CN101989877B

CN101989877B - 一种射频识别中帧同步方法

Info

Publication number: CN101989877B
Application number: CN 201010584959
Authority: CN
Inventors: 李建成; 任天鹏; 王宏义; 庄钊文; 唐朝京; 许拔
Original assignee: National University of Defense Technology
Current assignee: Tianjin Kunpeng Information Technology Co ltd
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2030-12-13
Also published as: CN101989877A

Abstract

本发明提供一种射频识别***中的帧同步方法，包括帧同步码设计和帧同步判决机制，具体步骤是：在发射端采用自相关性能良好的二进制序列码作为帧同步子码，再将若干个帧同步子码顺序连接，形成射频识别***的帧同步码；在接收端通过形成判别序列，判别信息码的开始时刻。本发明基于相关运算结果的多个峰值的确定位置关系，抑制了信道随机噪声的干扰，提高了帧同步结果的可靠性。

Description

一种射频识别中帧同步方法

技术领域

本发明属于射频识别通信技术领域，具体涉及一种射频识别中帧同步方法。

背景技术

射频识别（Radio Frequency Identification, RFID）***是一种非接触式自动识别***。射频识别***包括读写器和标签。读写器通过射频信号与标签进行通信，并获取标签上存储的识别信息，进而对标签进行各种操作。读写器可识别高速运动的标签，并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

在射频识别通信中，通信信息以帧信号的形式进行传输。如图2所示，帧信号包括帧同步码101和信息码102，其中帧同步码用以提供信息码开始时刻。通常，帧同步的实现包括发射端帧同步码设计和接收端帧同步判决机制。

在接收端，帧同步机制通过计算接收基带序列和本地帧同步码的相关性来确定信息码开始时刻。因此，评价帧同步码设计优劣的一个主要准则是帧同步码的自相关性能。自相关性能通常用“峰值同主旁瓣的比值”表示，即“Peak to Side Lobe Ratio”（P2SLR，单位是分贝，dB）。但是P2SLR仅和自相关运算结果的幅度有关。譬如，射频识别标准ISO 18000-6B中，读写器到标签方向的帧同步码为1100111010，其波形图如图3所示。ISO 18000-6B中的帧同步码的P2SLR仅为5.23dB，如图4所示。现有基于P2SLR的帧同步判决机制是：首先设定一门限值；如果当前P2SLR高于这个门限值，就判定当前时刻是信息码的开始时刻。较低的P2SLR和单纯的判决机制，使得传统的帧同步方法的抗信道噪声干扰性能有限，帧同步结果的可信度和可靠性不高。

发明内容

本发明的主要目的是，提供一种射频识别***中的帧同步方法，包括帧同步码设计和帧同步判决机制，以解决现有帧同步方法性能不佳、判决信息码开始时刻可信度和可靠性不高的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是一种射频识别***中的帧同步方法，其特征在于，包括下述步骤：

在发射端形成帧同步码的过程，包括下述步骤：

采用自相关性能良好的二进制序列码作为帧同步子码，该帧同步子码记为C₁，长度记为L；

基于C₁，得到其他n-1个帧同步子码C₂，C₃，……，C_n，其中C₂，C₃，……，C_n和C₁的极性相同或相反，即C₂=+C₁或C₂=-C₁，C₃=+C₁或C₃=-C₁，……，C_n=+C₁或C_n=-C₁；n是大于1的整数，可根据需要确定。

将n个帧同步子码C₁，C₂，……，C_n依次顺序连接，形成射频识别***的帧同步码。

在接收端，按照下述帧同步判决步骤实现帧同步：

第一步，初始化。

令参数p=0，p表示初始的计时时刻，

令P_max0=0，P_max0是一个帧同步判决变量，

设接收到的基带信号序列为{y₁, y₂, ……}；

第二步，形成判别序列。

依次从基带信号序列中截取s个判别序列，记为d₁, d₂, ……, d_s，其中s =(n-1)L+1，且：

d₁={y_1+p, y_2+p,……, y_L+p}，

d₂={y_2+p, y_3+p,……, y_L+1+p}，

……，

d_s={y_s+p, y_s+1+p,……, y_nL+p}；

第三步，判别信息码的开始时刻。

将每个判别序列d₁，d₂，……，d_s分别与帧同步子码C₁进行相关运算，得到相关运算结果序列{P₁, P₂, ……P_s}，令P_max=Max(P_max0, P₁, ……, P_s)；

如果(1-a)P_s< P_s-kL <(1+a)P_s和(1-b)P_s< P_max <(1+b)P_s同时成立，则判决时刻(nL+p)是信息码的开始时刻，其中a和b是较小的正的***参数；否则，令p=p+1，P_max0=P_max返回第二步。

进一步，上述技术方案中的帧同步子码C₁可以选取巴克码。

本发明的有益效果是：基于接收到的基带信号序列和本地帧同步子码相关运算结果较高的P2SLR值，确保了信息码开始时刻的捕获；基于相关运算结果的多个峰值的确定位置关系，抑制了信道随机噪声的干扰，提高了帧同步结果的可靠性，解决了传统判决方法造成的帧同步结果可靠性不高的缺陷；由于本发明的帧同步判决过程和传统帧同步判决过程中相关运算的长度相同，均为L，因此本发明的帧同步方法和传统帧同步方法的运算复杂度相同。

