專利名稱：以循環(huán)移位方式實現(xiàn)的多址接入、防碰撞方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種可以應(yīng)用于射頻識別的射頻卡多址接入方案，屬于通訊技術(shù)與電子技術(shù)中的射頻識別技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在射頻識別(RFID)技術(shù)的發(fā)展過程中，防碰撞技術(shù)是信號識別與處理的關(guān)鍵技術(shù)之一。當在讀寫器的天線區(qū)域中有多個射頻卡到達時，它們幾乎同時發(fā)送信號，產(chǎn)生信道爭用，信號互相干擾，即發(fā)生了碰撞。這種情況在超市的售貨系統(tǒng)中，多個帶有標識的商品被同一個讀取設(shè)備同時讀取時很常見。防碰撞技術(shù)設(shè)計的優(yōu)劣很大程度上決定了射頻識別系統(tǒng)性能。
通常的防碰撞技術(shù)利用排隊論及抗噪聲技術(shù)解決碰撞問題，主要是通過規(guī)避和檢索的算法來實現(xiàn)。采用這類方法雖然能夠使得系統(tǒng)的設(shè)計簡單、成本低且易于修改，但響應(yīng)時間相對較長，在同時需要被讀取的卡的數(shù)目比較大時讀取過程的實時性難以保證。例如在遠距離讀取移動通過的集裝箱內(nèi)的所有帶有RFID標識物品時，由于物品的數(shù)目可能很大，而讀取的時間有限，要求必須在貨車集裝箱通過時間內(nèi)完成所有物品的標識讀取。在這樣的情況下，傳統(tǒng)的單純的通過規(guī)避或者檢索算法的RFID防碰撞方法就不滿足要求。此外，也有的系統(tǒng)采用硬件實現(xiàn)采用時分多址接入(TDMA)、頻分多址接入(FDMA)等多址識別技術(shù)，雖然可以有較小的時延，但是系統(tǒng)復(fù)雜性和成本有很大程度的增加。
另一方面，隨著在RFID的應(yīng)用中Tag(射頻識別標簽)所攜帶的信息越來越多，閱讀器和Tag之間的數(shù)據(jù)交互量越來越大，RFID的系統(tǒng)使用環(huán)境也越來越復(fù)雜，RFID系統(tǒng)對無線通訊鏈路的抗干擾性能和保密性能要求也越來越高。因此，需要一種高效率并且具有良好抗干擾性能、保密性能的多址接入和防碰撞機制。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種以循環(huán)移位方式實現(xiàn)的多址接入、防碰撞方法，該方法的復(fù)雜度、成本開銷保持在允許的范圍內(nèi)，防碰撞性能大大提高，同時，具有碼分復(fù)用方式信噪比高，抗干擾性強，保密性好、抗多徑干擾能力強的優(yōu)勢。
技術(shù)方案本發(fā)明的基本思想是射頻標簽生成一定長度的歌德碼(Gold)序列，這個碼長是可以由閱讀器(Interrogator)命令設(shè)置的，可以通過選擇碼長改變整個碰撞識別的耗時。在對于閱讀設(shè)備的超高頻信號進行二相鍵控或幅值鍵控等調(diào)制方式進行反射調(diào)制傳遞數(shù)據(jù)時，采用這個Gold序列信號對射頻識別標簽(Tag)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)進行調(diào)制發(fā)送。接收端將信號解調(diào)之后，首先利用Gold序列優(yōu)良的自相關(guān)性能進行相關(guān)運算，并根據(jù)計算結(jié)果進行判決是否存在某個Tag，即進行射頻識別。
