本发明涉及无线通信，尤其涉及一种兼容远距离通信的无源节点标签芯片。
背景技术：
1、当前，无源物联网(passive internet of things，p-iot)均受到上行通信距离、传感器节点功耗与成本、以及基础设施部署和维护成本的限制，导致商业化无源物联网的部署和进一步的应用升级受到局限。
2、无源物联网目前主要通信技术其通信距离最远为十几米，很难满足构建覆盖范围广、通信距离远的物联网生态体系的需求，也极大地限制着系统的部署密度，上行通信距离越短，部署相同范围所需要的节点设备就越多，进一步加剧了系统成本压力。而现今物联网中低功耗广域网通信技术(low power wide area net，lpwan)都具备远距离通信的能力，其中lora技术在扩频因子sf＝12的情况下，通信距离在城镇中最高可达三千米。但是这些技术都存在需要电池有源供电、终端节点标签功耗高，需要外部集成晶振等造成集成化复杂、成本较高等问题，无法解决无源物联网的实际需求。
3、反向散射通信技术的提出为以上难题提供了新的解决方向，反向散射技术利用外界射频信号作为载波，无需终端节点无线通信模块产生本地载波信号，因此只需要结构简单的电路便可实现数据无线传输，大大降低了终端节点功耗和成本。传统反向散射技术应用最广的是无源rfid技术，被广泛应用在物流、农业、交通、金融以及智能家居等各个领域，其终端标签节点具有微瓦级的超低功耗、低成本以及商业化体系成熟等优势。但面对商业化部署的进一步升级与普及部署，其系统接入节点成本和数量以及上行通信距离成为了制约技术发展的瓶颈问题。
4、在目前物联网广域网通信技术中，lora技术相对功耗和成本更低，且通信距离更远，因此在物联网领域被迅速普及开来。lora技术实现远距离通信的关键在于其闭源的商用物理层编码方法以及独特的chirp频移调制方式，该调制方式具有很好的抗噪性。若将反向散射通信技术与lora技术结合，采用多基地通信系统，能够实现远距离通信链路的无源化。可同时解决物联网低功耗、低成本以及远距离通信等问题。
5、近些年业内研究者提出了一些反向散射通信技术与lora物理层技术结合的实现方案，其中cn109462419a-一种基于dds直接数字频率合成的lora散射通信系统，该发明使用dds直接数字频率合成技术进行css线性调频调制，产生符合lora反向散射调制的chirp频移方波信号，将此方波信号送至射频开关完成lora反向散射调制。但此方法需要有源供电，且数字基带处理器需要晶振提供工作时钟，相比无源标签节点功耗较大。现有技术提出一种使用能量收集单元与mcu配合的方案实现lora反向散射，其中节点标签无需电池实现了无源化。但标签由众多分立设备构成，由此带来的问题是设备连接复杂，成本较高，且数字方波的产生同样需要mcu上的晶振驱动，无法在无源物联网中大面积普及。
技术实现思路
1、本发明通过提供一种兼容远距离通信的无源节点标签芯片，解决了现有技术中设备连接复杂，成本较高，且数字方波的产生同样需要mcu上的晶振驱动，无法在无源物联网中大面积普及的问题，实现了集成一种无源低功耗、低成本以及远距离通信的无源物联网节点标签芯片。
2、本发明提供了一种兼容远距离通信的无源节点标签芯片，该芯片包括：天线、模拟前端模块、数字基带模块、非易失性存储器模块和rfid阅读器；
3、所述天线用于获取外界的射频场载波信号，将所述射频场载波信号转换为电信号，并发送无源节点标签芯片产生的信号；
4、所述模拟前端模块用于提供所述数字基带模块需要的信号；其中，该信号包括：电能信号、使能信号、复位信号和时钟信号；
5、所述数字基带模块根据使能信号确定工作的协议单元，并根据所述rfid阅读器的反馈信息切换协议单元，得到rfid输出数据和lora输出数据；其中，任一所述协议单元为rfid协议单元或lora协议单元；
6、所述非易失性存储器用对lora激活密码进行保存；
7、所述rfid阅读器用于发送读取所述非易失性存储器的命令，并读取所述lora激活密码。
