一種基於RFID數字基帶傳輸的物聯網終端系統的製作方法

2023-12-11 19:17:52 1

本發明涉及網絡技術領域，尤其涉及一種基於RFID數字基帶傳輸的物聯網終端系統。

背景技術：

物聯網作為未來信息網絡技術領域發展的重要方向之一，已經在世界範圍內受到了廣泛關注，物聯網被視為繼計算機、網際網路與移動通信網之後的世界信息產業的第三次浪潮。物聯網終端是物聯網中連接傳感網絡層和傳輸網絡層，實現採集數據及向網絡層發送數據的設備，它負擔著數據採集、初步處理、加密和傳輸等多種功能。物聯網終端基本由外圍感知(傳感)接口、中央處理模塊和外部通訊接口三個部分組成，通過外圍感知接口與傳感設備連接，如RFID讀卡器，紅外感應器，環境傳感器等，將這些傳感設備的數據進行讀取並通過中央處理模塊處理後，按照網絡協議，通過外部通訊接口，如：GPRS模塊、乙太網接口、WIFI等方式發送到乙太網的指定中心處理平臺。物聯網終端常常處於各種異構網絡環境中，為了向用戶提供最佳的使用體驗，終端應當具有感知場景變化的能力，並以此為基礎，通過優化判決，為用戶選擇最佳服務通道。終端設備通過前端的RF模塊或傳感器模塊等感知環境變化，經過計算，決策需要採取的應對措施。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是：提供一種基於RFID數字基帶傳輸的物聯網終端系統。

為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為：一種基於RFID數字基帶傳輸的物聯網終端系統，包括：

智能平臺系統，為Android作業系統，用於控制整個物聯網終端；

RFID讀寫器接口系統，用於完成與上位機的信息交互；

RFID數字基帶傳輸系統，與RFID讀寫器接口系統通訊連接，包括發射鏈路模塊、接收鏈路模塊、流程控制模塊和協議處理模塊，所述發射鏈路模塊用於發射符合協議要求的讀寫器命令基帶信號，所述接收鏈路模塊用於完成標籤返回基帶信號的監測和解碼，所述流程控制模塊用於完成讀寫器基帶信號發射、標籤基帶信號接收和待機狀態的切換工作，所述協議處理模塊用於控制讀寫器按照協議的規定操作標籤。

進一步的，所述發射鏈路模塊包括：TPP編碼與脈衝成型、調製深度控制、希爾伯特濾波與頻率偏置、預失真處理。

進一步的，所述接收鏈路模塊主要包括：濾波與直流抑制、幀檢測與同步、時偏跟蹤、正交信號合併和解碼。

進一步的，所述RFID讀寫器接口系統包括：

微內核模塊，用於整個系統的初始化、對各插件的初始化和監控，維護各插件的上下文信息；

通信模塊，用於實現和上位機通信，從上位機獲取指令信息並把處理後的信息發送到上位機；

報文解包與封包模塊，用於對通信模塊接收到的報文進行解析，把發送消息進行封包並交付通信模塊發送；

事件處理模塊，用於對讀寫器接口協議中事件的處理以及生命周期的維護；

報文命令響應模塊，用於把上層指令分解為對應的FPGA指令；

安全管理模塊，用於系統的安全認證和數據加解密；

設備驅動模塊，用於實現和底層硬體的交互。

進一步的，所述智能平臺系統包括：應用程式模塊、應用框架模塊、本地框架模塊、運行環境模塊和Linux內核模塊。

進一步的，所述Linux內核模塊包括：安全性模塊、內存管理模塊、進程管理模塊、網絡協議模塊、驅動模型模塊和DMA模塊。

進一步的，所述濾波與直流抑制採用FIR低通濾波加相關器的方式實現。

進一步的，所述運行環境模塊包括Dalvik Java虛擬機和Java類庫。

本發明的有益效果在於：智能平臺系統採用Android作業系統可以為用戶提供更高的自由度，並且成本較低；RFID讀寫器接口系統與上位機通訊連接，上位機可以控制RFID的發射功率和協議控制等；採用RFID數字基帶傳輸，擴展了物聯網終端的應用範圍，其抗幹擾能力強，差錯可控，且保密性好。

