本发明涉及一种全双工后向散射通信装置，其中，双天线模块用于发送调制信号和接收无线信号；能量获取及滤波模块用于根据所述无线信号得到包络信号及均值信号；信号处理模块用于根据所述包络信号和所述均值信号得到高低电平信号；通信处理模块用于对所述高低电平信号进行判决，并通过物理层网络编码处理实现自干扰消除，得到目标信息，同时将所需发送信息发送至发射模块；发射模块用于根据所述所需发送信息产生所述调制信号并将所述调制信号发送至所述双天线模块完成信号发射。本发明的装置通过双天线模块实现了发射通道和接收通道的隔离，通过物理层网络编码实现了自干扰消除，吞吐量更高、体积更小、能耗更低且复杂度更低。
1.一种全双工后向散射通信装置，其特征在于，包括双天线模块(1)、能量获取及滤波模块(2)、信号处理模块(3)、通信处理模块(4)和发射模块(5)，其中，所述双天线模块(1)，用于发送调制信号和接收无线信号；
所述能量获取及滤波模块(2)连接所述双天线模块(1)，用于根据所述无线信号得到包络信号及均值信号；
所述信号处理模块(3)连接所述能量获取及滤波模块(2)，用于根据所述包络信号和所述均值信号得到高低电平信号；
所述通信处理模块(4)分别连接所述能量获取及滤波模块(2)和所述信号处理模块(3)，用于对所述高低电平信号进行判决，并通过物理层网络编码处理实现自干扰消除，得到目标信息，同时将所需发送信息发送至所述发射模块(5)；
所述发射模块(5)分别连接所述双天线模块(1)和所述通信处理模块(4)，用于根据所述所需发送信息产生所述调制信号，并将所述调制信号发送至所述双天线模块(1)完成信号发射。
2.根据权利要求1所述的一种全双工后向散射通信装置，其特征在于，所述双天线模块(1)包括第一天线(11)和第二天线(12)，其中，所述第一天线(11)发送所述调制信号和接收所述无线信号，所述第一天线(11)根据所述发射模块(5)接收的所述所需发送信息连接所述能量获取及滤波模块(2)或所述发射模块(5)；
所述第二天线(12)用于接收所述无线信号，分别连接所述能量获取及滤波模块(2)和接地端(GND)。
3.根据权利要求2所述的一种全双工后向散射通信装置，其特征在于，所述能量获取及滤波模块(2)包括能量收集单元(21)、包络检波单元(22)和均值滤波单元(23)，其中，所述能量收集单元(21)分别连接所述第二天线(12)和接地端(GND)，用于对所述无线信号进行谐振处理以获取电压信号并对所述电压信号进行存储；
所述包络检波单元(22)连接所述第二天线(12)，用于对所述无线信号进行包络提取，得到所述包络信号；
所述均值滤波单元(23)连接所述包络检波单元(22)，用于对所述包络信号进行均值滤波处理，得到所述均值信号。
4.根据权利要求3所述的一种全双工后向散射通信装置，其特征在于，所述信号处理模块(3)包括信号放大单元(31)、信号缩小单元(32)和比较单元(33)，其中，所述信号放大单元(31)连接所述均值滤波单元(23)，用于对所述均值信号进行放大处理，得到放大信号；
所述信号缩小单元(32)连接所述均值滤波单元(23)，用于对所述均值信号进行缩小处理，得到缩小信号；
所述比较单元(33)分别连接所述信号放大单元(31)、所述信号缩小单元(32)和所述包络检波单元(22)，用于分别对所述放大信号和所述包络信号，以及所述缩小信号和所述包络信号进行比较判断，得到所述高低电平信号。
5.根据权利要求4所述的一种全双工后向散射通信装置，其特征在于，所述通信处理模块(4)为单片机，所述单片机分别连接所述能量收集单元(21)和所述比较单元(33)，用于对所述高低电平信号进行判决处理得到判决信息，并对所述判决信息和所述所需发送信息进行异或处理实现自干扰消除，得到所述目标信息，所述能量收集单元(21)产生的所述电压信号为所述单片机提供工作电压。
