无源反向散射通信信道的参数估计算法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108092926A(43)申请公布日2018.05.29(21)申请号201711166406.7(22)申请日2017.11.21(71)申请人北京交通大学地址100044北京市海淀区上园村3号(72)发明人王公仆马硕高飞飞(74)专利代理机构北京卫平智业专利代理事务所(普通合伙)11392代理人谢建玲郝亮(51)Int.Cl.H04L25/02(2006.01)H04B5/00(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图2页(54)发明名称无源反向散射通信信道的参数估计算法(57)摘要本发明涉及一种无源反向散射通信信道的参数估计算法，解决了利用无源反向散射通信技术的系统中的全盲估计问题，处理了全盲估计过程中出现的观测数据含有多个隐藏变量以及待估信道参数随设备反射状态而不断交替变化的问题，并且设计了合理有效的算法迭代初值，获得了良好的估计性能。本发明的关键点在于：对于多个隐藏变量、多个信道参数相关联的情形，通过引入变量Sj，θm来处理，并推导出迭代过程中间变量的闭合解。对于迭代初值的设置，不需要获取额外的信息，且给出了明确的取值范围。欲保护点：(1)反向散射技术中对于多隐藏变量、多参数估计的处理方法，及相应的理论推导结果。(2)反向散射技术关于迭代初值的设置方法与具体取值范围。CN108092926ACN108092926A权利要求书1/3页1.一种无源反向散射通信信道的参数估计算法，其特征在于，利用无源反向散射通信技术的系统包括：RF信号源、读写器和标签；RF信号源与读写器和标签之间均为无线通信，读写器与标签之间为无线通信；标签利用周边已存在的RF信号源的无线信号与读写器进行通信，其中RF信号源的无线信号包括：无线广播信号、无线电信号；所述方法包括以下步骤：步骤S1、定义RF信号源与读写器之间的信道参数为h，读写器与标签之间的信道参数为g，标签与RF信号源之间的信道参数为f；其中信道参数g为常数，信道参数h和信道参数f均为慢衰落信道，分别服从零均值的高斯分布：h～N(0，Nh)，f～N(0，Nf)，其中Nh代表信道参数h的方差，Nf代表信道参数f的方差；步骤S2、定义RF信号源发送的BPSK信号为x(n)，x(n)有两种取值，分别为其中Ps为RF信号源的发送功率；定义B(n)为标签传递的二进制信息，标签反射时B(n)＝1，标签不反射时B(n)＝0；读写器接收端的接收信号y(n)表示为：其中w(n)为噪声，服从零均值的高斯分布，方差为Nw，η表示x(n)在标签内部的衰减系数；当B(n)＝0时，标签保持静默，读写器可根据单参数单隐藏变量的EM算法估计得出信道参数h的模值当B(n)＝1时，标签与读写器之间的复合信道参数为μ，服从零均值，方差为Nμ的高斯分2布：μ～N(0，Nμ)，其中Nμ＝Nh+σNf，μ表示为：μ＝h+σf(2)其中σ＝ηg；则将读写器接收端的接收信号y(n)简化为：y(n)＝θmx(n)+w(n),m＝1,2(3)其中θm代表标签不同反射状态下的两种信道参数h和μ；步骤S3、定义迭代计数器n＝0，通过读写器接收端接收信号y(n)的模值与发送功率Ps粗略估计信道参数θ1、θ2的范围，进而根据信道参数θ1、θ2的范围确定迭代初值；先定义如下变量q：迭代初值的形式如下所示：(0)θ1＝q-ε,0<ε<q(12)(0)θ2＝q+ε,0<ε<q(13)其中∈表示初值在q上的增量；当在低信噪比的情况下，直接运用公式(12)、(13)设置迭代初值；当信噪比升高时，通2CN108092926A权利要求书2/3页过缩小∈的范围来刨除噪声的影响，当发送功率Ps满足以下条件时：将∈的取值范围缩小到如下范围：步骤S4、引入两个变量Sj和Qj(i)分析读写器接收端接收信号y(n)中存在的两种隐藏变量x(n)与B(n)，其中Sj代表两种隐藏变量取值的两两组合，j＝1，2，3，4，Qj(i)代表在已知接收信号y(i)的情况下，Sj发生的概率；步骤S5、根据EM算法推导出Qj(i)的表达式，具体如下所示：其中，f(y(i)|Si；θm)表示在已知Si的情况下，y(i)的概率密度函数，p(Si)表示每种Si可能发生的概率，xk表示在某一时刻n的发送信号，k＝a或b，e表示自然对数的底，i＝1，2，…N；同理可得：步骤S6、利用Jesen不等式，计算读写器接收端接收信号y(n)的似然函数的下界接下来，把标签在不同反射状态下的信道参数θ1、θ2看成似然函数的下界的变量，分3CN108092926A权利要求书3/3页别对信道参数θ1、θ2求偏导，得到下一次迭代过程的信道参数取值，如下所示：然后判断似然函数的下界是否收敛，是否满足收敛条件其中τ为任意大于0的常数，代表迭