附圖說明

圖1為物聯網終端系統框圖；

圖2為智能平臺系統構架圖；

圖3為RFID數字基帶傳輸系統各模塊連接關係圖；

圖4為發射鏈路模塊框圖；

圖5為數字基帶直接預失真線性化原理框圖；

圖6為數字基帶直接預失真原理曲線圖；

圖7為接收鏈路模塊框圖；

圖8為流程控制模塊各狀態轉換關係圖；

圖9為RFID讀寫器接口系統構架圖。

具體實施方式

為詳細說明本發明的技術內容、所實現目的及效果，以下結合實施方式並配合附圖予以說明。

本發明最關鍵的構思在於:將RFID數字基帶傳輸應用在智能平臺系統中，擴展了物聯網終端的應用範圍，並且抗幹擾能力強，差錯可控，保密性好。

請參照圖1至圖9，一種基於RFID數字基帶傳輸的物聯網終端系統，包括：

智能平臺系統，為Android作業系統，用於控制整個物聯網終端；

RFID讀寫器接口系統，用於完成與上位機的信息交互；

RFID數字基帶傳輸系統，與RFID讀寫器接口系統通訊連接，包括發射鏈路模塊、接收鏈路模塊、流程控制模塊和協議處理模塊，所述發射鏈路模塊用於發射符合協議要求的讀寫器命令基帶信號，所述接收鏈路模塊用於完成標籤返回基帶信號的監測和解碼，所述流程控制模塊用於完成讀寫器基帶信號發射、標籤基帶信號接收和待機狀態的切換工作，所述協議處理模塊用於控制讀寫器按照協議的規定操作標籤。

從上述描述可知，本發明的有益效果在於：智能平臺系統採用Android作業系統可以為用戶提供更高的自由度，並且成本較低；RFID讀寫器接口系統與上位機通訊連接，上位機可以控制RFID的發射功率和協議控制等；採用RFID數字基帶傳輸，擴展了物聯網終端的應用範圍，其抗幹擾能力強，差錯可控，且保密性好。

進一步的，所述發射鏈路模塊包括：TPP編碼與脈衝成型、調製深度控制、希爾伯特濾波與頻率偏置、預失真處理。

由上述描述可知，發射鏈路模塊可以保證物聯網終端命令數據幀的完整性、時間精度、頻譜特性和調製特性滿足協議中的各項規定。

進一步的，所述接收鏈路模塊主要包括：濾波與直流抑制、幀檢測與同步、時偏跟蹤、正交信號合併和解碼。

由上述描述可知，接收鏈路採用的技術可以提高靈敏度及降低信號檢測的誤幀率。

進一步的，所述RFID讀寫器接口系統包括：

微內核模塊，用於整個系統的初始化、對各插件的初始化和監控，維護各插件的上下文信息；

通信模塊，用於實現和上位機通信，從上位機獲取指令信息並把處理後的信息發送到上位機；

報文解包與封包模塊，用於對通信模塊接收到的報文進行解析，把發送消息進行封包並交付通信模塊發送；

事件處理模塊，用於對讀寫器接口協議中事件的處理以及生命周期的維護；

報文命令響應模塊，用於把上層指令分解為對應的FPGA指令；

安全管理模塊，用於系統的安全認證和數據加解密；

設備驅動模塊，用於實現和底層硬體的交互。

由上述描述可知，採用微內核設計可以提高系統的穩定性、可擴展性和靈活性。

進一步的，所述智能平臺系統包括：應用程式模塊、應用框架模塊、本地框架模塊、運行環境模塊和Linux內核模塊。

進一步的，所述Linux內核模塊包括：安全性模塊、內存管理模塊、進程管理模塊、網絡協議模塊、驅動模型模塊和DMA模塊。

進一步的，所述濾波與直流抑制採用FIR低通濾波加相關器的方式實現。

由上述描述可知，採用這種FIR低通濾波加相關器的結構可將基帶信號中的直流偏置完全消除，減小後續過程信號處理的複雜度。

進一步的，所述運行環境模塊包括Dalvik Java虛擬機和Java類庫。

實施例

請參照圖1至圖9，本發明的實施例為：如圖1所示，一種基於RFID數字基帶傳輸的物聯網終端系統，包括智能平臺系統、RFID讀寫器接口系統和RFID數字基帶傳輸系統，所述智能平臺系統用於控制整個物聯網終端，所述RFID讀寫器接口系統用於完成和上位機進行信息交互，所述RFID數字基帶傳輸系統與RFID讀寫器接口系統通訊連接。