6.根据权利要求5所述的一种全双工后向散射通信装置，其特征在于，所述发射模块(5)为发射机，所述发射机连接所述单片机，所述第一天线(11)根据所述发射机接收的所述所需发送信息连接所述能量收集单元(21)或所述发射机。
7.根据权利要求6所述的一种全双工后向散射通信装置，其特征在于，
所述能量收集单元(21)包括第一二极管(D1)和第一电容(C1)，所述第一二极管(D1)的输入端连接所述第一天线(11)，所述第一二极管(D1)的输出端连接所述单片机，所述第一电容(C1)连接在所述第一二极管(D1)的输出端与接地端(GND)之间；
所述包络检波单元(22)包括第二二极管(D2)、第二电容(C2)、第一电阻(R1)和第二电阻(R2)，所述第二二极管(D2)的输入端连接所述第二天线(12)，所述第二二极管(D2)的输出端连接所述比较单元(33)，所述第二电容(C2)连接在所述第二二极管(D2)的输出端与所述第一电容(C1)之间，所述第一电阻(R1)和所述第二电阻(R2)串联在所述第二二极管(D2)的输出端与接地端(GND)之间；
所述均值滤波单元(23)包括第三电容(C3)，所述第三电容(C3)的一端连接在所述第一电阻(R1)与所述第二电阻(R2)之间的节点处，另一端连接接地端(GND)，并且所述信号放大单元(31)的输入端和所述信号缩小单元(32)的输入端分别连接在所述第一电阻(R1)与所述第二电阻(R2)之间的节点处。
8.根据权利要求7所述的一种全双工后向散射通信装置，其特征在于，
所述信号放大单元(31)包括运算放大器(OPA)、第三电阻(R3)和第四电阻(R4)，所述第三电阻(R3)连接在所述运算放大器(OPA)的正向输入端与接地端(GND)之间，所述运算放大器(OPA)的反向输入端连接所述均值滤波单元(23)的输出端，所述运算放大器(OPA)的输出端连接所述比较单元(33)，所述第四电阻(R4)连接在所述运算放大器(OPA)的正向输入端与所述运算放大器(OPA)的输出端之间；
所述信号缩小单元(32)包括第五电阻(R5)和第六电阻(R6)，其中，所述第五电阻(R5)和所述第六电阻(R6)串联在所述均值滤波单元(23)的输出端与接地端(GND)之间；
所述比较单元(33)包括第一比较器(CP1)和第二比较器(CP2)，所述第一比较器(CP1)的正向输入端连接所述运算放大器(OPA)的输出端，所述第一比较器(CP1)的输出端连接所述单片机，所述第二比较器(CP2)的反向输入端连接在所述第五电阻(R5)与所述第六电阻(R6)之间的节点处，所述第二比较器(CP2)的输出端连接所述单片机，所述第一比较器(CP1)的反向输入端和所述第二比较器(CP2)的正向输入端均连接至所述包络检波单元(22)的输出端。
9.根据权利要求8所述的一种全双工后向散射通信装置，其特征在于，所述单片机对所述第一比较器(CP1)和所述第二比较器(CP2)输出的两个所述高低电平信号进行判决得到所述判决信息，其中，当所述第一比较器(CP1)和所述第二比较器(CP2)输出的所述高低电平信号均为高电平信号时，所述判决信息为二进制信息1，当所述第一比较器(CP1)和所述第二比较器(CP2)输出的所述高低电平信号至少有一个低电平信号时，所述判决信息为二进制信息0，并对所述判决信息和所述所需发送信息进行异或处理实现自干扰消除，得到所述目标信息。
10.根据权利要求9所述的一种全双工后向散射通信装置，其特征在于，所述发射机包括一个选择开关(K)，其中，当所述发射机接收的所述所需发送信息为1时，所述选择开关(K)连通所述第一天线(11)和所述发射机，所述发射机对所述所需发送信息进行调制产生所述调制信号，并将所述调制信号发送至所述第一天线(11)完成信号发射；
当所述发射机接收的所述所需发送信息为0时，所述选择开关(K)连通所述第一天线(11)和所述能量收集单元(21)。
一种全双工后向散射通信装置
技术领域
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种全双工后向散射通信装置。
