用於接收無線射頻識別信號的信號處理裝置及其方法
2023-09-10 14:16:50 2
專利名稱：用於接收無線射頻識別信號的信號處理裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及一種用於接收無線射頻識別信號的裝置和方法，且更明確地說，涉及 一種利用信號處理方法以識別無線射頻識別信號的裝置和方法。
背景技術：
無線射頻識別(radio-frequency identification, RFID)技術是一種利用RFID標籤， 通過無線射頻信號的收發，以實現自動識別的技術。無線射頻識別的系統一般由RFID 標籤和RFID識別設備所組成。所述標籤主動地發射識別信號或被動地接收所述識別 設備的信號而產生識別信號，而由所述識別設備接收所述識別信號以達到識別的目的。 由於無線射頻識別技術的便利性，其目前主要應用在企業供應鏈管理，例如產品跟蹤 和倉儲管理。其它例如公路收費、護照系統、車輛管理、動物標籤、人體植入物和圖 書館藏管理均為其可應用的領域。
一般RFID識別設備的接收端是經過低通濾波器加上比較器來判斷所述識別信號 的值。然而所述比較器只以閾值作為比較的基準，而所述識別信號卻會受到各種因素 影響而改變其波形或振幅，進而影響所述識別設備的表現。例如所述RFID標籤在高 溫下會造成所述識別信號的上升時間(rising time)延長，或在長距離或是周圍環境過於 複雜時會有過多噪聲，而在所述識別信號的位速率較高時所述信號則會有偏壓。上述 幹擾均會造成所述無線射頻識別系統的識別率下降，或是限制所述系統只能以較低的 位速率操作。電子產品編碼協會(Electronic Product Code， EPC)目前所規定的RFID位 速率有40kbps、 80kbps、 160kbps、 320 kbps和640 kbps五種，然而運用上述裝置的 無線射頻識別系統只能在80 kbps以下操作。因此有必要針對無線射頻識別系統的接 收端設計一套用於提升無線射頻識別系統的識別率和位速率的裝置和方法。
發明內容
本發明的主要目的是以信號處理的方法識別無線射頻識別信號進而提升識別率。
本發明的第一實施例的應用於接收無線射頻識別信號的信號處理裝置包含第一 低通濾波器、第一下取樣器、第一比較器和第一波形轉換器。所述第一低通濾波器用 以濾波所述無線射頻識別信號的高頻部分。所述第一下取樣器對所述經濾波的信號進 行下取樣。所述第一比較器根據所述取樣的信號產生用以判斷信號值的第一經比較信 號。而所述第一波形轉換器將所述第一經比較信號轉換其信號波形以配合後續的運算。本發明的第二實施例的應用於接收無線射頻識別信號的裝置包含模擬至數字轉 換器、如所述第一實施例的信號處理裝置和微處理器。所述模擬至數字轉換器接收模 擬無線射頻識別信號，並將其轉換為數字無線射頻識別信號。所述如所述第一實施例 的信號處理裝置接收所述數字無線射頻識別信號，並進行信號的處理。而所述微處理 器接收所述如所述第一實施例的信號處理裝置所產生的信號以進行信號處理。
本發明的第三實施例的應用於接收無線射頻識別信號的方法包含下列步驟接收 無線射頻識別信號；對所述接收的無線射頻識別信號進行低通濾波；對所述經濾波的 無線射頻識別信號進行下取樣；將所述取樣的無線射頻識別信號和理想信號進行比較， 以產生用以判斷高低值的信號；以及將所述用以判斷高低值的信號根據其值轉換為方 波信號。
根據本發明的應用於接收無線射頻識別信號的裝置，對應一般無線射頻識別信號 的裝置，其收發距離從三到四米增加至八米，而所述無線射頻識別信號的位速率也可 從80kbps提升至640kbps。因此在相同識別率的情況下，本發明的裝置其收發距離和 位速率均能顯著提升。
圖1顯示本發明的第一實施例的應用於接收無線射頻識別信號的裝置；
圖2顯示本發明的第二實施例的應用於接收無線射頻識別信號的信號處理裝置；
及
圖3顯示本發明的第三實施例的應用於接收無線射頻識別信號的方法的流程圖。