本實施例中，所述智能平臺系統採用Android作業系統，可以給予用戶更高的自由度，用戶可以根據自己的喜好來設置界面，應用市場上還有各式各樣的啟動器來供用戶選擇，Android作業系統是基於Linux內核的作業系統，Linux內核由C語言實現，包括：安全性模塊、內存管理模塊、進程管理模塊、網絡協議模塊、驅動模型模塊和DMA模塊，除了標準的Linux內核外，還增加了內核的驅動程序，如Binder驅動、顯示驅動、輸入設備驅動、音頻系統驅動、攝像頭驅動、WIFI驅動、藍牙驅動、內存管理、電源管理等。

優選的，智能平臺系統採用Android4.X系統，其系統構架如圖2所示，包括：應用程式模塊、應用框架模塊、本地框架模塊、運行環境模塊和Linux內核模塊。本地框架模塊為LIBRARIES，由C/C++實現，包含C/C++庫，被Android系統中不同組件使用，它們通過應用程式模塊為開發者進行服務。運行環境模塊是ANDROID RUNTIME，提供了Java程式語言核心庫的大多數功能,由Dalvik Java虛擬機和基礎的Java類庫組成。Dalvik是Android中使用的Java虛擬機，每個Android應用程式都在自己的進程中運行，都擁有一個獨立的Dalvik虛擬機實例，Dalvik被設計成一個可以同時高效運行多個虛擬機實例的虛擬系統，執行後綴名為.dex的Dalvik可執行文件，該格式的文件針對小內存使用做出了優化。虛擬機是基於寄存器的，所有的類都是由Java編譯器編譯，然後通過SDK中的「dx」工具轉化為.dex格式由虛擬機執行，Dalvik虛擬機依賴於Linux內核的一些功能，比如線程機制和底層內存管理機制。應用框架模塊是ANDROID FRAMEWORK，可以完全訪問核心應用程式所使用的API框架。應用程式模塊是APPLICATIONS，用Java語言編寫的，是基於Android的系統API構建的。

如圖3所示，RFID數字基帶傳輸系統包括發射鏈路模塊、接收鏈路模塊、流程控制模塊和協議處理模塊，發射鏈路模塊的主要功能是發射符合國軍標協議要求的讀寫器命令基帶信號，保證讀寫器的命令數據幀的完整性、時間精度、頻譜特性和調製特性滿足協議中的各項規定。接收鏈路模塊的主要功能是完成標籤返回基帶信號的檢測與解碼，是整個數字基帶部分的核心。高性能的信號處理方法可有效提高讀寫器的接收靈敏度。流程控制模塊的主要功能是控制數字基帶部分的工作流程，主要完成讀寫器基帶信號發射、標籤基帶信號接收以及待機等狀態的切換工作。協議處理模塊的主要功能是控制讀寫器按照協議的規定操作標籤，主要完成國軍標中規定的防碰撞算法。

如圖4所示，發射鏈路模塊的操作主要包括：TPP編碼與脈衝成型、調製深度控制、希爾伯特濾波與頻率偏置和預失真處理。首先根據上層控制器發來的命令生成滿足條件的讀寫器命令基帶數據，對基帶數據進行CRC-16計算，並把檢驗值附在基帶數據後面；接著對帶有校驗的基帶數據進行截斷式脈衝位置編碼(TPP)與脈衝成型；之後在數據包的前面附上前導碼序列，對於單邊帶調製(SSB-ASK)進行希爾伯特濾波和頻率偏置處理；最後將基帶數據進行預失真處理後送給DAC進行模擬調製和放大。

根據國軍標中的相關規定，讀寫器工作信道的帶寬為250kHz，基帶編碼後的信號佔用很大帶寬，這種信號直接在信道中傳輸時，必將由於碼間串擾而引起基帶信號的失真，導致標籤無法正確解調讀寫器命令，因此需要對編碼後的基帶信號進行脈衝成型處理。可將基帶信號通過升餘弦濾波器進行脈衝成型，以減少甚至消除碼間串擾，升餘弦濾波器的頻率響應特性如下式所示。

式中α稱為滾降係數，它的取值範圍為[0,1]，1/T是符號率。

在數字基帶發射鏈路模塊中，為了便於硬體實現，脈衝成型與TPP編碼可直接通過查找表的方法生成。實現方法是首先將讀寫器基帶命令數據的最小單元通過升餘弦濾波器進行脈衝成型，將成型後的基帶信號存入查找表中，利用該查找表，數字基帶中包括前導碼在內的所有數據符號均可通過讀取查找表中的數據實現，對於協議中規定的不同的前向鏈路傳輸速率，調整查找表中每個數據點的讀取時間即可實現。

