基于酉查询的MIMO后向散射通信中空时编码理论和关键技术的研究

As a passive sensing technology, backscatter communications have drawn a lot of attention in recent years because they do not require internal batteries and require only close to zero maintenance. A lot of new hardware prototypes and breakthrough in backscatter communications have emerged and show their great potential to practical applications. Future backscatter communications are required to transmit more data than ID information, thus enhancing the performance of data transmission in real multi-path propagation environments becomes critically important. However, it was shown in previous studies that MIMO backscatter channels are radically different from the conventional MIMO channels, and have a performance bottleneck on the number of tag antennas. This project is based on unitary query, a recent research by the applicant for resolving the bottleneck above mentioned. The project focuses on the following aspects: (1) the performance analysis of general space-time code based on unitary query; (2) the space-time coding design criteria and optimizations; (3) transformations and generalization of unitary query in the systems with single-antenna tags. The project targets on finding high performance and low complex MIMO backscatter communication scheme, and providing the fundamental theory for performance enhancement, to meet the need of high volume data transmission in passive sensing in future IoT applications.

作为一种无源感知技术，后向散射通信由于不需要内部电池而接近零维护的优势，近年来在国际上受到关注，出现了不少新的硬件原型及技术突破，在物联网等领域展现出良好的应用前景。未来的后向散射通信需要传输远多于ID信息的数据量以满足实际应用的需求，因而如何在实际多径效应环境中提高其数据传输性能成为一个重要问题。一个有效的方法是使用MIMO技术。然而研究表明，和传统MIMO信道不同，后向散射信道存在一个性能受制于标签天线数的瓶颈。本项目基于申请人在物理层为解决此问题而提出的酉查询，对MIMO后向散射通信中空时编码技术展开研究。重点研究以下方面:（1）酉查询下空时编码的性能；（2）酉查询下空时编码设计准则及最优设计；（3）标签单天线系统中酉查询及推广形式。本项目寻求高性能低复杂度的MIMO后向散射通信编码设计，为较大幅度提高其数据传输性能提供理论依据，以满足未来物联网中无源感知数据传输在实际应用中的需求。

作为一种无源感知技术，后向散射通信由于不需要内部电池而接近零维护的优势，近年来在国际上受到关注，出现了不少新的硬件原型及技术突破，在物联网等领域展现出良好的应用前景。未来的后向散射通信需要传输远多于ID信息的数据量以满足实际应用的需求，因而如何在实际多径效应环境中提高其数据传输性能成为一个重要问题。一个有效的方法是使用MIMO技术。然而研究表明，和传统MIMO信道不同，后向散射信道存在一个性能受制于标签天线数的瓶颈。本项目对MIMO后向散射通信中空时编码技术展开研究。重点对酉查询下单基地空时编码的性能、酉查询下空时编码设计准则及最优设计以及标签单天线系统中酉查询及推广形式展开研究。研究成果包括 1.单基地 MIMO 后向散射空时编码高性能通用编解码器；2.低复杂度高性能后向散射通信编码的设计；3.后向散射通信大规模快速接入技术。本项目寻求高性能低复杂度的MIMO后向散射通信编码设计，为较大幅度提高其数据传输性能提供理论依据，以满足未来物联网中无源感知数据传输在实际应用中的需求。上述相关成果以该项目为第一标注发表在 IEEE Journal on Selected Area in Communications , IEEE Internet of Things Journal, IEEE Wireless Communications Letters等领域内著名国际刊物上，形成了一系列核心技术，成果受到国内外知名学者的肯定性评价，形成了一定的国际和国内影响力。项目成果超出了预期。