在本文中所有名稱的解釋為Tag射頻識別標簽RFID射頻識別M序列一種特定的循環(huán)碼生成序列，國際上專稱“M序列”QM序列生成器中初值的位數(shù)Gold一種特定的循環(huán)碼生成序列，國際上專稱“Gold碼”和“Gold序列”Interrogator閱讀器Query本專利定義的查詢命令QueryReq本專利定義的重新查詢命令QueryAdjust本專利定義的查詢調(diào)整命令A(yù)CK本專利定義的回應(yīng)命令I(lǐng)D識別號碼RN_Nm標簽端產(chǎn)生的隨機整數(shù)偏移量ID_Nm標簽在識別號碼中按照從最高位或者最低位開始的選取方法，選取Q個位，所產(chǎn)生的一個Q位的整數(shù)。
本發(fā)明的以循環(huán)移位方式實現(xiàn)的多址接入、防碰撞方法為1)標簽上采用了Q位初值的2個2Q-1位的M序列生成器相加的結(jié)構(gòu)，最終產(chǎn)生2Q-1位的Gold序列；Q的取值范圍，包括4，6，8，10，12，這個Q值，通過閱讀器用命令詢問’Query’的參數(shù)進行選擇；2)標簽在識別號碼中按照從最高位或者最低位開始的選取方法，選取Q個位，產(chǎn)生一個Q位的整數(shù)，取名為ID_Nm；這個選取方法，可以被閱讀器用命令Query修改；即從識別號碼的最高位起，選取Q個高位，或者識別號碼的最低位起，選取Q個低位，另外，使每個標簽產(chǎn)生一個“0，2Q-1”范圍內(nèi)的隨機整數(shù)偏移量，取名為RN_Nm，這個隨機數(shù)與ID_Nm進行模2Q-1相加，產(chǎn)生的結(jié)果作為這個標簽的Gold序列生成器中第一個M序列生成器的初值，最終產(chǎn)生與這個標簽的Gold序列；標簽使用這個Gold序列對自己待發(fā)送識別數(shù)據(jù)進行調(diào)制；這個數(shù)據(jù)內(nèi)容包括自己識別號碼中除去前面已經(jīng)取出的Q位的剩余部分，以及前面使用的隨機整數(shù)偏移量RN_Nm；在擴頻調(diào)制之前，首先還需要進行密勒調(diào)制，目的是使得數(shù)據(jù)成為利于碰撞的檢測的雙極性歸零碼，這個數(shù)據(jù)被調(diào)制并發(fā)送給閱讀器，然后等待閱讀器的回應(yīng)命令，即ACK；3)閱讀器接受標簽的發(fā)送的信號并進行相關(guān)解調(diào)，如果沒有發(fā)生碰撞，即沒有兩個以上的標簽產(chǎn)生了同樣的Gold序列，或者雖然發(fā)生了碰撞，但是閱讀器仍然分辨識別出了其中一個標簽的數(shù)據(jù)，閱讀器就從Gold序列和RN_Nm中，回復(fù)出Q位的ID_Nm，繼而回復(fù)出整個識別號碼；4)在閱讀器的工作機制中，閱讀器對于所有已經(jīng)識別的標簽逐個發(fā)送ACK命令，命令中包含回應(yīng)標簽的識別號碼；閱讀器接收到與自己識別號碼相符的ACK命令的標簽就處于待讀取狀態(tài)；5)閱讀器發(fā)送Read命令，此時所有處于待讀取狀態(tài)的標簽，都采用前面產(chǎn)生的Gold序列，對自己需要傳送的所有數(shù)據(jù)進行調(diào)制并發(fā)送，發(fā)送完之后，這些標簽就回到初始狀態(tài)；6)閱讀器機制中，對于標簽所發(fā)數(shù)據(jù)進行解調(diào)接收，根據(jù)已經(jīng)識別的標簽數(shù)目和上一次的接收結(jié)果對未識別Tag數(shù)目進行判別，對于仍然未識別的標簽，閱讀器發(fā)送“重新查詢”即QueryReq，標簽接收到QueryReq后，在標簽工作機制中便重新產(chǎn)生一個RN_Nm，從而選擇一個新的Gold序列；閱讀器也可以在其機制中，通過“查詢調(diào)整”即QueryAdjust命令，迫使所有標簽利用所傳遞的Q參數(shù)重新選擇新的位數(shù)Gold序列生成器；根據(jù)剩余的未識別標簽數(shù)據(jù)的多少來調(diào)整，Gold碼的長度，繼而調(diào)整數(shù)據(jù)傳遞的碼長而調(diào)整識別的總體時間，回到標簽工作機制的初始狀態(tài)；