國軍標中規定，讀寫器到標籤的信號調製深度為30％～100％，因此需要加入調製深度控制模塊。由於查找表是按照DA滿量程進行設計的，如果讀寫器採用非100％調製深度發射命令，必然會帶來波形失真，因此需要先將查找表中的數據進行衰減然後增加一定量的直流偏置，以實現不同的調製深度，具體實現方式描述如下。

假設系統需要的調製深度為m_depth，可對查找表的輸出數據進行如下操作：

f(n＝T(n)·m_depth+Amax·(1-m_depth)

式中，T(n)為查找表的輸出值，Amax為查找表中的最大值，即DA的滿量程輸出。

TPP編碼和脈衝成型以後的信號如果直接調製到載波上則為雙邊帶(DSB)信號。為了得到單邊帶(SSB)信號，需要對編碼和脈衝成型以後的信號進行希爾伯特濾波，去除鏡像部分的頻譜分量。希爾伯特濾波可採用FIR的方法實現。

希爾伯特濾波抑制了雙邊帶信號的負頻率分量，保留了其正頻率分量。為了使信號能量對稱分布在載波周圍，在希爾伯特濾波後，還應把單邊帶信號的頻譜中心搬移到信道中心。頻譜的搬移操作可以方便地用CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)算法實現。

基本的CORDIC算法基於下面的一組迭代：

xn+1＝xn-dnyn2-n

yn+1＝yn+dnxn2-n

zn+1＝zn-dnarctan2-n

式中(x0,y0,z0)是迭代的初始值，arctan2-n的值可提前計算出，並存於查找表中。根據dn的取值不同，這組迭代可以完成不同的功能。

式中K＝1.6468，可以看出當dn＝sign(zn)時，可以完成的運算，而當dn＝sign(-yn)時，可以完成和arctan(y0/x0)的運算。因為在定點的計算過程中，乘以2-n等價於n次移位，所以在迭代過程中只需要加法和移位運算。雖然在n→∞時，(xn,yn,zn)才收斂於真值，但在實際運算中八次迭代就可以滿足一般的要求。推廣的CORDIC算法在複雜度基本不變的情況下，可以完成更多的功能，如乘法、除法、指數和對數運算等。

放大電路除了要求有一定的放大倍數以外，還要求輸入與輸出之間呈線性關係，即要求輸出波形的失真儘可能的小。但是，由於射頻前端功率放大器的非線性，可能出現嚴重的非線性失真。

為了減小非線性放大的影響，我們可以對發射信號進行預失真，即在DAC之前對採樣數據做一些多項式加權處理，例如一個五階多項式加權處理的結果為：

g'(A)＝C0+C1A+C2A2+C3A3+C4A4+C5A5

當預失真與非線性放大的結果互相抵消時，合成的效果相當於一個線性放大器，即

g(A)g'(A)≈ρ·A

由此也可以看出，係數Ci,i＝0,...,5的選取主要受功放非線性性能的影響。

非線性放大和預失真技術目的是使輸入信號在幅度和相位方面產生預定的反失真取抵消放大器內的非線性失真，通常產生反失真的器件稱為線性化器件。目前該技術主要有基帶預失真和射頻預失真兩種基本類型。基帶預失真線性化技術目前主要有兩種實現方法，即查表法和預失真函數擬合法，由於該技術不涉及難度大的射頻信號處理，只在低頻部分對基帶信號進行處理，因此該方法便於採用現代數位訊號處理技術。但查表法存在表長問題，而預失真表的長度決定預失真結果的精度，預失真函數擬合就是求功放特性函數的逆函數，可以通過給定的功放模型或實測數據獲得功放的模型的逆模型，最終實現線性放大。

如圖5所示，為數字基帶直接預失真線性化原理框圖，系統首先利用直接放大的信號(即直接無預失真的直接功放輸出信號)反饋到功放特性函數擬合模塊進行特性函數擬合，得到功放特性函數f(v)，通過控制精度可以動態地跟蹤功放特性函數的變化，然後利用該多項式特性函數構造一個預失真處理模型，對信號進行預失真，再放大得到線性輸出。多數功率放大器都可以用典型的TWT功放模型來近似描述，其幅度特性(AM/AM)、相位特性(AM/PM)可如下式表示：