具體實施例方式
圖1顯示本發明的第一實施例的應甩於接收無線射頻識別信號的裝置。所述裝置 101包含模擬至數字轉換器102、信號處理單元103、微處理器104和振蕩器105。所 述模擬至數字轉換器102接收兩個相位相差九十度的模擬無線射頻識別信號，並將其 轉換為兩個相位相差九十度的數字無線射頻識別信號。所述信號處理裝置103用以進 行時鐘脈衝較高的運算，其接收所述經轉換的信號，並將所述信號進行濾波和比較的 處理，以產生方波至微處理器104。微處理器104負責時鐘脈衝較低和層級較高的運 算，而振蕩器105產生高時鐘脈衝的信號以提供作為模擬至數字轉換器102和信號處 理裝置103的時鐘脈衝信號。
圖2顯示本發明的第二實施例的應用於接收無線射頻識別信號的信號處理裝置。 所述裝置為圖1的信號處理單元103。信號處理裝置103實現於場可編程門陣列(field programmable gate array, FPGA)上，並包含第一低通濾波器201、第一下取樣器202、 第一比較器203、第一波形轉換器204、第一解碼器205、第一功率計算器206、信號 選擇器207、存儲器208、第二低通濾波器209、第二下取樣器210、第二比較器211、第二波形轉換器212、第二解碼器213和第二功率計算器214。其中第一低通濾波器 201、第一下取樣器202、第一比較器203、第一波形轉換器204、第一解碼器205和 第一功率計算器206對應地處理第一無線射頻識別信號。而第二低通濾波器209、第 二下取樣器210、第二比較器211、第二波形轉換器212、第二解碼器213和第二功率 計算器214對應地處理與第一無線射頻識別信號的相位相差九十度的第二無線射頻識 別信號。所述兩組電路的功能相同，而對應的信號不同。
第一低通濾波器201和第二低通濾波器209利用移動平均數(moving average)的方 法進行低通濾波，並用以濾波無線射頻識別信號的高頻部分。第一下取樣器202和第 二下取樣器210將所述經濾波的信號進行下取銜downsampling)，其目的是將不同位速 率的信號下取樣成為相同取樣數的信號。例如以時鐘脈衝20.48 MHz對位速率40 kbps 的無線射頻識別信號進行取樣，則所述信號每一符號(symbol)的取樣點為512點，而 如果以同一時鐘脈衝對位速率640 kbps的無線射頻識別信號進行取樣，則每一符號的 取樣點為32點。因此第一下取樣器202和第二下取樣器210對不同位速率的信號進行 下取樣使得其取樣數相同，以配合後續的運算單元。例如對位速率40 kbps的無線射 頻識別信號作1/16的下取樣，對80 kbps的無線射頻識別信號進行1/8的下取樣，對 640 kbps的無線射頻識別信號不進行下取樣，依此類推。第一比較器203和第二比較 器211為匹配濾波器(match filter),其將所述取樣的信號和理想信號進行比較，以產生 用以判斷信號值的第一經比較和第二經比較信號。第一波形轉換器204和第二波形轉 換器212分別包含第一局部極大值尋找單元2041和第一脈衝至方波轉換器2042以及 第二局部極大值尋找單元2121和第二脈衝至方波轉換器2122。第一局部極大值尋找 單元2041和第二局部極大值尋找單元2121在每一符號的取樣點間找極大值，以判斷 所述符號為高(high)或低(low)。第一脈衝至方波轉換器2042和第二脈衝至方波轉換器 2122將所述已找出的極大值的脈衝(pulse)信號轉換為方波(square)信號，以配合後續的 運算。第一解碼器205和第二解碼器213分別將第一波形轉換器204和第二波形轉換 器212輸出的信號根據電子產品編碼協會的標準進行解碼，其主要目的是負責時鐘脈 衝較高的解碼動作，以降低圖1的微處理器104的負擔。第一功率計算器206和第二 功率計算器214分別計算無線射頻識別信號以及與所述無線射頻識別信號的相位相差 九十度的信號的功率，而信號選擇器207根據第一功率計算器206和第二功率計算器 214的計算結果從所述兩個無線射頻識別信號選擇功率較高的信號以提供後續的運 算。第一功率計算器206和第二功率計算器214也可合併為單一的功率計算器，而所 述功率計算器分時計算無線射頻識別信號以及與所述無線射頻識別信號的相位相差九 十度的信號的功率。存儲器206用以存儲所述裝置的經運算的信號以提供後續硬體， 例如微處理器104進行運算。