背景技术
[0002] 后向散射通信通过发送信息改变天线阻抗匹配状态，对特定频率的无线信号进行反射或谐振，来实现信息的发送或接收。后向散射通信不需要专用的电池或电缆提供能量，只利用环境中已经存在的电视广播等信号作为能量来源，从而实现任何地点下任意通信设备之间的通信。由于其体积小、功耗低、制造成本低及维护成本低等良好特性，极大推动了物联网的发展，应用前景广阔。
[0003] 目前的后向散射通信装置中采用单天线结构和半双工通信模式完成信息的传输，由于采用单天线结构和半双工通信模式，通信装置无法同时进行信息的收发，因此通信速率及通信效率都较低，并且在其发送数据时也无法接收信息，造成实际应用中数据的丢失率较高。若要实现单天线结构的全双工通信需要加入双工器，但双工器的重量、体积及功耗等都不满足后向散射通信装置的需求。若是采用专用的发射天线和接收天线实现全双工通信，由于后向散射通信装置体积较小，导致发送天线和接收天线距离非常近，造成了自干扰，即自己发送的信号又被自己接收，对真正要接收的信号造成了干扰，而且自干扰信号相比于真正要接收的信号，其功率较大，导致后向散射通信装置的误码率在不可接受范围内，由于后向散射通信装置对能耗要求极为敏感，导致传统自干扰消除技术在后向散射通信装置中不具备实用基础。
[0004] 因此提供一种复杂度低、吞吐量高、能耗低、能量获取效率高和通信效率高、鲁棒性强的全双工后向散射通信装置尤为重要。
发明内容
[0005] 为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种全双工后向散射通信装置。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006] 本发明提供了一种全双工后向散射通信装置，包括双天线模块、能量获取及滤波模块、信号处理模块、通信处理模块和发射模块，其中，
[0007] 所述双天线模块，用于发送调制信号和接收无线信号；
[0008] 所述能量获取及滤波模块连接所述双天线模块，用于根据所述无线信号得到包络信号及均值信号；
[0009] 所述信号处理模块连接所述能量获取及滤波模块，用于根据所述包络信号和所述均值信号得到高低电平信号；
[0010] 所述通信处理模块分别连接所述能量获取及滤波模块和所述信号处理模块，用于对所述高低电平信号进行判决，并通过物理层网络编码处理实现自干扰消除，得到目标信息，同时将所需发送信息发送至所述发射模块；
[0011] 所述发射模块分别连接所述双天线模块和所述通信处理模块，用于根据所述所需发送信息产生所述调制信号，并将所述调制信号发送至所述双天线模块完成信号发射。
[0012] 在本发明的一个实施例中，所述双天线模块包括第一天线和第二天线，其中，[0013] 所述第一天线发送所述调制信号和接收所述无线信号，所述第一天线根据所述发射模块接收的所述所需发送信息连接所述能量获取及滤波模块或所述发射模块；
[0014] 所述第二天线用于接收所述无线信号，分别连接所述能量获取及滤波模块和接地端。
[0015] 在本发明的一个实施例中，所述能量获取及滤波模块包括能量收集单元、包络检波单元和均值滤波单元，其中，
[0016] 所述能量收集单元分别连接所述第二天线和接地端，用于对所述无线信号进行谐振处理以获取电压信号并对所述电压信号进行存储；
[0017] 所述包络检波单元连接所述第二天线，用于对所述无线信号进行包络提取，得到所述包络信号；
[0018] 所述均值滤波单元连接所述包络检波单元，用于对所述包络信号进行均值滤波处理，得到所述均值信号。
[0019] 在本发明的一个实施例中，所述信号处理模块包括信号放大单元、信号缩小单元和比较单元，其中，
[0020] 所述信号放大单元连接所述均值滤波单元，用于对所述均值信号进行放大处理，得到放大信号；
[0021] 所述信号缩小单元连接所述均值滤波单元，用于对所述均值信号进行缩小处理，得到缩小信号；