由於功率放大器工作在射頻頻段，相對於頻帶較窄的基帶信號，其相位的影響可以忽略不計，故對預失真原理的分析可僅考慮幅度特性。

考慮幅度特性，數字基帶直接預失真原理如圖6所示，圖中f(v)為功放的幅度特性曲線，斜線為預失真後的功放線性輸出特性函數，斜率為K，表示功放增益，曲線g(v)為輸入信號vi時的預失真函數，v′i則為輸入信號vi所對應的預失真值，求解預失真值等價於求解非線性方程：

g(v)＝f(v)-K·vi＝0

因此，對於該方程所描述的預失真模型，需要解決兩個問題：即f(v)的表示形式和求解g(v)＝0的具體方法。

一般在對功率放大器非線性特性進行描述時，主要有3種方法，即解析函數法、冪級數法和折線法。由於冪級數法可以方便地分析非線性引起的各種失真，因此可以採用冪級數函數來構造功放的幅度特性函數，如函數表示式：

f(v)＝a0+a1v+a2v2+…+aNvN

這種冪級數也稱為多項式。

將f(v)代入g(v)＝0得到一非線性方程，如下式所示。

g(v)＝a0+a1v+a2v2+…+aNvN-K vi＝0

可應用Newton法對上述方程進行求解，Newton法是解非線性方程的有效方法，基本思想是將非線性函數線性化，以線性方程的解逐步逼近非線性方程的解，其迭代公式為：

Newton法具有收斂速度快的突出特點，可快速獲得方程的實數解。

如圖7所示，接收鏈路模塊的操作主要包括：濾波與直流抑制、幀檢測與同步、時偏跟蹤、正交信號合併和解碼。相對發射鏈路而言，接收鏈路更為複雜，其設計方案也直接影響讀寫器的性能。發射鏈路模塊的設計目標主要是滿足協議的要求，而接收鏈路模塊的設計目標是提高接收機的靈敏度以及降低信號檢測的誤幀率。接收鏈路模塊的的流程是：對ADC送來的數據進行濾波和直流抑制；檢測數據包的到來和起始位置；恢復接收信號的相位並進行時偏跟蹤；將I、Q兩路信號進行融合處理；對FM0或Miller子載波調製的數據進行解碼；最後對接收數據進行CRC校驗。

由於無源標籤採用反射的方式來發送信息，所以它需要讀寫器首先發送一個無調製的連續波信號，然後標籤調製自己的天線反射係數，從而反射信號裡帶有自己的調製信息。由此可知，標籤信號的載波頻率與讀寫器發送連續波的頻率完全一致。另外，由於讀寫器的發射天線與接收天線之間不可能做到理想隔離，發射連續波會有一部分洩漏進入接收回路。因此，接收信號下變頻以後會包含較高的直流分量。這一直流分量會干擾後續的同步和檢測，所以需要對直流分量進行抑制。另外，ADC前面的模擬濾波器可能具有較寬的通帶帶寬，為了降低噪聲和帶外幹擾的影響，還應在ADC以後進行低通濾波。濾波與直流抑制通常採用的結構是FIR+IIR濾波器的結構，這種結構可有效濾除帶外噪聲，但在直流抑制方面性能較差，這裡採用FIR低通濾波+相關器方式實現，相關器可將基帶信號中的直流偏置完全消除，減小之後信號處理的複雜度。

讀寫器接收標籤信號時，有以下三個方面的因素會引起標籤基帶信號的直流偏置：

1)一體化的讀寫器天線發射端向接收端的載波洩漏；

2)讀寫器天線回波直接進入接收通道；

3)標籤周圍環境中各種障礙物的反射。

以上三個方面的載波信號均與本地載波信號頻率相同，載波對消技術可對以上方面的載波信號進行較大程度的抑制，但不能做到完全消除，所以通過零中頻結構下變頻後，標籤返回的基帶信號中仍有一定程度的直流偏置，這種直流偏置會極大程度上增加讀寫器接收標籤信號的誤碼率，導致讀寫器的接收靈敏度降低，基帶信號直流抑制技術的目的是完全消除標籤基帶信號中的直流偏置，保證讀寫器的接收靈敏度不受直流偏置幹擾的影響，下面從理論上說明這種技術的有效性與可行性。

根據國軍標中相關規定，標籤返回信號應採用ASK和PSK兩種形式，這裡假設標籤採用ASK調製(標籤採用PSK調製時，可得到相同結論)，下變頻前的接收通道信號可以建模為：

sa1(t)＝Af(t)sin(ωt+θ)+Bsin(ωt)+Csin(ωt+φ)+Dsin(ωt+η)-Esin(ωt+φ)+n(t)其中，f(t)為標籤信號，取值為0或1；A為標籤信號幅度；ω為載波頻率；Bsin(ωt)為天線發射端向接收端的洩漏信號，B為幅度，該信號與本地載波信號頻率相位完全相同；Csin(ωt+φ)為天線的回波信號，C為幅度；Dsin(ωt+η)為標籤周圍環境的障礙物反射信號，D為幅度；Esin(ωt+φ)為本地的對消信號，E為幅度；θ、φ、η、φ為相位；n(t)為噪聲。

