一種對射頻識別的通訊鏈路速率的調整方法
2023-07-23 23:54:21
專利名稱：一種對射頻識別的通訊鏈路速率的調整方法
技術領域：
本發明涉及射頻識別技術，具體涉及一種對射頻識別的通訊鏈路速率的調整方法。
背景技術：
射頻識別(RFID)技術是一種非接觸式的自動識別技術。在射頻識別系統中，讀寫器發送射頻信號激活射頻標籤，並發送命令對處於激活狀態的標籤進行各種操作，標籤根據讀寫器發出的命令以一定的速率向讀寫器返回載有信息的射頻信號，從而達到識別的目的。
在無源超高頻射頻識別系統中，標籤自身不帶電源，需要讀寫器發射機發送大功率的恆包絡載波為標籤電路供電。而標籤到讀寫器的反向信號鏈路通常採用反向散射調製的方式，返回到讀寫器的信號能量非常微弱。現有技術中，射頻識別系統通常存在以下問題一、在實際工程應用中，反向鏈路經常受到各種噪聲源的幹擾，當噪聲源頻率與反向鏈路速率頻率接近時，則會降低反向鏈路信噪比，甚至將反向鏈路信號淹沒。實際環境中，存在一種類型的噪聲源，它的特點是(1)它相對於載波的頻譜位置固定，無法通過載波跳頻迴避。(2)它包含有豐富的諧波成分，噪聲能量集中在某一個基波的整數倍諧波上。呈現較寬頻譜範圍內具有窄帶梳狀特點的頻譜結構。(3)它的頻譜成分位於無源超高頻射頻識別反向散射調製的頻率範圍內。(4)例如存在一個幹擾源，它的主要噪聲能量集中在Fc±80KHz，Fc±160KHz，Fc±240KHz...，(Fe為系統載波頻率)如果無源超高頻射頻識別系統反向散射調製的頻率選擇為SOKHz的整數倍，則以上噪聲源會嚴重幹擾正常的反向調製信號，造成整個識讀距離變短。二、為了規避可能的帶內噪聲幹擾，一種有效的方法是通過前向通信參數可以連續的控制反向鏈路調製速率，從而在出現幹擾時，可以靈活的避開幹擾。例如在前向通信中使用一段特殊的信號，並以此信號的長度來校準反向調製速率，即可達到以上目的。在前向通信中，可以加入一段特殊信號，並以此信號的長度Tcal作為反向調製速率的基準頻率BLF=M/Tcal，同時為了實現的靈活性，設置另一個係數M，M可取若干簡單數值，如1/2，3/8等，標籤返回信號的調製速率即由M和Tcal唯一確定。由於參數Tcal為一定範圍內的連續量，為了保證計算返回速率計算的精確性，通常標籤上選擇以下方式來實現這一反向速率調整方案(I)標籤晶片的片上振蕩器工作於一個遠高於反向調製速率最大值的基準頻率f0，並在前向通信中以此頻率對Tcal進行計數，並根據計數的值和另一係數M來確定反向調製速率產生所需的計數值，以此計數值對f0進行分頻，從而得到滿足誤差要求的反向調製速率BLF。由於高頻率的時鐘對於晶片的功耗影響較大，因此，該方案雖然可以有效的迴避噪聲的幹擾，但是，卻造成了電路實現時功耗較大的弊病。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供一種對射頻識別的通訊鏈路速率的調整方法，使標籤在選擇振蕩器基準頻率時可選較低的頻率值，並且規避可能存在的幹擾。本發明提供的一種對射頻識別的通訊鏈路速率的調整方法，射頻裝置包括讀寫器、天線和標籤；讀寫器發送射頻信號激活標籤，並發送命令給處於激活狀態的標籤，標籤根據讀寫器發出的命令以一定的速率向讀寫器返回載有信息的射頻信號，從而達到識別的目的；其改進之處在於，通過調整信號返回的調製速率，使返回信號的調製頻率避開噪聲源，提高信噪比；所述返回信號的調製速率之間互為質數；所述返回信號的調製頻率為N個離散點。其中，所述調整方法包括如下步驟