[0022] 所述比较单元分别连接所述信号放大单元、所述信号缩小单元和所述包络检波单元，用于分别对所述放大信号和所述包络信号，以及所述缩小信号和所述包络信号进行比较判断，得到所述高低电平信号。
[0023] 在本发明的一个实施例中，所述通信处理模块为单片机，所述单片机分别连接所述能量收集单元和所述比较单元，用于对所述高低电平信号进行判决处理得到判决信息，并对所述判决信息和所述所需发送信息进行异或处理实现自干扰消除，得到所述目标信息，所述能量收集单元产生的所述电压信号为所述单片机提供工作电压。
[0024] 在本发明的一个实施例中，所述发射模块为发射机，所述发射机连接所述单片机，所述第一天线根据所述发射机接收的所述所需发送信息连接所述能量收集单元或所述发射机。
[0025] 在本发明的一个实施例中，所述能量收集单元包括第一二极管和第一电容，所述第一二极管的输入端连接所述第一天线，所述第一二极管的输出端连接所述单片机，所述第一电容连接在所述第一二极管的输出端与接地端之间；
[0026] 所述包络检波单元包括第二二极管、第二电容、第一电阻和第二电阻，所述第二二极管的输入端连接所述第二天线，所述第二二极管的输出端连接所述比较单元，所述第二电容连接在所述第二二极管的输出端与所述第一电容之间，所述第一电阻和所述第二电阻串联在所述第二二极管的输出端与接地端之间；
[0027] 所述均值滤波单元包括第三电容，所述第三电容的一端连接在所述第一电阻与所述第二电阻之间的节点处，另一端连接接地端，并且所述信号放大单元的输入端和所述信号缩小单元的输入端分别连接在所述第一电阻与所述第二电阻之间的节点处。
[0028] 在本发明的一个实施例中，所述信号放大单元包括运算放大器、第三电阻和第四电阻，所述第三电阻连接在所述运算放大器的正向输入端与接地端之间，所述运算放大器的反向输入端连接所述均值滤波单元的输出端，所述运算放大器的输出端连接所述比较单元，所述第四电阻连接在所述运算放大器的正向输入端与所述运算放大器的输出端之间；
[0029] 所述信号缩小单元包括第五电阻和第六电阻，其中，所述第五电阻和所述第六电阻串联在所述均值滤波单元的输出端与所述接地端之间；
[0030] 所述比较单元包括第一比较器和第二比较器，所述第一比较器的正向输入端连接所述运算放大器的输出端，所述第一比较器的输出端连接所述单片机，所述第二比较器的反向输入端连接在所述第五电阻与所述第六电阻之间的节点处，所述第二比较器的输出端连接所述单片机，所述第一比较器的反向输入端和所述第二比较器的正向输入端均连接至所述包络检波单元的输出端。
[0031] 在本发明的一个实施例中，所述单片机对所述第一比较器和所述第二比较器输出的两个所述高低电平信号进行判决得到所述判决信息，其中，
[0032] 当所述第一比较器和所述第二比较器输出的所述高低电平信号均为高电平信号时，所述判决信息为二进制信息1，
[0033] 当所述第一比较器和所述第二比较器输出的所述高低电平信号至少有一个低电平信号时，所述判决信息为二进制信息0，
[0034] 并对所述判决信息和所述所需发送信息进行异或处理实现自干扰消除，得到所述目标信息。
[0035] 在本发明的一个实施例中，所述发射机包括一个选择开关，其中，[0036] 当所述发射机接收的所述所需发送信息为1时，所述选择开关连通所述第一天线和所述发射机，所述发射机对所述所需发送信息进行调制产生所述调制信号，并将所述调制信号发送至所述第一天线完成信号发射；
[0037] 当所述发射机接收的所述所需发送信息为0时，所述选择开关连通所述第一天线和所述能量收集单元。
[0038] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0039] 1、本发明的全双工后向散射通信装置，通过双天线模块实现了后向散射通信装置中的发射通道和接收通道的隔离，复杂度低，制造成本低，由于设置了专用的接收天线，可以持续获取能量，而且发射天线在不发射数据时也可以用作接收天线，能量获取效率高，吞吐量更高；