讀寫器接收標籤信號採用I、Q兩路的正交下變頻結構，設定讀寫器本地用於下變頻的I、Q兩路載波信號依次為Fsin(ωt)、Fcos(ωt)，於是可得到下變頻後I、Q兩路基帶信號可表示為：

上式中，令

則ndcI、ndcQ即為載波對消後的基帶直流偏置信號，這種信號會對數字基帶的解調過程造成極大幹擾，這裡採用相關技術對這種直流幹擾信號進行消除，相關採用的本地信號為gm(t)，該信號為具有奇對稱性質標籤基帶信號單元，由國軍標中規定可知，標籤返回信號可採用FM0或Miller副載波編碼的形式，若標籤採用FM0編碼，則本地相關信號為FM0編碼信號中符號0，若標籤採用Miller副載波編碼，則本地相關信號為一個副載波周期信號。於是可得，通過相關操作後，I、Q兩路信號依次為：

由於ndcI、ndcQ為直流信號，gm(t)具有奇對稱的性質，則上式中這兩項的相關結果為0，即

由上式可知，直流信號得到了完全消除。同時，由於標籤信號的每個跳變沿處也具有奇對稱的性質，則標籤信號中的所有跳變沿均變成了相關峰，即通過本地相關操作後，標籤信號也保留了其完整性。

通過以上分析可知，直流抑制技術的核心操作是相關運算，由於本地相關信號具有奇對稱性質，且僅包含+1和-1兩種取值，因此可將相關操作中的「乘加」運算簡化為「加減」運算，大大降低了運算量。

幀檢測的作用是發現數據幀的到來，而同步的作用是找到數據幀的起始位置。在這一過程中，還可以得到接收信號強度的估計，這一估計可以作為RSSI送給上層控制器，或者用來調節射頻的放大器增益(AGC)。常用的幀檢測方法有兩類，一類是能量檢測，當發現接收信號的能量突然變大時，可判斷為數據包的到來；另一類是基於信號特徵的檢測，如採用序列相關的方法，因為標籤返回信號的前導碼都是由一個特殊序列組成的，所以利用相關峰值可以檢測數據包的到來。在實際系統中，根據接收信噪比和對檢測精度的要求，可以選擇使用其中的一類。一般而言，基於能量檢測的方法複雜度較低，但虛警和漏警的概率也較大；基於相關峰的方法複雜度較高，但檢測性能也較高。為降低檢測的虛警與漏警概率，同時考慮到濾波和直流抑制過程中已有了本地信號與接收信號的相關結果，因此，這裡採樣基於相關峰的方式進行幀檢測與同步，同時，利用連續兩個相關峰之間的距離可以估計出標籤返回的具體頻率BLF。

反向鏈路信號頻率BLF是由標籤對校準符一和校準符二的估計值計算得到的，因此可能存在較大的誤差。如果BLF與AD採樣頻率之間不是整數倍的關係，那麼即使同步模塊對BLF的估計非常準確，隨著時間的累積，採樣點也會出現偏差。當同步模塊對BLF的估計不太準確時，這種累積誤差會更加嚴重，因此需要進行時偏跟蹤。在數據解碼過程中，如果每個碼元只在同步時刻得到一個相關值，則無從判斷是否有時偏發生。可以在同步時刻兩邊各1/4碼元長度處再計算兩個相關值，如果這兩個值的大小相同證明沒有時偏發生，如果差值超過了一定門限則證明發生了時偏，需要及時調整同步時刻。

讀寫器接收標籤返回信號時，由於本地載波與標籤返回信號載波之間存在隨機相位差，因此，接收鏈路需要I、Q兩路正交解調的方式接收標籤信號，傳統的處理方法之一是在I、Q兩路信號中選擇較強一路作為有效信號進行處理，這種方法最壞情況下可能損失3dB的信噪比；另外一種處理方法是獲得I、Q兩路信號的相位差，利用查找表的方式將I、Q兩路信號合併，但這種方法的精度取決於查找表的深度，查找表深度較大時，需要消耗大量的資源。為克服以上缺點，可以採用I、Q相關結果直接疊加的方式進行信號合併，這種方法對I、Q兩位信號的相位差不敏感，同時可提高疊加後信號的信噪比。另外，通過相關技術將標籤基帶信號中的直流信號消除後，標籤信號由脈衝信號變成了相關峰信號，如何準確獲得這些相關峰信息，亟待解決的一個問題是如何設置相關峰的檢測門限。以上兩個方面的問題可通過自適應門限設置與標籤正交信號融合技術進行解決。下面從理論上說明這種技術的有效性與可行性。

