码起始电平为低电平用0表示，第1位待编码数据为1，进行编码前先进行电平翻转，从低电平0翻转为高电平1；编码时，电平不发生翻转，编码后数据为两个高电平11；第2位待编码数据为0，进行编码前先进行电平翻转，从高电平1翻转为低电平0；编码时，电平发生翻转，编码后数据为两个高电平01；第3位待编码数据为0，进行编码前先进行电平翻转，从高电平1翻转为低电平0；编码时，电平发生翻转，编码后数据为两个高电平01；第4位待编码数据为0，进行编码前先进行电平翻转，从高电平1翻转为低电平0；编码时，电平发生翻转，编码后数据为两个高电平01；经过编码后数据电平变为11010101；FM0编码避免传输长时间的低电平0或者高电平1造成判断阈值漂移。[0078] 所述基带译码包括FM0译码器，分组交织器，CRC循环冗余校验，增量冗余纠错器；数据在数据接收端通过FM0译码器，分组交织器，CRC循环冗余校验，增量冗余纠错器完成数据译码和纠正过程；其中，分组交织器对FM0译码器译码后的数据进行均分得到三组数据，并对分组后的三组数据进行交织处理；增量冗余纠错器作用是协助CRC循环冗余校验的循环调用以及数据纠错处理。[0079] 所述FM0译码器在进行FM0译码的同时，判断经过空间信道的接收数据的是否满足FM0译码规则，若译码过程出现错误则向数据发射端请求重传，若译码过程中未出现错误则进行CRC循环冗余校验。[0080] 所述分组交织器的工作流程，具体包括以下步骤：[0081] 1）进行数据分组，将第二微处理单元GPIO数据接收端口接收到的高低电平数据转化为01数据并等分为第13组数据、第14组数据、第15组数据；[0082] 2）对第13组数据、第14组数据、第15组数据进行去交织处理；第13组数据保持数据不变，更名为第16组数据；第14组数据按顺循环分配给第17组数据和第18组数据，具体过程是：第14组数据的第1位数据分配在第17组数据的第1位，第14组数据的2位数据分别分配在第18组数据的第1位；第14组数据的第3位数据分配在第17组数据的第2位，第14组数据的4位数据分别分配在第18组数据的第2位；按照此种方法将第14组数据依次循环分配在第17组数据和第18组数据；第15组数据按顺序循环分配给第19组数据、第20组数据、第21组数据，具体过程是：第15组数据的第1位数据分配在第19组数据的第1位，第15组数据的2位数据分别分配在第20组数据的第1位，第15组数据的3位数据分别分配在第21组数据的第1位；第15组数据的第4位数据分配在第19组数据的第2位，第15组数据的5位数据分别分配在第20组数据的第2位，第15组数据的6位数据分别分配在第21组数据的第2位；按照此种方法将第15组数据依次循环分配在第19组数据、第20组数据、第21组数据；[0083] 3）进行数据级联，第16组数据保持不变更名为第22组数据；第17组数据和第18组数据级联生成第23组数据，具体过程是：第18组数据第1位数据紧接第17组数据末尾组成新数据组；第19组数据、第20组数据、第21组数据级联生成第24组数据，具体过程是：第20组数据第1位数据紧接第19组数据末尾，第21组数据第1位数据紧接第20组数据末尾，组成新数据组；将级联收生成的第22组数据、第23组数据、第24组数据依次送入CRC循环冗余校验进行校验。[0084] 所述CRC循环冗余校验的具体过程包括：将第22组数据与多项式参数进行模二除法并根据余数是否为0进行判断否有错误数据；若余数为0则无传输错误，数据输出为宿主数据；若余数不为0，则有错误，进入增量冗余纠错器进行纠错处理。