[0040] 2、本发明的全双工后向散射通信装置，设置有通信处理模块，所述通信处理模块通过物理层网络编码实现了自干扰消除，与传统自干扰消除方法相比体积更小、能耗更低且复杂度更低。
[0041] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
[0042] 图1是本发明实施例提供的一种全双工后向散射通信装置的结构示意图；
[0043] 图2是本发明实施例提供的另一种全双工后向散射通信装置的结构示意图；
[0044] 图3是本发明实施例提供的一种能量获取及滤波模块和信号处理模块的电路结构图；
[0045] 图4是本发明实施例提供的一种包络检波单元的电路结构图；
[0046] 图5是本发明实施例提供的一种均值滤波单元的电路结构图；
[0047] 图6是本发明实施例提供的一种全双工后向散射点对点的通信示意图。
具体实施方式
[0048] 为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种全双工后向散射通信装置进行详细说明。
[0049] 有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
[0050] 实施例一
[0051] 请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种全双工后向散射通信装置的结构示意图，如图所示，本实施例的全双工后向散射通信装置包括双天线模块1、能量获取及滤波模块2、信号处理模块3、通信处理模块4和发射模块5。
[0052] 具体地，双天线模块1，用于发送调制信号和接收无线信号；能量获取及滤波模块2连接双天线模块1，用于根据所述无线信号得到包络信号及均值信号；信号处理模块3连接能量获取及滤波模块2，用于根据所述包络信号和所述均值信号得到高低电平信号；通信处理模块4分别连接能量获取及滤波模块2和信号处理模块3，用于对所述高低电平信号进行判决，并通过物理层网络编码处理实现自干扰消除，得到目标信息，同时将所需发送信息发送至发射模块5；发射模块5分别连接双天线模块1和通信处理模块4，用于根据所述所需发送信息产生所述调制信号，并将所述调制信号发送至双天线模块1完成信号发射。
[0053] 实施例二
[0054] 请参见图2，图2是本发明实施例提供的另一种全双工后向散射通信装置的结构示意图，如图所示，双天线模块1包括第一天线11和第二天线12。其中，第一天线11作为收发复用天线，用于发送所述调制信号和接收所述无线信号，第一天线11根据发射模块5接收的所述所需发送信息连接能量获取及滤波模块2或发射模块5。在本实施例中，当发射模块5接收的所述所需发送信息为0时，第一天线11作为接收天线对特定频率的无线信号进行阻抗匹配，并将信号接收至能量获取及滤波模块2中；当发射模块5接收的所述所需发送信息为1时，第一天线11作为发射天线连接发射模块5，发射模块5对特定频率的无线信号进行OOK(On-Off Keying，二进制开关键控)调制产生所述调制信号，并将所述调制信号发送至第一天线11，实现信号发射。第二天线12作为接收天线，用于接收所述无线信号，分别连接能量获取及滤波模块2和接地端GND，而且始终连接能量获取及滤波模块2。本实施例的双天线模块1设置有第二天线12为专用的接收天线，可以持续获取能量，而且第一天线11在不发射数据时也可以用作接收天线，能量获取效率高。