標籤信號通過直流抑制後，表示為如下形式：

上式中，yI(t)、yQ(t)均具有極大值和極小值兩種相關峰，為了獲取相關峰檢測門限，首先需要將這兩個信號進行絕對值操作，即

獲得相關信號的絕對值後，自適應的相關峰檢測門限可通過將yIabs(t)、yQabs(t)兩路信號分別進行滑動平均後獲得，考慮到標籤返回信號中兩次跳變沿之間的最大距離為1.5Tpri，Tpri為反向鏈路基準時鐘周期，於是可將滑動平均窗口長度設置為1.5Tpri，I、Q兩路的自適應相關門限如下式：

式中，Ts為系統採樣時間間隔，(K+1)Ts＝1.5Tpri為滑動平均窗口寬度。

標籤基帶I、Q兩路信號均獲得相關峰判決門限後，可通過I、Q兩路信號的特性來將兩路信號進行融合，具體的準則為：

1)I路出現相關峰極大值的同時Q路也出現相關峰極大值，這種情況下，可能如下幾種融合方式：

①yI(t)>yrefI(t)並且yQ(t)>yrefQ(t)，融合方式：I路+Q路；

②yI(t)>yrefI(t)並且yQ(t)≤yrefQ(t)，融合方式：I路；

③yI(t)≤yrefI(t)並且yQ(t)>yrefQ(t)，融合方式：Q路；

④yI(t)≤yrefI(t)並且yQ(t)≤yrefQ(t)，融合方式：I路。

2)I路出現相關峰極大值的同時Q路出現相關峰極小值，這種情況下，可能如下幾種融合方式：

①yI(t)>yrefI(t)並且yQ(t)yrefI(t)並且yQ(t)≥-yrefQ(t)，融合方式：I路；

③yI(t)≤yrefI(t)並且yQ(t)<-yrefQ(t)，融合方式：Q路；

④yI(t)≤yrefI(t)並且yQ(t)≥-yrefQ(t)，融合方式：I路。

3)I路出現相關峰極小值的同時Q路出現相關峰極大值，這種情況下，可能如下幾種融合方式：

①yI(t)yrefQ(t)，融合方式：I路-Q路；

②yI(t)yrefQ(t)，融合方式：Q路；

④yI(t)≥-yrefI(t)並且yQ(t)≤yrefQ(t)，融合方式：I路。

4)I路出現相關峰極小值的同時Q路也出現相關峰極小值，這種情況下，可能如下幾種融合方式：

①yI(t)<-yrefI(t)並且yQ(t)<-yrefQ(t)，融合方式：I路+Q路；

②yI(t)<-yrefI(t)並且yQ(t)≥-yrefQ(t)，融合方式：I路；

③yI(t)≥-yrefI(t)並且yQ(t)<-yrefQ(t)，融合方式：Q路；

④yI(t)≥-yrefI(t)並且yQ(t)≥-yrefQ(t)，融合方式：I路。

5)僅I路出現相關峰極大值或極小值，融合方式為I路。

6)僅Q路出現相關峰極大值或極小值，融合方式為Q路。

通過以上分析可知，實現自適應門限設置與標籤正交信號融合的主要操作方式有相加、比較和移位等，只有在計算自適應門限的過程中出現了除法操作，這種操作可通過移位方法實現，大大降低了運算量。

因為FM0和Miller編碼的特點，每一個比特都對應兩種狀態，直接用信號極性來判斷比較困難，而使用相關檢測可以很好地解決此問題。同步完成以後，每個數據碼元的採樣信號分別與data0的本地波形和data1的本地波形做相關，本地波形只用一種極性，如對FM0編碼data0使用s2(t)，data1使用s1(t)。比較兩個相關值幅度的大小，如果與data0波形的相關值大則判為0，如果與data1波形的相關值大則判為1。

流程控制部分通過控制狀態機完成，控制狀態機用於控制整個數字基帶的工作流程，可分為Idle、Pre-Tx、Tx、Rx、Post-Rx、Process等六個狀態，這六個狀態之間的轉換關係如圖8所示。

