项目来源：
国自然基金面上项目
项目简介：
随着物联网和移动计算的迅猛发展，作为无线传输技术重要分支之一的蓝牙已广泛应用于个人视听、室内定位和资产管理等场景。与主动式蓝牙技术不同，无源蓝牙技术可以实现更低功耗的近似性能无线传输，因而成为近年的国际研究热点。本项目计划围绕面向商用的无源蓝牙物联网关键技术研究展开，研究面向多节点无源蓝牙传输的边缘架构设计，基于边缘基站的高效无源下行链路物理层机制，以及兼容商用蓝牙连接的无源网络协议三大科学问题，解决无源蓝牙传输系统在应用中存在的下行链路效率低，节点解码调频信号消耗资源高，传统无源节点与商用设备不完全兼容等一系列问题。探索基于边缘基站的无源蓝牙通信架构的设计，实现基于商用WiFi信号的高效调幅链路的调制与解调，研究商用兼容的无源蓝牙传输层协议设计，搭建一个面向太空舱的无源蓝牙通信网络示范系统，充分验证提出理论及关键技术的有效性和实用性。
项目目标
解决无源蓝牙通信网络在实际应用中存在的下行链路效率低下、节点解码调频信号消耗资源高、传统无源节点与商用设备不完全兼容等一系列亟待解决的问题。构建一个面向太空舱传感应用的无源蓝牙通信网络系统，为太空舱氧气含量监测与舱门密闭性检测等提供科学依据。力争在示范应用中实现网络规模超过 30 个，可同步无源传输感知数据 5 种以上，无源传输速率 50 kbps 以上，为我国物联网的创新发展和航天传感应用提供理论与技术支撑。
研究内容：
一、基于边缘基站的无源蓝牙通信架构设计
针对节点直接解调调频信号消耗资源高、下行PLM传输的方法传输效率低、无源节点无法感知感知载波频率的问题，项目拟采用基于边缘基站辅助下行链路通信的机制。首先，边缘基站需要在下行通信中充当桥梁，负责执行下行链路的复杂解码操作，从而将耗电部分从节点转移到边缘基站。在从接收器到节点的链路中，边缘基站将商用设备发送的BLE信号转换为基于商用WiFi模拟的ASK信号。同时，项目采用辅助的边缘基站进行频率识别，在节点到接收器的链路中，边缘基站识别不同频率的载波信号，并将频率信息转发给节点，节点来调制数据。
图1边缘架构设计
二、基于商用 WiFi 信号的高效调幅链路的调制与解调
实现无源节点与接收器双向通信的核心问题之一是实现高效的下行链路通信。然而，现有的PLM编码方法效率低，需要额外的硬件修改，限制了无源通信广泛部署的现状。为此，项目拟使用商用WiFi模拟ASK信号进行下行链路消息传输。首先，在接收器到边缘基站部分，接收器发出BLE信号，边缘基站使用BLE模块来接收信号。然后，边缘基站将消息转换为WiFi-ASK信号转发给节点，在节点端，我们计划设计RC滤波电路来提取包络线。进一步的，利用边缘基站实现环境载波频率识别。
三、与商用兼容的无源蓝牙传输层设计
为了更接近商用兼容的愿景，节点应能实现宽带跳频。首先，项目拟采用为节点调制设置动态时钟的方法，通过引入一个哈希表进行时钟切换，节点能够通过施加不同的频移将其激励信号反向散射到动态的蓝牙信道。这种宽带跳频机制可以支持与标准设备的通信。此外，无源节点与标准蓝牙设备的连接建立急需一个规范化的过程。
图2 无源蓝牙通信的连接建立过程
项目拟搭建原型系统，并基于无源蓝牙通信网络，建立太空舱氧气含量监测及舱门密闭性检测报警示范性平台，以验证、评估和改进无源蓝牙通信网络的可靠性。实验衡量的指标主要包括数据传输的准确性、氧气含量监测的准确性、舱门密闭性检测报警的准确性、系统的吞吐量、传输时延以及通信范围等。最后根据验证评估结果及时完善系统。