[0085] 所述CRC循环冗余校验举例说明：[0086] 被校验二进制数据M=1000B；[0087] 多项式G(x)=x4+1；[0088] 多项式G(x)二进制系数C=10001B；[0089] 对被校验二进制数M=1000B补4位0；位N=10000000B；[0090] N与C进行模二除法运算余数为1000B，即CRC校验码为1000B；[0091] CRC编码后数据T=10001000；[0092] CRC循环冗余校验将T与C进行模二除法，余数为0；[0093] 恢复数据去掉编码后数据T的后四位R=1000B，与二进制被校验数据M=1000B一致。[0094] 所述增量冗余纠错器的作用是提升CRC循环冗余校验的纠错能力；第22组数据、第23组数据、第24组数据依次进入CRC循环冗余校验中进行错误数据检验，若检验到无错误数据时，数据输出为宿主数据，若检验到有错误数据时，进入增量冗余纠错器中；在增量冗余纠错器中判断已进行的CRC冗余校验的数据是否已超出第24组数据数组序号，若没有超出则继续调用下一数据组；若超出数据组数，则对第22组数据、第23组数据、第24组数据进行纠正得到第25组数据，并对其进行CRC循环冗余校验处理；若第25组数据的CRC循环冗余校验无错误则输出数据，输出数据为宿主数据，若有错误则进行数据重传；所述宿主数据即为恢复的数据发射端所发射的数据。实施例[0095] 下面结合说明附图和具体实施例对本发明做出阐述，但并不用以限制本发明。[0096] 如图1环境中射频信号源持续发射射频信号到空间环境中，环境反向散射通信系统的数据发射端和数据接收端都可以在空间环境中接收到射频信号；环境中射频信号源与数据发射端之间的射频信号用hst；环境中射频信号源与数据接收端之间的射频信号用hsr；数据发射端与数据接收端之间的射频信号用htr；数据发射端将内部传感单元从信号源中获取的需要通信的数据信息转换为0和1信号，并通过0和1信号控制射频开关单元；数据发射端需要发送的信号为1时，射频开关单元打开，环境中射频信号反射到数据接收端，此时数据接收端接收的信号为hsr和htr的叠加；数据发射端需要发送的信号为0时，射频开关单元闭合，环境中射频信号进入数据发射端，不反射到数据接收端，此时数据接收端接收的信号为hsr；数据接收端通过对接收信号的检测，可以得到高低电平，恢复出数据发射端的0和1信号。[0097] 如图2环境反向散射通信系统数据发射端硬件结构图中，所述数据发射端的硬件结构包含传感器单元，第一微处理单元，射频开关单元，第一匹配单元，A天线；传感器单元与环境接触采集环境需要通信传输的数据（比如：温度、湿度等），另一方面与第一微处理单元连接，将采集的数据传递给第一微处理单元；第一微处理单元对传感器单元所述采集的数据进行处理，并依据处理后的数据控制射频开关单元；射频开关单元与第一匹配单元连接控制第一匹配单元与A天线的匹配特性；第一微处理器处理的数据为0时，射频开关单元闭合，第一匹配单元与A天线匹配，环境中的射频信号从A天线进入数据发射端；第一微处理器处理的数据为1时，射频开关单元打开，第一匹配单元与A天线不匹配，环境中的射频信号在A天线处反射到数据接收端。[0098] 如图3环境反向散射通信系统数据接收端硬件结构图中，所述数据接收端的硬件结构包含B天线，第二匹配单元，检波单元，阈值比较单元，第二微处理单元；B天线与第二匹配单元连接将环境中的携带信息的射频信号传输进入匹配单元，第二匹配单元与检波单元连接将携带信息的射频信号进行检波处理转化为检波后的模拟基带信号；检波单元与第二微处理单元连接将检波后的模拟基带信号送入第二微处理单元进行阈值电压计算，并将阈值传递给阈值比较单元作为低电平和高电平数据判断的参考阈值电压；同时检波单元与阈值比较单元连接，将检波后的模拟基带信号送入阈值比较单元与阈值电压进行比较，若检波后的模拟基带信号大于阈值电压，则输出为高电平；若检波后的模拟基带信号小于阈值电压，则输出为低电平；将高低电平传送到第二微处理单元，第二微处理器对接收到的高低电平采样并进行数据处理恢复传感器采样数据。