Idle：處理前一次信號結束後的操作，例如關閉載波，停止信號採集等，然後等待下一次啟動的控制變量，打開載波，等待穩定時間，進入Pre-Tx狀態。

Pre-Tx：準備將要發射的指令信號，等待T2連結時間後進入Tx狀態。在該狀態下完成數據生成、編碼、組幀等工作。

Tx：發射指令信號，等待指令信號結束標誌，然後進入Rx狀態。在該狀態下完成脈衝成型、調製、發射等工作。

Rx：接收響應信號，等待響應信號結束標誌，然後進入Post-Rx狀態。在該狀態下完成幀檢測、解調、解幀、解碼等工作。

Post-Rx：分析接收到的響應信號，等待標籤狀態刷新完畢標誌，然後進入Process狀態。在該狀態下完成數據分析工作。

Process：根據當前指令信息，協議狀態機的輸出結果，以及協議定義的規則，生成下一條指令的名稱和參數，然後進入Pre-Tx狀態。如果判斷為不需要繼續發射下一條指令，則進入Idle狀態。

國軍標中規定標籤可能包含準備、仲裁、應答、鑑別、開放、安全和滅活等七個狀態，這些狀態之間的跳轉關係完全取決於讀寫器的命令。讀寫器可以根據當前命令以及標籤的響應情況判斷標籤當前的狀態，以輔助控制狀態機對後續流程的控制。協議處理用於在讀寫器本地產生虛擬的標籤狀態，標籤上電後，可設為準備狀態。然後，讀寫器根據當前狀態、指令名稱、響應結果，生成下一個標籤狀態。協議處理的另外一個重要功能是實現國軍標中的防碰撞算法，完成標籤返回信號的碰撞檢測功能，控制讀寫器發送命令的順序，保證讀寫器發送命令滿足國軍標中規定的連結時序。

RFID讀寫器接口系統主要完成與上位機的信息交互，包括上位機傳來的命令的解析和返回給上位機信息的處理等，通過該部分上位機軟體可以控制RFID讀寫器的發射功率、協議控制等。如圖9所示，RFID讀寫器接口系統包括：微內核模塊、通信模塊、報文解包和封包模塊、事件處理模塊、報文命令響應模塊、完全管理模塊和設備驅動模塊。微內核模塊為整個讀寫器接口系統的主線程，負責整個系統初始化、對各插件的初始化和監控，維護各插件的上下文信息。各插件可以動態啟動和終止，各插件的錯誤信息匯總到微內核模塊。當微內核模塊監控到插進進行錯誤時，會自動重新加載對應的插件，並把情況匯報到中心伺服器。通信模塊用於實現和上位機的通信，從上位機獲取指令信息並把處理後的信息發送到上位機。報文解包和封包模塊用於實現對通信模塊接收到的報文進行解析，把需要發送的消息進行封包並交付通信模塊發送。事件處理模塊用於實現對讀寫器接口協議中事件的處理，讀寫器接口協議中事件生命周期的維護等。報文命令響應模塊按照讀寫器接口協議規定，實現對應報文的處理，把上層指令分解為對應的FPGA指令。安全管理模塊用於實現讀寫器在整個射頻識別系統內的安全認證，數據加解密以及其他安全功能。設備驅動主要用於實現和底層硬體的交互，如和FPGA通信通過總線形式，需要加載對應的總線驅動程序。

綜上所述，本發明提供的一種基於RFID數字基帶傳輸的物聯網終端系統，包括智能平臺系統、RFID讀寫器接口系統和RFID數字基帶傳輸系統，智能平臺系統採用Android作業系統可以為用戶提供更高的自由度，並且成本較低；RFID讀寫器接口系統與上位機通訊連接，上位機可以控制RFID的發射功率和協議控制等；採用RFID數字基帶傳輸，擴展了物聯網終端的應用範圍，其抗幹擾能力強，差錯可控，且保密性好；RFID數字基帶傳輸系統的發射鏈路模塊可以保證物聯網終端命令數據幀的完整性、時間精度、頻譜特性和調製特性滿足協議中的各項規定；RFID數字基帶傳輸系統的接收鏈路可以提高靈敏度及降低信號檢測的誤幀率；採用FIR低通濾波加相關器的結構可將基帶信號中的直流偏置完全消除，減小後續過程信號處理的複雜度。

以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等同變換，或直接或間接運用在相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。