[0055] 进一步地，能量获取及滤波模块2包括能量收集单元21、包络检波单元22和均值滤波单元23。其中，能量收集单元21分别连接第二天线12和接地端GND，当第一天线11作为接收天线时连接能量收集单元21，能量收集单元21用于对所述无线信号进行谐振处理以获取所述电压信号并对所述电压信号进行存储，所述电压信号用于提供通信处理模块4的工作电压，能量收集单元21可以利用RC充放电电路获取所述电压信号并对所述电压信号进行存储和放电。包络检波单元22连接第二天线12，用于对第二天线12接收的所述无线信号进行包络提取，得到所述包络信号，包络检波单元22可以利用二极管及RC低通滤波电路实现信号的包络提取。均值滤波单元23连接包络检波单元22，用于对所述包络信号进行均值滤波处理，得到所述均值信号，均值滤波单元23可以通过RC均值滤波电路对包络信号进行均值滤波，即实现包络信号的均值输出。
[0056] 进一步地，信号处理模块3包括信号放大单元31、信号缩小单元32和比较单元33。其中，信号放大单元31连接均值滤波单元23，用于对所述均值信号进行放大处理，得到放大信号；信号缩小单元32连接均值滤波单元23，用于对所述均值信号进行缩小处理，得到缩小信号。比较单元33分别连接信号放大单元31、信号缩小单元32和包络检波单元22，用于分别对所述放大信号和所述包络信号，以及所述缩小信号和所述包络信号进行比较判断，得到所述高低电平信号。
[0057] 进一步地，通信处理模块4为单片机，所述单片机分别连接能量收集单元21和比较单元33，其中，所述单片对所述高低电平信号进行判决处理得到判决信息，并对所述判决信息和所述所需发送信息进行异或处理实现自干扰消除，得到所述目标信息，能量收集单元21产生的所述电压信号为所述单片机提供工作电压。在全双工后向散射通信中，在接收所述目标信号的同时会接收到自干扰信号，所述自干扰信号为自身发送的信号，也就是所述所需发送信息通过发射模块5调制后形成的所述调制信号。在本实施例中，所述单片机的型号为MSP430。发射模块5为发射机，所述发射机连接所述单片机，第一天线11根据所述发射机接收的所述所需发送信息连接能量收集单元21或所述发射机。
[0058] 实施例三
[0059] 本实施例是对实施例二中的能量获取及滤波模块2和信号处理模块3的电路结构进行具体描述，请结合参见图3和图4，图3是本发明实施例提供的一种能量获取及滤波模块和信号处理模块的电路结构图，图4是本发明实施例提供的一种包络检波单元的电路结构图。如图所示，能量收集单元21包括第一二极管D1和第一电容C1，第一二极管D1的输入端连接第一天线11，第一二极管D1的输出端连接所述单片机，第一电容C1连接在第一二极管D1的输出端与接地端GND之间。具体地，第一二极管D1为单向导通器件，当与第一天线11连接时，二极管D1导通，第一电容C1充电，当不与第一天线11连接，二极管D1不导通，第一电容C1放电，给所述单片机提供工作电压。
[0060] 进一步地，包络检波单元22包括第二二极管D2、第二电容C2、第一电阻R1和第二电阻R2，第二二极管D2的输入端连接第二天线12，第二二极管D2的输出端连接比较单元33，第二电容C2连接在第二二极管D2的输出端与第一电容C1之间，第一电阻R1和第二电阻R2串联在第二二极管D2的输出端与接地端GND之间。具体地，通过选择合适的第二二极管D2、第二电容C2、第一电阻R1和第二电阻R2的合适的参数，包络检波单元22可成为RC低通滤波器，对第二天线12接收的所述无线信号进行包络提取得到所述包络信号。第二二极管D2为单向导通器件，二极管D2持续给所述单片机提供工作电压。在全双工后向散射通信中，环境信号作为电力来源一直存在，那么在全双工后向散射通信中，第二天线12接收的所述无线信号包括所述环境信号、所述目标信号或所述自干扰信号中的一种或多种。