(I)所述讀寫器激活標籤後，對標籤發送命令，包括需要的返回調製速率欄位，所述調製速率欄位中包含一個長度為Iog2N比特的返回調製速率設定參數Mk ；(2)標籤根據所述讀寫器發送命令時的調製速率校準振蕩器的基準頻率；(3)標籤的振蕩器從所述N個離散頻率點中選擇一個頻率點的頻率值作為返回調製速率的基準；選擇的頻率點其頻率值為所述調製速率設定參數Mk所對應的係數M和校準過的基準頻率的乘積；(4)標籤根據所述返回時的調製速率調製反向信號，並通過天線返回至讀寫器。其中，所述N個離散的頻率點的頻率值均勻分布在一定範圍內，並且其頻率值互為質數。其中，信號返回時，遇見頻譜結構的幹擾信號，所述讀寫器檢測通信質量通過改變命令中的返回調製速率參數得到不同的返回調製速率以避開幹擾信號。其中，所述一定範圍為[60K，640K]。與現有技術比，本發明的有益效果為本發明在實際工程應用存在噪聲時，通過靈活的調整返回的調製速率，提高反向鏈路的信噪比。本發明可以使用較低的片上振蕩器頻率，從而降低標籤晶片的功耗。本發明通過讀寫器發送的調製速率校準振蕩器的基準頻率，無需現有技術中用兩個參數同時校準，提高了校準效率。本發明通過調整返回信號調製頻率，避開了很多幹擾信號，從而提高了射頻識別裝置的識別性能。本發明通過選擇在常用的返回速率範圍內(64KHz 640KHz)，分布較均勻，且擁有最少公約數的一組離散頻率點做為可選的返回速率。分布均勻，擁有最少公約數保證了在有限的離散頻率點內可以最有效的迴避具有梳狀頻譜結構的不確定噪聲所產生的幹擾。本發明選用離散的頻率點，而不是連續可調的頻率作為返回速率基準，不僅避免了使用較高頻率的片上振蕩器，而且在實際使用時，更便於選擇使用。
圖I為本發明提供的射頻識別技術其裝置的示意圖。圖2為本發明提供的射頻識別裝置的標籤的電路結構圖。
圖3為本發明提供的時鐘振蕩器的結構示意圖。圖4為本發明提供的調整返回時調製頻率不意圖，圖中，f2為返回信號的頻率，f I為噪聲。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步的詳細說明。如圖I所示，為現有技術的RFID技術，包括讀寫器、天線和標籤；讀寫器通過天線對標籤發射信號，所述標籤根據發射的射頻信號產生相應的信號，通過天線返回至讀寫器的收發模塊。本實施例在上述基礎之上，對從標籤返回至讀寫器的信號其速率進行調整，使返回信號的調製頻率避開噪聲源，提高信噪比；所述返回信號的調製速率之間互為質數；所 述返回信號的調製頻率為N個離散點。調整方法包括如下步驟(I)所述讀寫器激活標籤後，對標籤發送命令，包括需要的返回的調製速率欄位，所述調製速率欄位中包含一個長度為Iog2N比特的返回調製速率設定參數Mk，Mk的不同編碼對應了相應的調製速率設定係數M ;(2)標籤根據所述讀寫器發送命令時的調製速率校準振蕩器的基準頻率；(3)標籤的振蕩器從所述N個離散頻率點中選擇一個頻率點的頻率值作為返回調製速率的基準；選擇的頻率點其頻率值為所述調製速率設定參數Mk所對應的係數M和校準過的基準頻率的乘積；(4)標籤根據所述返回時的調製速率調製方向信號，並通過天線返回至讀寫器。其中，N個離散的頻率點的頻率值均勻分布在一定範圍內，為[60K，640K]。並且其頻率值互為質數。