圖3顯示本發明的第三實施例的應用於接收無線射頻識別信號的方法的流程圖。 在步驟301，接收兩個相位相差九十度的RFID信號。在步驟302，將所述接收的RFID 信號進行低通濾波。在步驟303，對所述經濾波的RFID信號進行下取樣。在步驟304，將所述取樣的RFID信號和理想信號進行比較，以產生用以判斷高低值的信號。在步
驟305，將所述用以判斷高低值的信號根據其值轉換為方波信號。在步驟306，將所述 方波信號根據電子產品編碼協會(Electronic Product Code， EPC)的標準進行解碼。在步 驟307，根據所述兩個RFID信號的解碼結果及功率大小，而選擇解碼結果正確且具有 較大功率的RFID信號的其方波信號作為後續運算的信號。
根據本發明的應用於接收無線射頻識別信號的裝置，對應一般無線射頻識別信號 的裝置，其收發距離從三到四米增加至八米，而所述無線射頻識別信號的位速率也可 從80kbps提升至640kbps。因此在相同識別率的情況下，本發明的裝置其收發距離和 位速率均能顯著提升。
本發明的技術內容及技術特點已揭示如上，然而所屬領域的技術人員仍可能基於 本發明的教示及揭示而作種種不背離本發明精神的替換及修改。因此，本發明的保護 範圍應不限於實施例所揭示的內容，而應包括各種不背離本發明的替換及修改，並為 所附的權利要求書所涵蓋。
權利要求
1、一種用於接收無線射頻識別信號的信號處理裝置，其特徵在於包含第一低通濾波器，其濾波所述無線射頻識別信號的高頻部分；第一下取樣器，其對所述經濾波的信號進行下取樣；第一比較器，其根據所述取樣的信號產生用以判斷信號值的第一經比較信號；以及第一波形轉換器，其轉換所述用以判斷信號值的信號的波形。
2、 根據權利要求l所述的信號處理裝置，其特徵在於進一步包含 第二低通濾波器，其用以濾波與所述無線射頻識別信號的相位相差九十度的信號的高頻部分；第二下取樣器，其對所述第二低通濾波器濾波的信號進行下取樣； 第二比較器，其根據所述第二下取樣器取樣的信號產生用以判斷信號值的第二經 比較信號；以及第二波形轉換器，其轉換所述第二比較器產生的信號的波形。
3、 根據權利要求2所述的信號處理裝置，其特徵在於進一步包含 第一功率計算器，其計算所述無線射頻識別信號的功率；第二功率計算器，其計算與所述無線射頻識別信號的相位相差九十度的信號的功 率；以及信號選擇器，其根據所述第一功率計算器和所述第二功率計算器的計算結果取較 高功率的信號。
4、 根據權利要求2所述的信號處理裝置，其特徵在於進一步包含 功率計算器，其計算所述無線射頻識別信號和所述無線射頻識別信號的相位相差九十度的信號的功率；以及信號選擇器，其根據所述功率計算器的計算結果取較高功率的信號。
5、 根據權利要求1所述的信號處理裝置，其特徵在於進一步包含第一解碼器，其根據電子產品編碼協會的標準對所述第一波形轉換器輸出的信號 進行解碼。
6、 根據權利要求2所述的信號處理裝置，其特徵在於進一步包含第二解碼器，其根據電子產品編碼協會的標準對所述第二波形轉換器輸出的信號 進行解碼。
7、 根據權利要求1所述的信號處理裝置，其特徵在於進一步包含 存儲器，其用以存儲所述裝置的經運算的信號。
8、 根據權利要求1所述的信號處理裝置，其特徵在於其中所述第一低通濾波器利用移動平均數的方法來實施低通濾波。
9、 根據權利要求2所述的信號處理裝置，其特徵在於其中所述第二低通濾波器 利用移動平均數的方法來實施低通濾波。
10、 根據權利要求1所述的信號處理裝置，其特徵在於其中所述第一比較器為匹 配濾波器，其將所述取樣的信號和理想信號進行比較，以產生所述第一經比較信號。