7)由于未識別的標簽使用新的Gold碼對識別數(shù)據(jù)進行調(diào)制并發(fā)送，并等待閱讀器的Ack命令，這樣，直到閱讀器收不到新的數(shù)據(jù)為止，識別過程結(jié)束，閱讀器回到初始狀態(tài)；8)閱讀器中，Gold碼用一對優(yōu)選的周期和速率均相同的M序列模二加后得到；采用每次將Gold碼發(fā)生邏輯的其中一個M序列發(fā)生器初始值進行不同的設(shè)置來獲得不同的Gold碼；9)閱讀器將信號解調(diào)之后以2倍的Gold序列發(fā)送速率進行采樣，假設(shè)采樣分辨率為12位，并將采樣值壓入一個2×碼長×12位的采樣數(shù)據(jù)存儲隊列；同時，接收端有一個本地Gold序列發(fā)生器，產(chǎn)生符合碼長的Gold序列；當采樣數(shù)據(jù)存儲隊列每移入2個采樣值，Gold序列發(fā)生器將依次生成2Q-1個待分辨的Gold序列，并分別擴展為2倍碼長，各自與采樣數(shù)據(jù)存儲隊列一一對應(yīng)的相乘并累加，完成了每個序列與信號相關(guān)運算的一個基本單元步驟；當采樣信號移入二倍碼長個值后，一共可以得到2Q-1個長度為碼長的相關(guān)運算結(jié)果，與2Q-1個Gold序列相對應(yīng)；據(jù)此，閱讀器進行判決是否存在某個Gold序列所對應(yīng)的標識端。
有益效果1、實現(xiàn)多個RFID射頻識別標簽(Tag)的同時讀取，比傳統(tǒng)的基于分時處理的防碰撞機制減少了讀取時間，能夠?qū)崿F(xiàn)大量的RFID標識的快速讀取。
2、具有碼分復(fù)用方式信噪比高，抗干擾性強，保密性好、抗多徑干擾能力強的優(yōu)勢。
3、可以根據(jù)Tag的數(shù)目大小調(diào)節(jié)調(diào)制碼的長度最終調(diào)節(jié)識別時間，適合不同的應(yīng)用場合。
4、由于本發(fā)明采用了循環(huán)移位的原理產(chǎn)生歌德碼序列和進行相關(guān)計算，使得讀取設(shè)備的資源消耗減少，降低了讀取設(shè)備的成本。
5、采用國內(nèi)外主流的芯片技術(shù)，制造復(fù)雜度降低。


圖1是Tag端工作機制運行狀態(tài)流程示意圖。
圖2是閱讀器端工作機制運行狀態(tài)流程示意圖。
圖3是閱讀器實現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能示意圖。
具體實現(xiàn)方式整個工作機制時序如圖1所示。工作機理分為Tag和閱讀器兩部分。本發(fā)明在Tag上采用了Q位初值的2個2Q-1位的埃母序列(M序列)生成器相加的結(jié)構(gòu)，最終產(chǎn)生2＾Q-1位的Gold序列。為了簡化設(shè)計，本發(fā)明采用了可選的幾個Q值包括4，6，8，10，12。這個Q值，通過閱讀器用命令詢問(Query)的參數(shù)進行選擇。為了簡便起見，本發(fā)明對應(yīng)一個具體的Q值，按照其中一個M序列生成器的初值將最終產(chǎn)生的2Q-1個Gold序列排序編號。
1、Tag端工作狀態(tài)機制所有接收到Query的Tag，進行如下動作，如圖2所示。
(1)由于在實際的應(yīng)用中，在同一批應(yīng)用的Tag的ID中，存在一些位的重復(fù)概率遠遠大于其余的位，本發(fā)明在ID中按照一定的選取方法，選取Q個bit，產(chǎn)生一個Q比特(bit)的整數(shù)，記為(ID_Nm)。為了達到靈活通用的目的，這個選取方法，可以被閱讀器用命令Query修改。如從識別號碼(ID)的最高位(MSB)起，選取Q個高位bit，或者ID的最低位(LSB)起，選取Q個低位bit。