實際通信過程為，讀寫器激活標籤後，發送包含選擇回波頻率欄位的命令，標籤根據這一欄位，選擇根據以上方法確定的離散頻率點中的一個作為反向鏈路的通信速率，並以這一速率傳遞相應的信息給讀寫器，如果使用環境中出現了特定頻譜結構的幹擾信號，讀寫器通過主動的檢測通信質量或者是在通信中通過命令嘗試使用不同的反向鏈路速率來規避確定的頻譜結構幹擾。上述實施例中，振蕩器產生N個離散頻率，其可通過電路、分頻器及倍頻器實現。本實施例以電路實現離散的頻率為例說明。標籤內部電路如圖2所示,包括能量恢復單元、調製單元、解調單元、復位信號產生單元、協議控制電路、存儲器、時鐘振蕩器、時鐘頻率校準控制單元和加密模塊；所述能量恢復單元接收所述天線的射頻信號，為所述標籤提供電源(可等效為一個直流電源)；所述解調單元將接收到的射頻信號將其數位訊號轉換成模擬的方波傳給所述協議控制電路；所述協議控制電路將信號依次傳給所述時鐘頻率校準控制單元和所述時鐘振蕩器產生離散的頻率點，通過所述調製單元和所述天線發射給所述讀寫器的收發模塊；返回信號調製頻率的選擇通過讀寫器要求的唯一參數設定；所述存儲器用於存儲接收和發送的數據；所述復位信號產生單元在所述能量恢復單元提供的電壓低於正常電壓時進行復位。本實施例的協議控制電路是由狀態機和組合邏輯電路構成，完成以下功能(I)解碼根據接收的串行數位訊號解調出相應的控制命令。(2)標籤狀態控制根據當前標籤狀態和接收到的控制命令按照系統做遵從的協議控制標籤轉移到下一個狀態。(3)存取數據根據接受到的命令的當前的狀態存取存貯器中的數據。(4)返回數據生成根據接收到的命令控制返回數據的內容。(5)其他控制加/解密模塊的工作，控制時鐘頻率校準電路的工作。本實施例的返回信號的頻率是具有小數精度的離散頻率點。其離散頻率點之間的倍數關係通過標籤內部電路的參數間的倍數關係確定。具體的是通過返回調製速率設定係數M設定的離散頻率點之間的倍數關係是根據所述時鐘振蕩器的電流源設定的。離散頻率點的頻率值為所述基準頻率與返回調製速率設定係數M的乘積。時鐘振蕩器如圖3所示，包括電容、回差比較器和至少一個的電流源。電容一端與回差比較器的反向輸入端連接，另一端接地。回差比較器的同向輸入端連接一個額外的參考電壓源(其輸出的電壓作為參考電壓)，回差比較器同時控制復位電路用於復位電容兩端 電壓。時鐘振蕩器的基準頻率由其器件參數確確定。每個電流源設定一個返回調製速率；所述電流源由電晶體構成；至少一個的電晶體的柵極與所述協議控制電路連接，其漏極根據相應的返回調製速率設定參數Mk與所述時鐘振蕩器的比較器的反向輸入端連接。本實施例設電晶體共有8個，可設定8個返回調製速率。8個電晶體的柵極連接在一起，其成為公共端，與所述協議控制電路連接，8個電晶體的源極共同連接到標籤總電源正極。8個電晶體的漏極輸出不同的電流並通過多路選擇器連接到電容一端。根據讀寫器發送的命令要求，相應的選擇8個電晶體中符合的一個與時鐘振蕩器的回差比較器的反向輸入端連接。8個電流源對應的電晶體之間通過物理尺寸確定了它們之間的輸出電流關係。本實施例以讀取器要求的64KHz為例，按照要求，選取合適的電晶體，通過多路選擇器與回差比較器連接，調製單元發射調製速率為64KHz的返回信號到讀寫器的收發模塊。如果在該反向調製速率及其整數倍諧波頻率上存在幹擾信號，則可以選擇另一個反向調製速率，例如，320 X 3/7KHz，具體實施中，在常用的返回速率範圍內(64KHz 640KHz )，選擇了分布較均勻，且擁有最少公約數的一組頻率最為本實施中離散頻率點選擇的一個優選方案。如返回的調製頻率可選擇 320KHzXM，其中 M 取 1/5，3/7，7/11，1，2/5，6/7，14/11，2。