[0061] 请参见图5，图5是本发明实施例提供的一种均值滤波单元的电路结构图。本实施例的均值滤波单元23包括第三电容C3，第三电容C3的一端连接在第一电阻R1与第二电阻R2之间的节点处，另一端连接接地端GND；并且信号放大单元31的输入端和信号缩小单元32的输入端分别连接在第一电阻R1与第二电阻R2之间的节点处。在本实施例中，均值滤波单元23由第三电容C3以及在此处重复作用的上述包络检波单元22中的第一电阻R1及第二电阻R2组成。均值滤波单元23通过由电容和电阻形成的RC滤波电路对包络检波单元22产生的所述包络信号进行均值滤波得到所述均值信号。在本实施例中，设所述环境信号为X，那么当目标设备和自身都不发送信号，只有环境信号时，所述包络信号为X；当目标设备发送信号，自身不发送信号即不产生自干扰信号时，所述包络信号为2X；当目标设备不发送信号，自身发送信号产生自干扰信号时，所述包络信号为2X；当目标设备发送信号，且自己发送信号产生自干扰信号时，所述包络信号为3X。所述包络信号的均值期望为：
[0062] 0.5*0.5*X+0.5*0.5*2X+0.5*0.5*2X+0.5*0.5*3X＝2X。
[0063] 即所述均值信号为2X。
[0064] 进一步地，信号放大单元31包括运算放大器OPA、第三电阻R3和第四电阻R4，第三电阻R3连接在运算放大器OPA的正向输入端与接地端GND之间，运算放大器OPA的反向输入端连接均值滤波单元23的输出端，运算放大器OPA的输出端连接比较单元33，第四电阻R4连接在运算放大器OPA的正向输入端与运算放大器OPA的输出端之间，具体地，信号放大单元31为同相比例放大电路，放大系数为(1+R4/R3)。信号缩小单元32包括第五电阻R5和第六电阻R6，第五电阻R5和第六电阻R6串联在均值滤波单元23的输出端与接地端GND之间。比较单元33包括第一比较器CP1和第二比较器CP2，第一比较器CP1的正向输入端连接运算放大器OPA的输出端，第一比较器CP1的输出端连接所述单片机，第二比较器CP2的反向输入端连接在第五电阻R5与第六电阻R6之间的节点处，第二比较器CP2的输出端连接所述单片机，第一比较器CP1的反向输入端和第二比较器CP2的正向输入端均连接至包络检波单元22的输出端。优选地，本实施例的第一比较器CP1和第二比较器CP2均采用型号为TS881的电压比较器，该电压比较器体积小且功耗低。
[0065] 在本实施例中，第三电阻R3和第四电阻R4的阻值比为R4/R3＝1/4，第五电阻R5和第六电阻R6的阻值比为R5/R6＝1/3，由于所述均值信号为2X，则所述放大信号为2.5X，所述缩小信号为1.5X。那么当所述包络信号为X时，比较单元33的第一比较器CP1输出高电平信号，第二比较器CP2输出低电平信号；当所述包络信号为2X时，第一比较器CP1输出高电平信号，第二比较器CP2输出高电平信号；当所述包络信号为3X时，第一比较器CP1输出低电平信号，第二比较器CP2输出高电平信号。
[0066] 更进一步地，所述单片机对第一比较器CP1和第二比较器CP2输出的两个所述高低电平信号进行判决得到判决信息，其中，当第一比较器CP1和第二比较器CP2输出的所述高低电平信号均为高电平信号时，也就是所述单片机接收到的信号为两个高电平信号时，所述判决信息为二进制信息1；当第一比较器CP1和第二比较器CP2输出的所述高低电平信号至少有一个低电平信号时，也就是所述单片机接收到的信号至少有一个低电平信号时，所述判决信息为二进制信息0，然后对所述判决信息和所述所需发送信息进行异或处理实现自干扰消除，得到所述目标信息。所述异或处理属于逻辑运算，如果a、b两个值不相同，则异或处理的结果为1，如果a、b两个值相同，则异或处理的结果为0。
[0067] 所述发射机连接所述单片机，所述发射机包括一个选择开关K，选择开关K用于调制第一天线11的阻抗并引起第一天线11反射的能量的变化，当所述发射机接收的所述所需发送信息为1时，选择开关K连通第一天线11和所述发射机，所述发射机对所述所需发送信息进行调制产生所述调制信号，并将所述调制信号发送至第一天线11发送完成信号发射；当所述发射机接收的所述所需发送信息为0时，选择开关K连通第一天线11和能量收集单元
