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應(yīng)用于遠(yuǎn)距離UHFRFID讀寫器的回波抵消方法與流程

文檔序號(hào):11951739閱讀:775來源:國(guó)知局
應(yīng)用于遠(yuǎn)距離UHF RFID讀寫器的回波抵消方法與流程

本申請(qǐng)涉及一種應(yīng)用于遠(yuǎn)距離UHF RFID讀寫器的回波抵消方法,特別是涉及一種遠(yuǎn)距離射頻識(shí)別的讀寫器模塊。



背景技術(shù):

超高頻RFID(Radio Frequency Identification)是一種工作在840MHz~960MHz的非接觸式射頻識(shí)別技術(shù)。其UHF頻段的RFID讀寫器是通過天線發(fā)射和接收射頻信號(hào),實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽的自動(dòng)識(shí)別。

交通運(yùn)輸車輛的監(jiān)控和移動(dòng)的貨物檢測(cè),如電子車牌、貨物識(shí)別等需要RFID讀寫器來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的標(biāo)簽識(shí)別,低頻和高頻段的RFID技術(shù)都通過近場(chǎng)工作原理來實(shí)現(xiàn),其讀寫區(qū)域和距離不大,通常是幾厘米到幾十厘米,遠(yuǎn)距離的標(biāo)簽識(shí)別一般是通過UHF頻段的RFID讀寫器來實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的標(biāo)簽識(shí)別,UHF頻段RFID讀寫器通過不斷地增加功率放大器的發(fā)射功率,從而使標(biāo)簽在較遠(yuǎn)的距離下也能耦合到足夠的能量,其返回的響應(yīng)信號(hào)能傳到RFID讀寫器。讀寫器處于接收的狀態(tài)下,仍需要功率放大器(PA)發(fā)射足夠高的連續(xù)載波信號(hào)給射頻標(biāo)簽提供能量。不過由于UHF頻段的RFID讀寫器的發(fā)射和接收是共用天線的,發(fā)射的連續(xù)載波信號(hào)能通過耦合器泄漏到接收端,其正好位于接收信號(hào)的頻段中間,無法使用射頻濾波器來濾除。泄漏的信號(hào)與混頻器的本振信號(hào)混頻后產(chǎn)生直流分量和干擾信號(hào),影響接收的靈敏度,從而影響UHF頻段的RFID讀寫器的讀取距離。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于遠(yuǎn)距離UHF RFID讀寫器的回波抵消 方法,該系統(tǒng)能在發(fā)射較高連續(xù)載波情況下有很好的接收靈敏度,從而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離RFID讀寫器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:

本申請(qǐng)實(shí)施例公開一種應(yīng)用于遠(yuǎn)距離UHF RFID讀寫器的回波抵消方法,該RFID讀寫器包括天線、發(fā)射鏈路的功率放大器、耦合器、合成器、接收鏈路的低噪聲放大器和回波抵消模塊,合成器的輸出端與低噪聲放大器的輸入端相連,該回波抵消模塊通過耦合器的隔離端取出在功率放大器發(fā)射連續(xù)載波信號(hào)時(shí)的耦合信號(hào),合成器從耦合器的耦合端獲得天線發(fā)射泄露信號(hào),所述回波抵消模塊對(duì)取到的耦合信號(hào)的幅度和相位進(jìn)行處理,使其和泄漏信號(hào)幅度一致,相位相反,在低噪聲放大器之前通過合成器進(jìn)行合成,從而能完全的抵消功率放大器發(fā)射連續(xù)載波時(shí)泄漏到接收端的信號(hào)。

優(yōu)選的,在上述的應(yīng)用于遠(yuǎn)距離UHF RFID讀寫器的回波抵消方法中,所述回波抵消模塊包括移相網(wǎng)絡(luò)模塊、正交混頻器、可變?cè)鲆娣糯笃骱蛿?shù)字回波抵消模塊,

所述移相網(wǎng)絡(luò)模塊與耦合器的隔離端相連,所述耦合器的隔離端取得連續(xù)載波的耦合信號(hào),移相網(wǎng)絡(luò)模塊將取到的耦合信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)镮路和Q路的正交信號(hào),

所述移相網(wǎng)絡(luò)模塊的輸出與正交混頻器的本振端相連,提供正交混頻器所需的正交信號(hào),數(shù)字回波抵消模塊產(chǎn)生的常數(shù)量A和B與正交混頻器的輸入端相連,

所述正交混頻器的輸出信號(hào)與可增益放大器輸入端相連,數(shù)字回波抵消模塊產(chǎn)生的增益控制量C和可增益放大器控制端相連,不斷改變C值使高速可增益放大器輸出信號(hào)與接收端泄漏信號(hào)的幅度一致,

所述可變?cè)鲆娣糯笃鞯妮敵雠c合成器的IN1端相連,耦合器的耦合端與合成器的IN2端相連,數(shù)字回波抵消模塊給定常數(shù)值使正交混頻器的輸出信號(hào)的相位和接收端的泄漏信號(hào)的相位相反,同時(shí)在可變?cè)鲆娣糯笃鲙椭聦?shí)現(xiàn)兩路信號(hào)的幅度平衡,合成器結(jié)合該兩路信號(hào)。