8、在一种可能的实现方式中，所述模拟前端模块，包括：解调电路子模块、rfid时钟产生电路子模块、复位电路子模块、能量采集电路子模块、稳压电路子模块、能量检测电路子模块、调制电路子模块；
9、所述解调电路子模块用于对所述rfid阅读器发送的命令进行转换，并为所述lora协议单元提供主时钟信号lora_clk；
10、所述rfid时钟产生电路子模块用于为所述rfid协议单元提供时钟信号clk_rfid；
11、所述复位电路子模块用于为所述数字基带模块提供复位信号rstn；
12、所述能量采集电路子模块用于将所述天线吸收到的能量转换成电能信号，并将转换后的能量存储在电容中；
13、所述稳压电路子模块用于为所述数字基带模块和所述非易失性存储器模块提供工作所需的电源信号vdd；
14、所述能量检测电路子模块用于检测所述能量采集电路子模块产生的电能，并判断所述电能与预设值大小，输出所述使能信号；
15、所述调制电路子模块用于将所述rfid输出数据和所述lora输出数据进行上行数据传输，并通过所述天线的反射进行发送。
16、在一种可能的实现方式中，所述rfid协议单元用于与所述rfid阅读器进行近距离通信，得到rfid输出数据；
17、所述lora协议单元用于与lora设备远距离通信，得到lora输出数据。
18、在一种可能的实现方式中，所述rfid协议单元，包括：上电初始化模块、下行命令解码模块、下行命令解析模块、随机数模块、标签芯片状态跳转模块、编码输出模块、存储器接口时序控制模块和时钟管理模块；
19、所述上电初始化模块用于获取所述无源节点标签芯片的状态信息；
20、所述下行命令解码模块用于对所述rfid阅读器发送的下行命令rfid_din进行解码，得到解码数据；其中所述解码数据为0、1二进制比特流数据；
21、所述下行命令解析模块用于对解码数据进行解析，得到命令类型；
22、所述随机数模块用于产生随机数；所述随机数用于更新标签；
23、所述标签芯片状态跳转模块用于根据所述命令类型进行标签芯片状态跳转，并决定返回数据的类型；
24、所述编码输出模块用于对所述rfid输出数据和所述lora输出数据进行编码，得到编码数据；
25、所述存储器接口时序控制模块用于确定所述编码数据的读写时序配置；
26、所述时钟管理模块用于打开或者关闭所述rfid协议单元的时钟。
27、在一种可能的实现方式中，所述lora协议单元，包括：进程管理模块、lora初始化模块、lora编码模块、lora调制模块和lora查找表模块；
28、所述进程管理模块用于管理所述lora协议单元的时钟；
29、所述lora初始化模块用于读取所述非易失性存储器模块中lora分区相关参数配置以及lora有效数据，同时产生存储器接口时序信号，将读出的数据暂存；
30、所述lora编码模块用于读取数据，并对该数据进行编码，得到lora编码数据；
31、所述lora调制模块用于对所述lora编码数据进行数据处理，生成lora查找表地址循环移位方法；
32、所述lora查找表模块用于根据所述lora查找表地址循环移位方法对应的二进制数据，产生chirp方波频移信号。
33、在一种可能的实现方式中，所述lora调制模块和所述lora查找表模块同步工作。
34、在一种可能的实现方式中，所述lora编码模块，包括：依次连接的汉明编码单元、白化单元、交织单元以及格雷编码单元。
35、在一种可能的实现方式中，所述数字基带模块根据所述使能信号确定工作的协议单元，并根据所述rfid阅读器的反馈信息协议单元切换，得到rfid输出数据和lora输出数据，包括：
36、判断所述使能信号是否高电平，若否，则所述数字基带模块中的所述lora协议单元进入工作状态，得到lora输出数据；
37、若是，则所述数字基带模块中的所述rfid协议单元进入工作状态，得到rfid输出数据和lora输出数据。
38、在一种可能的实现方式中，所述数字基带模块中的所述rfid协议单元进入工作状态，得到rfid输出数据和lora输出数据，包括：