[0099] 如图4所示，所述阈值比较单元包括第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第一电容C1，第二电容C2，比较器U1，场效应管Q1；V_RFIN端口为阈值比较单元的第一信号输入端，V_RFIN端口与检波单元的信号输出端相连，PWM端口为阈值比较单元的第二信号输入端，PWM端口与第二微处理单元的PWM输出端相连，RX端口为阈值比较单元的信号输出端，RX端口与第二微处理单元的GPIO数据输入端相连；工作过程，第二微处理单元将阈值电压数据data_AVE通过PWM脉冲波的形式从PWM端口输入阈值比较单元，第五电阻R5对PWM脉冲波起到稳压作用；场效应管Q1具有开关作用，当PWM脉冲波为高电平时场效应管Q1导通，当PWM脉冲波为低电平时场效应管Q1不导通；利用PWM脉冲波的占空比来调节场效应管Q1的开关时间；第四电阻R4的作用是稳压，稳定场效应管Q1导通后的3.3V电压；第三电阻R3和第二电容C2组成RC电路，场效应管Q1导通时，第二电容C2开始充电，第二电容C2两端电压升高；场效应管Q1不导通时，第二电容C2开始放电，第二电容C2两端电压下降；通过控制PWM脉冲波占空比就可以控制场效应管Q1的导通时间，使第二电容C2两端电压稳定形成阈值电压输入比较器U1的4号端口；第一电阻R1和第一电容C1形成RC滤波电路，RC滤波电路对检波单元输入的检波后的模拟基带信号再次进行滤波，防止杂散信号干扰；第二电阻R2作用是稳定比较器U1输出电压；V_RFIN端口的输入信号经过RC滤波后进入比较器U1的3号端口，比较器U1的1号输出端口与第二微处理单元的GPIO数字输入端连接；比较器U1的2号端口接3.3V电压，比较器U1的5号端口与GND连接；工作过程中，比较器U1的3号端口输入的检波后的模拟基带信号与4号端口输入的阈值电压进行比较，若比较器U1的3号端口输入的检波后的模拟基带信号大于4号端口输入的的阈值电压，则比较器U1的1号输出端口输出为高电平3.3V；若比较器U1的3号端口输入的检波后的模拟基带信号小于4号端口的阈值电压，则比较器U1的1号输出端口输出为低电平0V。[0100] 如图5所示环境反向散射通信系统的数据处理流程图，环境反向散射系统软件处理流程包含基带编码、2ASK调制、2ASK解调、基带译码和宿主数据；其中基带编码和2ASK调制在数据发射端执行；2ASK解调和基带译码在数据接收端执行；基带编码在数据发射端的第一微处理单元进行工作，信源数据在第一微处理单元进行数据处理；2ASK调制方法采用的是OOK（二进制振幅键控）工作方式，使用数据发射端的射频开关单元实现；2ASK解调是通过数据接收端检波单元和阈值比较单元实现，将射频信号转换为低频（0‑1000KHz）的高低电平；基带译码在数据接收端的第二微处理单元实现，将采集的信号进行数据处理，转化为宿主数据。[0101] 如图6所示基带编码和基带译码处理流程图，基带编码由CRC编码器、复制交织器和FM0编码器组成；基带译码由FM0译码器、去交织器、CRC校验器和增量冗余校验组成；CRC编码器对数据进行CRC附加保护信息数据；复制交织器将CRC编码数据复制为三组并进行交织，减少数据串差错；FM0编码器将交织数据进行FM0编码避免多位高电平或者低电平造成的阈值偏移；FM0译码器对调制后的数据进行译码；分组交织器对译码数据分成三组并进行交织，恢复数据；CRC校验器和增量冗余校验将三组数据进行循环冗余校验以及纠正恢复信息数据。[0102] 如图7所示复制交织器处理流程，经过CRC附加的数据进入复制交织器后数据复制为第1组数据、第2组数据和第3组数据；对三组数据进行交织处理过程如下：第1组数据保持不变，第2组数据进入交织器1进行交织处理，第3组数据进入交织器2进行交织处理，将交织后的三组数据进行级联输出。