優(yōu)選的,在上述的應(yīng)用于遠(yuǎn)距離UHF RFID讀寫器的回波抵消方法中,所述數(shù)字回波抵消模塊產(chǎn)生的常數(shù)量A和B用以調(diào)節(jié)耦合信號(hào)的相位,同時(shí) 改變耦合信號(hào)的幅度大小。

優(yōu)選的,在上述的應(yīng)用于遠(yuǎn)距離UHF RFID讀寫器的回波抵消方法中,所述回波抵消模塊還包括功率檢測(cè)器,功率檢測(cè)器的輸入端與合成器的輸出端相連,功率檢測(cè)器實(shí)時(shí)檢測(cè)回波抵消的結(jié)果并將其反饋給數(shù)字回波抵消模塊。

優(yōu)選的,在上述的RFID讀寫器中,所述數(shù)字回波抵消模塊的控制方法包括:

(1)、首先設(shè)定可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆嬷担?/p>

(2)、假設(shè)a、b的位寬值為N,則a為a[N-1:0],b為b[N-1:0],且a、b滿足一下關(guān)系:

a2+b2=2N-1-1

在調(diào)節(jié)a從-2N-1-1到2N-1-1,b值也跟隨改變;

(3)、然后根據(jù)功率檢測(cè)值,得到信號(hào)估計(jì)幅值A(chǔ)mp3,則A=Amp3×a,B=Amp3×b,輸出A、B值

(4)、調(diào)節(jié)高速可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆嬷?,不斷重?fù)步驟(2)和(3);

(5)、保留功率檢測(cè)器檢測(cè)最小功率值時(shí)的A、B值。

與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明通過利用回波抵消技術(shù),發(fā)射鏈路可以通過功率放大器增加發(fā)射功率,接收鏈路通過低噪聲放大器(LNA)提高接收的靈敏度,從而使遠(yuǎn)距離UHF頻段RFID讀寫器得以實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中UHF頻段RFID讀寫器在發(fā)射連續(xù)載波時(shí)泄漏到接收端示意圖;

圖2所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中連續(xù)載波的初始相位和混頻器的本振端 初始相位相差不同時(shí)的干擾信號(hào)和直流分量大小示意圖;

圖3所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中UHF頻段RFID讀寫器原理示意圖;

圖4所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中UHF頻段RFID讀寫器具體實(shí)現(xiàn)框圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

結(jié)合圖1所示,泄露的信號(hào)用表示,其中發(fā)射連續(xù)載波的初始相位,θ是連續(xù)載波信號(hào)經(jīng)過功率放大器(PA)放大、耦合器泄露過程產(chǎn)生的相位變化量?;祛l器(mixer)的本振信號(hào)用其中是本振信號(hào)初始相位。

混頻器之后處理的是低頻信號(hào),本振的二倍頻信號(hào)會(huì)被濾去掉,又泄漏信號(hào)的相位變化量很小,所以上式簡(jiǎn)化為

結(jié)合圖2所示,當(dāng)連續(xù)載波信號(hào)初始相位與混頻器本振信號(hào)的初始相位相差0°時(shí),直流分量比較大,干擾信號(hào)比較小,當(dāng)連續(xù)載波信號(hào)初始相位與混頻器本振信號(hào)的初始相位相差90°時(shí),直流分量比較小,干擾信號(hào)比較大。對(duì)于遠(yuǎn)距離RFID讀寫器,可能天線接收到的標(biāo)簽返回信號(hào)與干擾信號(hào)相比更小,從而影響后續(xù)的解調(diào)與標(biāo)簽判決過程。故需要回波抵消技術(shù)來消除功率放大器發(fā)射連續(xù)載波時(shí)泄漏到接收端的信號(hào)。

結(jié)合圖3所示,相對(duì)于圖1經(jīng)典的RFID讀寫器結(jié)構(gòu),遠(yuǎn)距離RFID讀寫器增加了回波抵消的結(jié)構(gòu),包括回?fù)艿窒碾娐穼?shí)現(xiàn)和回波抵消的算法實(shí)現(xiàn)。主要通過耦合器的隔離端(isolate)取出在功率放大器發(fā)射連續(xù)載波信號(hào)時(shí)的 耦合信號(hào),耦合信號(hào)相對(duì)于接收端的泄漏信號(hào)包含同樣的信息,它們都是通過耦合器獲得?;夭ǖ窒K通過數(shù)字算法對(duì)取到的耦合信號(hào)的幅度和相位進(jìn)行處理,使其和接收端的泄漏信號(hào)幅度一致,相位相反,在低噪聲放大器(LNA)之前進(jìn)行合成,從而能完全的抵消功率放大器發(fā)射連續(xù)載波時(shí)泄漏到接收端的信號(hào)。

