一種抗盲點的移相傳輸網絡系統及方法與流程
2023-06-22 23:31:26 1
本發明屬於通信技術領域，尤其是涉及一種抗盲點的移相傳輸網絡系統及方法。
背景技術：
目前的無線射頻識別(RFID)行業發展非常快，在交通、物流、監控等多個領域都開始有廣泛的應用。RFID系統由讀寫器、讀寫器天線和標籤組成。讀寫器發射信號給標籤，標籤再反射信號給讀寫器天線，形成一個完整的通信鏈路。讀寫器依據使用場景不同，大致分為室外型讀寫器、桌面型讀寫器和手持式讀寫器。室外型讀寫器主要定位於遠距離清點、讀、寫，故對讀寫器的性能要求較高；桌面型讀寫器主要負責標籤的發行及初始化等工作，因主要應用場景限定於桌面近距離發卡，故對性能的要求不高，但應具有小型化、低成本的優勢。手持式讀寫器主要定位於交警手持使用，該場景下要求讀寫器應具有低功耗、小型化的特點。讀寫器將標籤返回的信號進行解調，但因標籤與讀寫器天線之間的位置關係，一般來說都會出現盲點。
由於讀寫器採用無源標籤，故標籤靠讀寫器提供能量。讀寫器發送清點標籤的命令後，繼續為標籤提供能量，並等待標籤反向散射信號。此時標籤使用讀寫器提供的能量進行供電並採用反向散射讀寫器信號的方式與讀寫器通信。由於標籤採用散射的方式進行調製，則讀寫器應採用同步檢波的進行解調。因標籤與讀寫器天線的位置不同及環境複雜等等諸多因素，標籤的反向散射信號與讀寫器自身的本振信號存在一定的相位差。一般情況下可採用I/Q解調的方式克服盲點。但I/Q解調晶片往往功耗較大(往往需要200-300mA)，價格較高。自己搭建的話將會佔用很大空間，不適合桌面型及手持式讀寫器小巧及低功耗的要求。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明旨在提出一種抗盲點的移相傳輸網絡系統，以減少讀寫器的盲點，提高覆蓋。
為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：
一種抗盲點的移相傳輸網絡系統，包括依次連接的前向發射單元、定向耦合器、移相單元、反向解調單元；
所述前向發射單元用於提供向標籤發射的前向信號；
所述定向耦合器用於將前反向信號取出，耦合到的前向信號通過移相單元後為混頻器提供本振信號，耦合到的反向信號送入混頻器進行解調；
所述移相單元用於切換兩個相差90°的相位；
所述反向解調單元用於對混頻輸出的反向基帶信號進行處理。
進一步的，所述前向發射單元包括依次連接的PLL、低噪聲放大器、調製器、功率放大器。
進一步的，所述移相單元包括兩路線長相差λ/4的微帶線及兩個射頻開關。
相對於現有技術，本發明所述的一種抗盲點的移相傳輸網絡系統具有以下優勢：
(1)本發明所述的一種抗盲點的移相傳輸網絡系統具有小型化、低功耗、低成本，電路簡單、調試容易等優勢，從而減少了讀寫器的盲點，提高了覆蓋；
(2)本發明所述的移相單元搭配單混頻器解調，可大大縮小PCB面積，降低成本，縮小體積；
(3)本發明所述的移相單元採用扇形的電阻擺放形式，通過選焊不同位置的電阻，實現輕鬆調試線長的目的。
本發明的另一目的在於提出一種抗盲點的移相傳輸方法，以減少讀寫器的盲點，提高覆蓋。
為了達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：
一種抗盲點的移相傳輸方法，包括如下步驟：
(1)讀寫器接受到用戶發出的清點指令後，由前向發射單元提供穩定的載波，通過調製器對基帶指令信號進行調製，上變頻至920-925MHz；
(2)發送完相關指令後，繼續提供單音信號，為標籤提供功率，標籤接收到讀寫器發來的前向信號後，按照約定的編碼方式及速率進行響應，通過散射讀寫器前向信號的方式對信號進行調製；
(3)讀寫器一邊提供單音一邊等待解調標籤返回的數據，按照協議規定對前導碼進行匹配，如果解碼成功，則上報客戶端，完成一次交互；
(4)若讀寫器解碼失敗，將控制移相單元中兩個單刀雙擲的開關，切換另一種相位，從而對本振移相90°再重新進行清點嘗試，解決盲點。
本發明所述的一種抗盲點的移相傳輸方法與上述一種抗盲點的移相傳輸網絡系統具有相同的有益效果，在此不再贅述。
附圖說明
構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
圖1為本發明實施例所述的相位差的結構示意圖；
圖2為本發明實施例所述的一種抗盲點的移相傳輸網絡系統的結構示意圖；
圖3為本發明實施例所述的移相單元的結構示意圖；
圖4為本發明實施例所述的電阻擺放示意圖。
具體實施方式
需要說明的是，在不衝突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。