[0103] 如图8所示复制交织器工作原理，所述数据值复制后出现三组数据：第1组数据、第2组数据和第3组数据；在对三组数据进行交织前需要先进行均分处理，第1组数据保持不变更名为第4组数据，第2组数据均分为2份，第5组数据和第6组数据，第3组数据均分为3份，第7组数据、第8组数据、第9组数据；第4组数据不进行交织处理，保持原始数据更名为第10组数据；从第5组数据和第6组数据依次循环调取一个数据生成第11组数据；从第7组数据、第8组数据、第9组数据依次循环调取一个数据生成第11组数据；将第10组数据、第11组数据、第12组数据级联生成级联数据，并传输到编码器进行FM0编码；通过复制交织的方法，打乱原有数据的顺序，在传输过程中出现成串错误数据时，原数据错误不再是成串，而是转化为突发错误数据，在数据恢复过程中提高了数据可靠性。[0104] 如图9所示分组交织处理原理图，FM0译码后的接收数据进入分组交织器中进行处理；A步进行去级联，将接收数据均分为第13组数据，第14组数据和第15组数据；第二步对分组数据进行去交织处理，第13组数据保持数据不变更名为第16组数据；第14组数据按顺序依次分配给第17组数据和第18组数据；第15组数据按顺序依次分配给第19组数据、第20组数据、第21组数据；最后一步进行数据级联，第16组数据保持不变更名第22组数据；第17组数据和第18组数据级联生成第23组数据；第19组数据、第20组数据、第21组数据级联生成第24组数据，将级联后的第22组数据、第23组数据、第24组数据送入CRC校验模块进行校验处理。[0105] 如图10所示CRC校验和增量冗余纠错器处理流程图，CRC校验模块调用第22组数据进行CRC循环冗余校验；第22组数据与多项式系数进行模二除法（异或运算），如果校验结果余数和为0，则输出数据第22组数据，不调用下一组数据；如果数据0校验结果余数和不为0，则对第23组数据进行CRC循环冗余校验；第23组数据与多项式系数进行模二除法（异或运算），如果校验结果余数和为0，则输出第23组数据，第24组数据不进调用；如果第23组数据校验结果余数和不为0，则对第24组数据进行CRC循环冗余校验；第24组数据与多项式系数进行模二除法（异或运算），如果校验结果余数和为0，则输出第24组数据；如果第24组数据校验结果余数和不为0，则对第22组数据、第23组数据、第24组数据三组数据进行同位置数据相加并平均，若大于0.5则赋值为1，若小于0.5则赋值为0，组成新的第25组数据，再次进行CRC循环冗余校验；第25组数据与多项式系数进行模二除法（异或运算），若余数和为0，则输出第25组数据，若不为0，则启动数据重传。[0106] 如图11所示两种通信系统误码率对比图，对基于交织的环境反向散射通信系统和没有进行交织处理的环境反向散射通信系统进行比较横纵坐标分别表示接收数据的信噪比(Eb/No)和误码率(BER)。[0107] 如图11所示两种通信系统误码率对比图，接收数据信噪比（Eb/No）大于9dB以后，相同的信噪比下，本发明提出的基于交织的环境反向散射通信系统误码率明显低于未进行交织处理的环境反向散射通信系统。[0108] 如图11所示两种通信系统误码率对比图，以1‰的误码率为条件，传统环境反向散射通信系统信噪比为13.8dB，基于交织的环境反向散射通信系统信噪比为11.4dB；在同一环境中，基于交织的环境反向散射通信系统可以接收到更低功率的有用信号，有用信号空间中的传播距离会更长。

专利地区：河南

专利申请日期：2022-04-25

专利公开日期：2024-06-28

专利公告号：CN114845339B