利用回波抵消技術(shù),低噪聲放大器處理的信號(hào)完全是由標(biāo)簽返回的信號(hào),不存在接收端泄漏信號(hào)的阻塞現(xiàn)象。同時(shí)功率放大器可以增加發(fā)射功率而不用擔(dān)心會(huì)由于發(fā)射功率較大而泄漏到接收端的泄漏信號(hào)也較大,從而影響接收靈敏度。此外低噪聲放大器的加入也能增加接收鏈路前端的增益,提高接收鏈路的靈敏度。總之,在回波抵消的幫助下,發(fā)射鏈路可以通過功率放大器增加發(fā)射功率,接收鏈路通過低噪聲放大器(LNA)提高接收的靈敏度,遠(yuǎn)距離UHF頻段RFID讀寫器得以實(shí)現(xiàn)。

參閱圖3,相對(duì)于經(jīng)典的UHF頻段RFID讀寫器結(jié)構(gòu),遠(yuǎn)距離UHF頻段RFID讀寫器還包括正交混頻器(IQ mixer),高速可變?cè)鲆娣糯笃?VGA),合成器(combiner),低噪聲放大器(LNA),功率檢測(cè)器以及數(shù)字的算法實(shí)現(xiàn)模塊。

RFID讀寫器處于接收狀態(tài)下,功率放大器的輸出連續(xù)載波信號(hào)和天線的反射信號(hào)都會(huì)通過耦合器泄露到接收端,這是我們所需要消除的信號(hào),記為:

TxSignal=Amp1cos(ωct+θ1)

其中Amp1為電路的幅度特性常數(shù)值。

同時(shí)通過耦合器的隔離端取出連續(xù)載波信號(hào)的耦合信號(hào)作為正交混頻器的本振信號(hào),本振信號(hào)經(jīng)過45°/-45°移相器產(chǎn)生IQ正交兩路信號(hào),正交混頻器的輸入端是通過數(shù)字算法擬合出來的信號(hào)常量A和B,其主要作用是調(diào)節(jié)耦合信號(hào)的相位,同時(shí)也能改變耦合信號(hào)的幅度大小。原理如下:

其中:

正交混頻輸出信號(hào)的相位是由決定,值又隨著A和B變化而變化,故正交混頻器的輸出相位受A,B值決定。如果A,B使正交混頻器的輸出相位和接收端的泄漏信號(hào)相位相反,正交混頻器輸出幅度通過高速可增益放大器調(diào)節(jié),使其和接收端的泄漏信號(hào)幅度相等,即消除Amp1和Amp2的差異。兩路信號(hào)經(jīng)過合成器(combiner)合成后可以消除功率放大器發(fā)射連續(xù)載波時(shí)泄漏到接收端的信號(hào)。

在忽略幅度的差異下,計(jì)算的抵消后的信號(hào)平均功率。

其中約定如下:

C1=power1+power2 C2=2×power3×cos(θ1) C3=2×power4×sin(θ1) C4=θ2

以上的power1~power4、C1~C4、為常數(shù)值,從中可以看出功率反饋值與常數(shù)值A(chǔ)、常數(shù)值B有對(duì)應(yīng)關(guān)系,功率檢測(cè)器檢測(cè)的抵消后平均功率并將信息傳給數(shù)字回?fù)艿窒K,數(shù)字回波抵消模塊會(huì)不斷的在常數(shù)值A(chǔ)和常數(shù)值B的數(shù)字信號(hào)位寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)A和B值,并記錄在功率檢測(cè)器反饋值最小時(shí)的A、B值并輸出,以下是具體回波抵消數(shù)字算法實(shí)現(xiàn)的流程:

1)首先設(shè)定高速可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆嬷担?/p>

2)假設(shè)a、b的位寬值為N,則a為a[N-1:0],b為b[N-1:0],且a、b滿足一下關(guān)系:

a2+b2=2N-1-1

在調(diào)節(jié)a從-2N-1-1到2N-1-1,b值也跟隨改變,N指的是ADC的采樣位寬,取值一般是從2,3,4......,具體是由所采用的ADC芯片采樣位寬有關(guān)。

3)然后根據(jù)功率檢測(cè)值,得到信號(hào)估計(jì)幅值A(chǔ)mp3,則A=Amp3×a,B=Amp3×b,輸出A、B值;

4)調(diào)節(jié)高速可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆嬷?,不斷重?fù)步驟2)和3);

5)保留功率檢測(cè)器檢測(cè)最小功率值時(shí)的A、B值。

利用回波抵消的網(wǎng)絡(luò)模塊能將泄漏到接收端的較高功率的信號(hào)抵消掉,這樣接收鏈路可以添加低噪聲放大器(LNA),低噪聲的輸入端的信號(hào)完全是天線接收到的標(biāo)簽返回信號(hào),不會(huì)由于泄漏信號(hào)而進(jìn)入飽和。在LNA幫助下能很好地增加接收鏈路的靈敏度,此外也可以不斷地提高功率放大器的發(fā)射 功率而不用擔(dān)心連續(xù)載波信號(hào)會(huì)泄漏到接收端影響接收的靈敏度,從而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離UHF頻段的RFID讀寫器。

最后,還需要說明的是,術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含,從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素,而且還包括沒有明確列出的其他要素,或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。

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