11、 根據權利要求2所述的信號處理裝置，其特徵在於其中所述第二比較器為匹 配濾波器，其將所述取樣的信號和理想信號進行比較，以產生所述第二經比較信號。
12、 根據權利要求l所述的信號處理裝置，其特徵在於其中所述第一波形轉換器進一步包含-第一局部極大值尋找單元，其用以尋找所述用以判斷信號值的信號的局部極大值；以及第一脈衝至方波轉換器，其根據所述局部極大值判斷所述第一經比較信號的數值 為高或低，以產生方波以配合後續的運算。
13、 根據權利要求2所述的信號處理裝置，其特徵在於其中所述第二波形轉換器 進一步包含第二局部極大值尋找單元，其用以尋找所述用以判斷信號值的信號的局部極大值；以及第二脈衝至方波轉換器，其根據所述局部極大值判斷所述第二經比較信號的數值 為高或低，以產生方波以配合後續的運算。
14、 根據權利要求1所述的信號處理裝置，其特徵在於其中所述第一下取樣器將 不同位速率的信號下取樣成為相同取樣數的信號。
15、 根據權利要求2所述的方法，其特徵在於其中所述第二下取樣器將不同位速 率的信號下取樣成為相同取樣數的信號。
16、 根據權利要求14所述的信號處理裝置，其特徵在於其中所述不同位速率的 信號是指40kbps、 80kbps、 160kbps、 320 kbps和640 kbps的信號。
17、 根據權利要求1所述的信號處理裝置，其特徵在於其中所述信號處理裝置實 現於場可編程門陣列上。
18、 一種用於接收無線射頻識別信號的裝置，其特徵在於包含模擬至數字轉換器，其接收模擬無線射頻識別信號，並將其轉換為數字無線射頻 識別信號；根據權利要求1所述的信號處理裝置，其接收所述數字無線射頻識別信號，並進 行信號處理；以及微處理器，其接收所述信號處理裝置產生的信號以進行信號處理。
19、 根據權利要求18所述的裝置，其特徵在於其中所述模擬至數字轉換器接收 兩個相位相差九十度的模擬無線射頻識別信號，並將其轉換為兩個相位相差九十度的 數字無線射頻識別信號。
20、 根據權利要求18所述的裝置，其特徵在於進一步包含振蕩器，其用以產生高時鐘脈衝的信號以提供作為所述模擬至數字轉換器和所述 信號處理裝置的時鐘脈衝信號。
21、 根據權利要求18所述的裝置，其特徵在於其中根據權利要求1所述的裝置 實現於場可編程門陣列上。
22、 一種用於接收無線射頻識別信號的方法，其特徵在於包含下列步驟 接收無線射頻識別信號；對所述接收的無線射頻識別信號進行低通濾波； 對所述經濾波的無線射頻識別信號進行下取樣；對所述取樣的無線射頻識別信號和理想信號進行比較，以產生用以判斷高低值的 信號；以及將所述用以判斷高低值的信號根據其值轉換為方波信號。
23、 根據權利要求22所述的方法，其特徵在於其中所述接收的步驟為接收兩個 相位相差九十度的無線射頻識別信號。
24、 根據權利要求22所述的方法，其特徵在於進一步包含下列步驟 根據所述兩個無線射頻識別信號的解碼結果及功率大小而選擇解碼結果正確且具有較大功率的無線射頻識別信號的其方波信號作為後續運算的信號。
25、 根據權利要求22所述的方法，其特徵在於進一步包含下列步驟 對所述方波信號根據電子產品編碼協會的標準進行解碼。
全文摘要
本發明涉及一種用於接收無線射頻識別信號的信號處理設備，其包含第一低通濾波器、第一下取樣器、第一比較器和第一波形轉換器。所述第一低通濾波器用以濾波所述無線射頻識別信號的高頻部分。所述第一下取樣器對所述經濾波的信號進行下取樣。所述第一比較器根據所述取樣的信號產生用以判斷信號值的信號。而所述第一波形轉換器將所述用以判斷信號值的信號轉換其信號波形以配合後續的運算。
文檔編號G06K7/08GK101452520SQ20071019473
公開日2009年6月10日 申請日期2007年11月29日 優先權日2007年11月29日
發明者葉曜誠, 蘇義峰, 陳民倉, 陳民財, 陳永康 申請人:臺揚科技股份有限公司