另外，本發(fā)明使每個Tag產(chǎn)生一個從0到2＾Q-1(0，2＾Q-1)范圍內(nèi)的隨機整數(shù)偏移量，記為RN_Nm，這個隨機數(shù)與ID_Nm進行模2＾Q-1相加，產(chǎn)生的結(jié)果作為這個Tag的Gold序列生成器中第一個M序列生成器的初值，最終產(chǎn)生與這個Tag的Gold序列。
(2)Tag使用這個Gold序列對自己待發(fā)送識別數(shù)據(jù)進行調(diào)制。這個數(shù)據(jù)內(nèi)容包括自己ID中除去前面已經(jīng)取出的Q位的剩余部分，以及前面使用的隨機整數(shù)偏移量RN_Nm。當然，在擴頻調(diào)制之前，首先還需要進行密勒調(diào)制(miller調(diào)制)，目的是使得數(shù)據(jù)成為雙極性歸零碼，這利于碰撞的檢測。這個數(shù)據(jù)被調(diào)制并發(fā)送給閱讀器，然后等待閱讀器的回應(yīng)(ACK)命令。
(3)然后，Tag從初始狀態(tài)轉(zhuǎn)移到等待識別回應(yīng)狀態(tài)。
2、閱讀器的工作狀態(tài)機制閱讀器的工作狀態(tài)機制也是循環(huán)的過程(1)閱讀器接受Tag的發(fā)送的信號并進行相關(guān)解調(diào)，此時，如果沒有發(fā)生碰撞，即沒有兩個以上的Tag產(chǎn)生了同樣的Gold序列，或者雖然發(fā)生了碰撞，但是閱讀器仍然分辨識別出了其中一個Tag的數(shù)據(jù)，閱讀器就能夠從Gold序列和RN_Nm中，回復(fù)出Q位的ID_Nm，繼而回復(fù)出整個ID。
(2)閱讀器對于所有已經(jīng)識別的Tag逐個發(fā)送ACK命令，命令中包含回應(yīng)Tag的ID。接收到與自己ID相符的ACK命令的Tag就處于待讀取狀態(tài)。
(3)Interrogator發(fā)送Read命令，此時所有處于待讀取狀態(tài)的Tag，都采用前面產(chǎn)生的Gold序列，對自己需要傳送的所有數(shù)據(jù)進行調(diào)制并發(fā)送，發(fā)送完之后，這些Tag就回到初始狀態(tài)。
(4)對于仍然未識別的Tag，Interrogator發(fā)送QueryReq或者QueryAdjust命令。Tag接收到QueryReq后，便重新產(chǎn)生一個RN_Nm，從而選擇一個新的Gold序列。Interrogator也可以通過QueryAdjust命令，迫使所有Tag利用所傳遞的Q參數(shù)重新選擇新的位數(shù)Gold序列生成器。本發(fā)明可以利用這個功能，根據(jù)剩余的未識別Tag數(shù)據(jù)的多少來調(diào)整，Gold碼的長度，繼而調(diào)整數(shù)據(jù)傳遞的碼長而調(diào)整識別的總體時間。
由于未識別的Tag使用新的Gold碼對識別數(shù)據(jù)進行調(diào)制并發(fā)送，并等待Interrogator的Ack命令。這樣，又回到系統(tǒng)的第二步。直到Interrogator收不到新的數(shù)據(jù)為止，識別過程結(jié)束。
3、閱讀器端接收機結(jié)構(gòu)讀取設(shè)備Interrogator端包含發(fā)射天線與接收天線、放大、下變頻解調(diào)、A/D采樣、移位存儲隊列(長度由Gold序列碼長決定)、Gold碼發(fā)生邏輯和移位累加(相關(guān)運算)邏輯單元，如圖2所示。