所述時鐘頻率校準控制單元包括頻率反饋校準電路，在製造時鐘振蕩器的過程中，由器件的真實參數確定的基準頻率與設定的基準頻率之間存在一定誤差，所以，在標籤接收到射頻信號的同時，通過接收讀寫器所發送信號的特定調製速率，比較接收信號和時鐘振蕩器輸出信號的關係，漸進的微調振蕩器的頻率，以使振蕩器的輸出的基準頻率同步與讀寫器至標籤的通信速率。如圖4所示，本經過本發明調整後的返回時的調製頻率，從圖中我們可以看出，調整後的頻率值避開了幹擾信號的幹擾。最後應當說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，儘管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解依然可以對本發明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本發明精神和範圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種對射頻識別的通訊鏈路速率的調整方法，射頻裝置包括讀寫器、天線和標籤；讀寫器發送射頻信號激活標籤，並發送命令給處於激活狀態的標籤，標籤根據讀寫器發出的命令以一定的速率向讀寫器返回載有信息的射頻信號，從而達到識別的目的；其特徵在於，通過調整信號返回的調製速率，使返回信號的調製頻率避開噪聲源，提高信噪比；所述返回信號的調製速率之間互為質數；所述返回信號的調製頻率為N個離散點。
2.如權利要求I所述的調整方法，其特徵在於，所述調整方法包括如下步驟 (1)所述讀寫器激活標籤後，對標籤發送命令，包括需要的返回調製速率欄位，所述調製速率欄位中包含一個長度為Iog2N比特的返回調製速率設定參數Mk ； (2)標籤根據所述讀寫器發送命令時的調製速率校準振蕩器的基準頻率； (3)標籤的振蕩器從所述N個離散頻率點中選擇一個頻率點的頻率值作為返回調製速率的基準；選擇的頻率點其頻率值為所述調製速率設定參數Mk所對應的係數M和校準過的 基準頻率的乘積； (4)標籤根據所述返回時的調製速率調製反向信號，並通過天線返回至讀寫器。
3.如權利要求I所述的調整方法，其特徵在於，所述N個離散的頻率點的頻率值均勻分布在一定範圍內，並且其頻率值互為質數。
4.如權利要求I所述的調整方法，其特徵在於，信號返回時，遇見頻譜結構的幹擾信號，所述讀寫器檢測通信質量通過改變命令中的返回調製速率參數得到不同的返回調製速率以避開幹擾信號。
5.如權利要求3所述的調整方法，其特徵在於，所述一定範圍為[60K，640K]。
全文摘要
本發明涉及一種對射頻識別的通訊鏈路速率的調整方法，射頻裝置包括讀寫器、天線和標籤；讀寫器發送射頻信號激活標籤，並發送命令給標籤，標籤根據命令以一定的速率向讀寫器返回載有信息的射頻信號，從而達到識別的目的；本發明通過調整信號返回的調製速率，使返回信號的頻率避開噪聲源，提高信噪比；返回信號的調製速率之間互為質數；返回信號的調製頻率為N個離散點。本發明可以使用較低的片上振蕩器頻率，從而降低標籤晶片的功耗。本發明通過調整返回信號頻率，避開了很多幹擾信號，從而提高了射頻識別裝置的識別性能。
文檔編號H04L1/00GK102752075SQ201210157179
公開日2012年10月24日 申請日期2012年5月21日 優先權日2012年5月21日
發明者王政, 管超 申請人:睿芯聯科(北京)電子科技有限公司