21。在本实施例中，选择开关K由连接在第一天线11上的晶体管组成，其中，当所述发射机接收的所述所需发送信息为1时，所述晶体管处于导通状态，阻抗不匹配，第一天线11作为发射天线连接所述发射机，所述发射机对所述所需发送信息进行OOK调制产生所述调制信号，并将所述调制信号发送至第一天线11，完成信号发射；当所述发射机接收的所述所需发送信息为0时，所述晶体管关闭，第一天线11作为接收天线连接第一二极管D1的输入端，对特定频率的无线信号进行阻抗匹配，不反射信号。选择开关K在反向散射(反射)和非反向散射(吸收)状态之间切换以使得所述发射机完成信号发射。
[0068] 本实施例的全双工后向散射通信装置，通过双天线模块实现了后向散射通信装置中的发射通道和接收通道的隔离，复杂度低，制造成本低，由于设置了专用的接收天线，可以持续获取能量，而且发射天线在不发射数据时也可以用作接收天线，能量获取效率高，而且通过使用物理层网络编码，也就是异或处理，实现了自干扰消除，与传统自干扰消除方法相比体积更小、能耗更低且复杂度更低。
[0069] 实施例四
[0070] 本实施例是对上述实施例中的全双工后向散射装置的工作过程进行说明，请参见图6，图6是本发明实施例提供的一种全双工后向散射点对点的通信示意图，如图所示，在不同的场景下，布置两个全双工后向散射通信装置，进行后向散射点对点通信传输，其中，图中A与B分别表示两个全双工后向散射的通信节点，An_A1表示节点A的第一天线11，An_A2表示节点A的第二天线12，An_B1表示节点B的第一天线11，An_B2表示节点B的第二天线12。在全双工后向散射通信装置产生通讯信息时，采用OOK调制，通过阻抗匹配状态控制对环境中的无线信号的反射状态。假设节点发送的信息为x，则其通过OOK调制后发送的信号为s＝Ax。以节点B接收节点A的信号为例对本实施例的全双工后向散射装置的工作过程进行如下说明：
[0071] An_B2为专用的接收天线，接收环境信号，接收An_A1发出的目标信号，也接收An_B1发出的自干扰信号。An_B1为收发复用天线，在有数据要发送时，作为发射天线，将信号发送至An_A2，也将信号发送至An_B2形成自干扰信号，在没有数据发送时，作为接收天线，接收环境信号，也接收An_A1发出的目标信号。设节点A发出的目标信息为xother，经OOK调制后形成所述目标信号为sother＝Axother，节点B发出的信息为xown也就是所述所需发送信息，经OOK调制后形成所述调制信号为sown＝Axown，也就是所述自干扰信号。周围环境中的环境信号为sRF＝A，故能量获取及滤波模块2所需要进行包络检波处理的信号为rrec＝sown+sother+sRF，进行包络检波处理后传送至信号处理模块3的信号为xen＝rrec/A。信号xen通过信号处理模块3和所述单片机实现信号提取和判决，得到所述判决信息xse，其等效数学公式为xse＝(xen-1)mod2。所述单片机根据所述所需发送信息xown和所述判决信息xse，通过异或处理进行自干扰消除，最终得到恢复信息为 从而恢复节点A发出的所述目标信息。如表1所示，从表1可以看出，最终得到的所述恢复信息与所述目标信息相同。
[0072] 表1、全双工后向散射通信中基于物理层网络编码的自干扰消除数据对应表[0073] xown xother sown sother sRF rrec xen xse xrecover0 0 0 0 A A 1 0 0
1 0 A 0 A 2A 2 1 0
0 1 0 A A 2A 2 1 1
1 1 A A A 3A 3 0 1
[0074] 综上，本实施例的全双工后向散射通信装置，通过双天线模块实现了后向散射通信装置中的发射通道和接收通道的隔离，复杂度低，制造成本低，由于设置了专用的接收天线，可以持续获取能量，而且发射天线在不发射数据时也可以用作接收天线，能量获取效率高，通过使用物理层网络编码在信息层面实现自干扰消除，与传统自干扰消除方法相比体积更小、能耗更低且复杂度更低。
[0075] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