閱讀器中，Gold碼用一對優(yōu)選的周期和速率均相同的M序列模二加后得到。M序列發(fā)生器的級數(shù)相同。如果兩個M序列相對相移不同，所得到的是不同的Gold碼序列。對n級M序列，共有(2＾n-1)個不同相位，所以通過模二加后可得到個(2＾n-1)Gold碼序列，這些碼序列的周期均為(2＾n-1)。這里，采用每次將Gold碼發(fā)生邏輯的其中一個M序列發(fā)生器初始值進行不同的設(shè)置來獲得不同的Gold碼。
閱讀器將信號解調(diào)之后以2倍的Gold序列發(fā)送速率進行采樣，采樣分辨率為12bit，并將采樣值壓入一個2×碼長×12bit的采樣數(shù)據(jù)存儲隊列。同時，接收端有一個本地Gold序列發(fā)生器，產(chǎn)生符合碼長的Gold序列。當采樣數(shù)據(jù)存儲隊列每移入2個采樣值，Gold序列發(fā)生器將依次生成N個(待分辨的)Gold序列，并分別擴展為2倍碼長，各自與采樣數(shù)據(jù)存儲隊列一一對應(yīng)的相乘并累加，這就完成了每個序列與信號相關(guān)運算的一個基本單元步驟。當采樣信號移入二倍碼長個值后，一共可以得到N個長度為碼長的相關(guān)運算結(jié)果，與N個Gold序列相對應(yīng)。
據(jù)此，閱讀器進行判決是否存在某個Gold序列所對應(yīng)的標識端。
權(quán)利要求
1.一種以循環(huán)移位方式實現(xiàn)的多址接入、防碰撞方法，其特征在于實現(xiàn)方法為1)標簽上采用了Q位初值的2個2Q-1位的M序列生成器相加的結(jié)構(gòu)，最終產(chǎn)生2Q-1位的Gold序列；Q的取值范圍包括“4，6，8，10，12”，這個Q值，通過閱讀器用命令詢問’Query’的參數(shù)進行選擇；2)標簽在識別號碼中按照從最高位或者最低位開始的選取方法，選取Q個位，產(chǎn)生一個Q位的整數(shù)，取名為ID_Nm；這個選取方法，可以被閱讀器用命令Query修改；即從識別號碼的最高位起，選取Q個高位，或者識別號碼的最低位起，選取Q個低位，另外，使每個標簽產(chǎn)生一個“0，2Q-1”范圍內(nèi)的隨機整數(shù)偏移量，取名為RN_Nm，這個隨機數(shù)與ID_Nm進行模2Q-1相加，產(chǎn)生的結(jié)果作為這個標簽的Gold序列生成器中第一個M序列生成器的初值，最終產(chǎn)生與這個標簽的Gold序列；標簽使用這個Gold序列對自己待發(fā)送識別數(shù)據(jù)進行調(diào)制；這個數(shù)據(jù)內(nèi)容包括自己識別號碼中除去前面已經(jīng)取出的Q位的剩余部分，以及前面使用的隨機整數(shù)偏移量RN_Nm；在擴頻調(diào)制之前，首先還需要進行密勒調(diào)制，目的是使得數(shù)據(jù)成為利于碰撞的檢測的雙極性歸零碼，這個數(shù)據(jù)被調(diào)制并發(fā)送給閱讀器，然后等待閱讀器的回應(yīng)命令，即ACK；3)閱讀器接受標簽的發(fā)送的信號并進行相關(guān)解調(diào)，如果沒有發(fā)生碰撞，即沒有兩個以上的標簽產(chǎn)生了同樣的Gold序列，或者雖然發(fā)生了碰撞，但是閱讀器仍然分辨識別出了其中一個標簽的數(shù)據(jù)，閱讀器就從Gold序列和RN_Nm中，回復(fù)出Q位的ID_Nm，繼而回復(fù)出整個識別號碼；4)在閱讀器的工作機制中，閱讀器對于所有已經(jīng)識別的標簽逐個發(fā)送ACK命令，命令中包含回應(yīng)標簽的識別號碼；閱讀器接收到與自己識別號碼相符的ACK命令的標簽就處于待讀取狀態(tài)；5)閱讀器發(fā)送Read命令，此時所有處于待讀取狀態(tài)的標簽，都采用前面產(chǎn)生的Gold序列，對自己需要傳送的所有數(shù)據(jù)進行調(diào)制并發(fā)送，發(fā)送完之后，這些標簽就回到初始狀態(tài)；6)閱讀器機制的中，對于標簽所發(fā)數(shù)據(jù)進行解調(diào)接收，根據(jù)已經(jīng)識別的標簽數(shù)目和上一次的接收結(jié)果對未識別Tag數(shù)目進行判別，對于仍然未識別的標簽，閱讀器發(fā)送“重新查詢”即QueryReq，標簽接收到QueryReq后，在標簽工作機制中便重新產(chǎn)生一個RN_Nm，從而選擇一個新的Gold序列；閱讀器也可以在其機制中，通過“查詢調(diào)整”即QueryAdjust命令，迫使所有標簽利用所傳遞的Q參數(shù)重新選擇新的位數(shù)Gold序列生成器；根據(jù)剩余的未識別標簽數(shù)據(jù)的多少來調(diào)整，Gold碼的長度，繼而調(diào)整數(shù)據(jù)傳遞的碼長而調(diào)整識別的總體時間，回到標簽工作機制的初始狀態(tài)；7)由于未識別的標簽使用新的Gold碼對識別數(shù)據(jù)進行調(diào)制并發(fā)送，并等待閱讀器的Ack命令，這樣，直到閱讀器收不到新的數(shù)據(jù)為止，識別過程結(jié)束，閱讀器回到初始狀態(tài)；8)閱讀器中，Gold碼用一對優(yōu)選的周期和速率均相同的M序列模二加后得到；采用每次將Gold碼發(fā)生邏輯的其中一個M序列發(fā)生器初始值進行不同的設(shè)置來獲得不同的Gold碼；9)閱讀器將信號解調(diào)之后以2倍的Gold序列發(fā)送速率進行采樣，假設(shè)采樣分辨率為12位，并將采樣值壓入一個2×碼長×12位的采樣數(shù)據(jù)存儲隊列；同時，接收端有一個本地Gold序列發(fā)生器，產(chǎn)生符合碼長的Gold序列；當采樣數(shù)據(jù)存儲隊列每移入2個采樣值，Gold序列發(fā)生器將依次生成2Q-1個待分辨的Gold序列，并分別擴展為2倍碼長，各自與采樣數(shù)據(jù)存儲隊列一一對應(yīng)的相乘并累加，完成了每個序列與信號相關(guān)運算的一個基本單元步驟；當采樣信號移入二倍碼長個值后，一共可以得到2Q-1個長度為碼長的相關(guān)運算結(jié)果，與2Q-1個Gold序列相對應(yīng)；據(jù)此，閱讀器進行判決是否存在某個Gold序列所對應(yīng)的標識端。
全文摘要
以循環(huán)移位方式實現(xiàn)的多址接入、防碰撞方法是一種可以應(yīng)用于射頻識別的射頻卡多址接入方案，其實現(xiàn)方法為射頻標簽生成一定長度的歌德碼(Gold)序列，這個碼長是可以由閱讀器(Interrogator)命令設(shè)置的，可以通過選擇碼長改變整個碰撞識別的耗時。在對于閱讀設(shè)備的超高頻信號進行二相鍵控或幅值鍵控等調(diào)制方式進行反射調(diào)制傳遞數(shù)據(jù)時，采用這個Gold序列信號對標識(Tag)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)進行調(diào)制發(fā)送。接收端將信號解調(diào)之后，首先利用Gold序列優(yōu)良的自相關(guān)性能進行相關(guān)運算，并根據(jù)計算結(jié)果進行判決是否存在某個Tag，即進行射頻識別。
文檔編號H04J13/00GK1928884SQ20061009636
公開日2007年3月14日 申請日期2006年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月22日
發(fā)明者王平, 胡愛群 申請人:東南大學(xué)