在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」等僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」等的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特徵。在本發明的描述中，除非另有說明，「多個」的含義是兩個或兩個以上。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以通過具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。
本發明為克服盲點，採用以下技術方案：
此處採用AM來近似分析標籤的散射。假設標籤調製後返回讀寫器的信號經過定向耦合器與前向的洩漏信號相疊加得到：
Vrev＝Vm*(ma*cosΩt)*cos ωct+Vm*cos(ωct+θ)
其中θ為標籤返回的載波與定向耦合器洩漏信號的相位差
本振信號為：
Vlo＝cos(ωct+φ)
其中φ為標籤返回的載波與混頻器的本振信號的相位差
進入混頻器解調後並濾除高頻及直流，得到:
其中cosΩt為標籤返回給讀寫器的數據
由此可見，解調後的信號的幅值與標籤返回的載波和混頻器的本振信號的相位差φ成正比。
如果二者相位差為0°，則cos0°＝1，讀寫器解調得到最大幅值，隨著相位差增大至90°(cos90°＝0)，解調得到的反向信號越來越小，直至出現變為零，出現盲點。如果此時使用λ/4(四分之一波長)傳輸線，對本振進行移相，即可使得原本相位差為90°變成180°，形成最大值。
綜上，如圖1，如果相位差落入到陰影區域，即可將移相單元選擇四分之一波長的傳輸線，使得相位差離開陰影區域。兩個相位相互切換即可實現解調得到的基帶信號始終大於(約等於0.707)倍的解調信號。
整個系統分為前向發射單元，定向耦合器，移相單元，反向解調單元。框圖如圖2：
前向發射單元：由PLL,低噪聲放大器，調製器，功率放大器等組成。主要負責提供向標籤發射的前向信號(發送清點命令或發送單音為標籤提供能量)。
定向耦合器：使用定向耦合器將前反向信號取出，耦合到的前向信號(讀寫器發送的信號)通過移相單元後為混頻器提供本振信號，耦合到的反向信號(標籤返回的信號)送入混頻器進行解調。
移相單元：移相單元由兩路線長相差λ/4的微帶線及兩個射頻開關組成，如圖3。根據使用PCB板材的介電常數計算得出對應頻率的四分之一波長的微帶線的線長，但實際使用中由於介電常數的變化或頻段的兼容，可能需要微調微帶線的長度，本發明中採用扇形的電阻擺放形式，通過選焊不同位置的電阻，實現輕鬆調試線長的目的，如圖4。最終可切換兩個相差90°的相位達到減少盲點的目的。
反向解調單元：對混頻輸出的反向基帶信號進行放大濾波等，最後採集分析。
接受到用戶發出的清點(讀、寫)指令後，首先由前向發射單元提供穩定的載波，通過調製器對基帶指令信號進行調製，上變頻至920-925MHz。
發送完相關指令後，繼續提供單音信號，為標籤提供功率。此時標籤接收到讀寫器發來的前向信號後，按照約定的編碼方式及速率進行響應，通過散射讀寫器前向信號的方式對信號進行調製。
讀寫器一邊提供單音一邊等待解調標籤返回的數據。按照協議規定對前導碼進行匹配。如果解碼成功，則上報客戶端，完成一次交互。
若讀寫器解碼失敗，將控制移相單元中兩個單刀雙擲的開關，切換另一種相位，從而對本振移相90°再重新進行清點(讀、寫)嘗試(即再重複進行上述步驟)，解決盲點問題。
本發明主要應用在手持式讀寫器及桌面型讀寫器中，在實際使用中標籤位置與天線位置在移相前後(幾毫秒)不會發生變化，兩次移相中必定有一次大於(約等於0.707)倍的最大值。從而克服盲點問題。
本發明可實現：
低功耗：I/Q調製器可供選擇的器件有限，且為保證內部混頻對本振的功率的要求，普遍都集成內部射頻放大器對本振進行放大，功耗普遍在200mA左右，不適合採用電池的手持式讀寫器。而讀寫器本身射頻功率較高，本振功率無需單獨放大，可直接採用無源混頻器。本發明中採用的混頻器屬於無源混頻器，不會消耗直流功率。
低成本，易調試：混頻器的物料成本比I/Q解調器要小很多，且無需供電，大大降低了BOM成本。實際應用中，如圖4，採用扇形的電阻擺放形式，通過選焊不同位置的電阻，實現輕鬆調試線長的目的。
小型化：採用單路混頻器解調，將會導致盲點問題無法解決。而採用自己搭建的I/Q解調器又會佔用很大面積。採用本發明的移相器單元搭配單混頻器解調，可大大縮小PCB面積，降低成本，縮小體積。
P1dB壓縮點高：混頻器應用廣泛，可供選擇的物料非常多，P1dB壓縮點高。由於讀寫器相對功率較大，天線及內部鏈路的回波將會反射到解調器上，採用普通的I/Q解調器承受大功率輸入將導致I/Q解調器壓縮，非線性產物增多，從而影響讀寫器的解調。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。