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基于直接数字频率合成的远距离散射通信方法

唐晓庆 谢桂辉 佘亚军 张帅

唐晓庆, 谢桂辉, 佘亚军, 张帅. 基于直接数字频率合成的远距离散射通信方法[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(12): 2802-2809. doi: 10.11999/JEIT190001
引用本文: 唐晓庆, 谢桂辉, 佘亚军, 张帅. 基于直接数字频率合成的远距离散射通信方法[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(12): 2802-2809. doi: 10.11999/JEIT190001
Xiaoqing TANG, Guihui XIE, Yajun SHE, Shuai ZHANG. Long Range Backscatter Communication Method Based on Direct Digital Frequency Synthesis[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2019, 41(12): 2802-2809. doi: 10.11999/JEIT190001
Citation: Xiaoqing TANG, Guihui XIE, Yajun SHE, Shuai ZHANG. Long Range Backscatter Communication Method Based on Direct Digital Frequency Synthesis[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2019, 41(12): 2802-2809. doi: 10.11999/JEIT190001

基于直接数字频率合成的远距离散射通信方法

doi: 10.11999/JEIT190001
基金项目: 2018年度湖北省创新专项重大项目(2018AAA064),2018年中国地质大学(武汉)实验技术研究项目(SJ-201831)
详细信息
    作者简介:

    唐晓庆:男,1987年生,高级工程师,博士,研究方向为无源物联网通信、高速数字设计、舰船无线通信

    谢桂辉:男,1988年生,讲师,博士,研究方向为射频隐身通信、物联网、保密通信

    佘亚军:男,1959年生,研究员,硕士,研究方向为舰船通信及导航、智慧船舶

    张帅:男,1987年生,高级工程师,博士,研究方向为电路与系统、舰船通信

    通讯作者:

    谢桂辉 xieguihui@cug.edu.cn

  • 中图分类号: TN92

Long Range Backscatter Communication Method Based on Direct Digital Frequency Synthesis

Funds: The 2018 Major Innovation Project of Hubei Province (2018AAA064), The 2018 Experimental Technology Research Project of CUG (SJ-201831)
  • 摘要: 远距离(LoRa)散射通信(BC)不仅成本低、功耗低,而且通信距离远。但现存散射方案的系统组成复杂,且无法应用于实际工程。为此该文提出一种新的LoRa散射通信方法,采用直接数字频率合成(DDS)技术产生频率线性变化的方波作为LoRa散射调制信号,并据此首次展示了基于MCU的LoRa散射通信系统原型样机。实验结果表明,该方法能够在相距208 m的基站和接收端之间的任意位置实现低功耗LoRa散射通信,且兼容现有的商用LoRa射频芯片组。此外,该方法还适用于专用集成电路(ASIC)设计,可使LoRa散射IC有更高的鲁棒性、更低的成本和功耗。
  • 图  1  一个完整LoRa数据包的信号频谱图

    图  2  LoRa散射通信系统组成

    图  3  LoRa散射调制形成的频谱图(接收端)

    图  4  基于DDS的LoRa散射方案原理框图

    图  5  基于DDS生成LoRa散射调制方波的流程图

    图  6  采用MCU输出LoRa散射调制方波

    图  7  实现LoRa散射通信的原型样机

    图  8  LoRa散射调制方波信号的示波器截图

    图  9  LoRa散射通信期间各个阶段的电流消耗

    图  10  不同参数配置时LoRa散射通信距离测试结果

    图  11  散射端在不同位置时接收端信号强度测试结果

    表  1  国内外较为先进的散射通信相关研究成果对比

    2015 Wi-Fi Backscatter[11]2016 Passive Wi-Fi[12]2017 LoRa Backscatter[13]2018 本文方法
    样机处理器MCUFPGAFPGAMCU
    样机功耗<1 mW280 μW
    IC功耗14.5~59.2 μW9.25 μW4.75 μW
    通信速率1 kbps1~11 Mbps18~38 kbps18~38 kbps
    通信距离2.1 m9~30 m475 m208 m
    IC成本较低较低很低
    实用性较低一般一般较高
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-01-03
  • 修回日期:  2019-06-08
  • 网络出版日期:  2019-07-04
  • 刊出日期:  2019-12-01

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