39、获取所述rfid阅读器发送的读存储器命令，根据所述存储器命令读取所述非易失性存储器模块中lora配置区中第一地址中的所述lora激活密码；
40、所述rfid阅读器读取所述rfid协议单元中协议lora激活密码，判断所述lora激活密码和所述协议lora激活密码是否相同；
41、若相同，则所述无源节点标签芯片跳转至所述lora协议单元工作，得到rfid输出数据和lora输出数据。
42、本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
43、(1)本发明提供了一种兼容远距离通信的无源节点标签芯片，标签芯片支持rfid与lora两种通信协议工作模式。通过顶层设计标签芯片工作模式切换方案，使得rfid系统与lora反向散射通信实现完美片上兼容，在rfid协议工作模式下可与商用rfid阅读器进行近距离通信，并对非易失性存储器中lora分区相关参数以及lora有效数据进行修改；在lora协议工作模式下通过lora反向散射方案超低功耗实现标签芯片的远距离通信。
44、(2)本发明采用查找表方法的纯数字电路产生chirp频移方波信号实现lora反向散射通信方案，相较传统频率合成器方案，极大的降低了节点功耗。将一个完整lora符号值为0的up chirp信号二值化数据存放在rom中，同时计算每个lora符号的查找表初始地址，并生成lora查找表地址循环移位方案，其根据地址循环移位方案输出对应地址的二进制数据，便可产生chirp方波频移信号，同时输出给模拟前端调制模块的射频开关，实现lora反向散射调制通信。
45、(3)本发明无源节点标签芯片在lora协议工作模式下，将标签芯片数字基带中lora协议单元所需的工作时钟源转移至外界载波辅助设备，通过模拟前端模块对外界时钟调制载波解调获取数字基带lora协议单元工作时钟，并且提供lora物理层协议单元工作所需要的电源，标签芯片自身内部不产生时钟且芯片无需集成晶振，进一步有力的降低了标签节点功耗的同时，可实现真正的无源lora反向散射通信。
1.一种兼容远距离通信的无源节点标签芯片，其特征在于，包括：天线、模拟前端模块、数字基带模块、非易失性存储器模块和rfid阅读器；
2.根据权利要求1所述的兼容远距离通信的无源节点标签芯片，其特征在于，所述模拟前端模块，包括：解调电路子模块、rfid时钟产生电路子模块、复位电路子模块、能量采集电路子模块、稳压电路子模块、能量检测电路子模块、调制电路子模块；
3.根据权利要求1所述的兼容远距离通信的无源节点标签芯片，其特征在于，所述rfid协议单元用于与所述rfid阅读器进行近距离通信，得到rfid输出数据；
4.根据权利要求1所述的兼容远距离通信的无源节点标签芯片，其特征在于，所述rfid协议单元，包括：上电初始化模块、下行命令解码模块、下行命令解析模块、随机数模块、标签芯片状态跳转模块、编码输出模块、存储器接口时序控制模块和时钟管理模块；
5.根据权利要求1所述的兼容远距离通信的无源节点标签芯片，其特征在于，所述lora协议单元，包括：进程管理模块、lora初始化模块、lora编码模块、lora调制模块和lora查找表模块；
6.根据权利要求5所述的兼容远距离通信的无源节点标签芯片，其特征在于，所述lora调制模块和所述lora查找表模块同步工作。
7.根据权利要求5所述的兼容远距离通信的无源节点标签芯片，其特征在于，所述lora编码模块，包括依次连接的汉明编码单元、白化单元、交织单元以及格雷编码单元。
8.根据权利要求1所述的兼容远距离通信的无源节点标签芯片，其特征在于，所述数字基带模块根据使能信号确定工作的协议单元，并根据所述rfid阅读器的反馈信息协议单元切换，得到rfid输出数据和lora输出数据，包括：
9.根据权利要求8所述的兼容远距离通信的无源节点标签芯片，其特征在于，所述数字基带模块中的所述rfid协议单元进入工作状态，得到rfid输出数据和lora输出数据，包括：