附图说明

图1是本发明提供的射频识别***中帧同步方法的流程示意图；

图2为现有射频识别***信号帧结构示意图；

图3为现有协议中帧结构的帧同步码的波形图；

图4为现有协议中帧结构的帧同步码的相关运算结果；

图5为本发明一具体实施方式的帧同步码的波形图（以n=2为例）；

图6为本发明一具体实施方式的帧同步码的相关运算结果（以n=2为例）。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但不构成对本发明的限制。

本发明的具体实施方式，在发射端形成帧同步码的过程，参照图1所示的流程图，包括下述步骤：

将n(n>1)个自相关性能良好的帧同步子码连依次连接成帧同步码。不失一般性，我们以n=2为例。本具体实施方式设计的帧同步码中，帧同步子码C₁采用长度为L=11的巴克码10110111000，帧同步子码C₂采用C₁的极性相反序列，即C₂=-C₁。最后得到的帧同步码为10110111000 01001000111，其波形图如图5所示。

在接收端，参照图1所示的流程图，按照下述帧同步判决步骤实现帧同步：

第一步，初始化。

令参数p=0，p表示初始的计时时刻，

令P_max0=0，P_max0是一个帧同步判决变量，

设接收到的基带信号序列为{y₁，y₂，……}={ x₁x₂x₃x₄x₅x₆x₇x₈x₉x₁₀x₁₁x₁₂10110111000 01001000111 x₃₅x₃₆x₃₇x₃₈x₃₉x₄₀x₄₁x₄₂x₄₃x₄₄x₄₅x₄₆…… }，其中x表示帧同步码前后的其他二进制数据或空信息；

第二步，形成判别序列。

依次从基带信号序列中截取s个判别序列，记为d₁，d₂，……，d_s，其中s =(n-1)L+1=12，且：

d₁={y_1+p，y_2+p，……，y_L+p}={ x₁x₂x₃x₄x₅x₆x₇x₈x₉x₁₀x₁₁}，

d₂={y_2+p，y_3+p，……，y_L+1+p}={x₂x₃x₄x₅x₆x₇x₈x₉x₁₀x₁₁x₁₂}，

……，

d_s={y_s+p，y_s+1+p，……，y_nL+p}={ x₁₂1011011100}；

第三步，判别信息码的开始时刻。

将每个判别序列d₁，d₂，……，d_s分别与帧同步子码C₁进行相关运算，得到相关运算结果序列{P₁,P₂，……P_s}，令P_max=Max(P_max0, P₁, ……, P_s)。

然后检验(1-a)P_s< P_s-kL <(1+a)P_s和(1-b)P_s< P_max <(1+b)P_s是否同时成立，其中k=1, ……,(n-1), a=0.2，b=0.2。如果成立，则判定时刻(nL+p)是信息码的开始时刻；否则，令p=p+1，P_max0=P_max返回第二步。

当p=12时，P₁，P₂，……，P_s如图6所示，P_max=11。经验证， (1-a)P_s< P_s-kL < (1+a)P_s和(1-b)P_s< P_max < (1+b)P_s同时成立。因此，判决第nL+p=34时刻为信息码的开始时刻。显然，第34时刻对应帧同步码最后一个比特“1”开始相关运算，也就是信息码的开始时刻。帧同步判决结束。

综上所述，本发明提供了一种射频识别***帧同步方法，包括设计了一种帧同步码，阐述了相应的帧同步判决机制。相比射频识别标准ISO 18000-B协议的帧同步码，本具体实施方式中的帧同步码的P2SLR性能由5.23dB提高至10.41dB；本发明中的帧同步判决机制同时基于相关运算结果的幅度信息和位置信息，提高了帧同步结果的可信度和可靠性。

Claims

1.一种射频识别***中的帧同步方法，其特征在于，包括下述步骤：

在发射端形成帧同步码的过程，步骤如下：

基于C₁，得到其他n-1个帧同步子码C₂，C₃，……，C_n，其中C₂，C₃，……，C_n和C₁的极性相同或相反，即C₂=+C₁或C₂=-C₁，C₃=+C₁或C₃=-C₁，……，C_n=+C₁或C_n=-C₁；n是大于1的整数，可根据需要确定；

将n个帧同步子码C₁，C₂，……，C_n依次顺序连接，形成射频识别***的帧同步码；

在接收端，按照下述帧同步判决步骤实现帧同步：

第一步，初始化；

令参数p=0，p表示初始的计时时刻，

令P_max0=0，P_max0是一个帧同步判决变量，

设接收到的基带信号序列为{_y1,_y2，……}；

第二步，形成判别序列；

依次从基带信号序列中截取s个判别序列，记为d₁,d₂,……,d_s，其中s=(n-1)L+1，且：

d₁={y_1+p,y_2+p,……,y_L+p}，

d₂={y_2+p,y_3+p,……,y_L+1+p}，

……，

d_s={y_s+p,y_s+1+p，……,y_nL+p}；

第三步，判别信息码的开始时刻；

将每个判别序列d₁，d₂，……，d_s分别与帧同步子码C₁进行相关运算，得到相关运算结果序列{P₁,P₂，……P_s}，令P_max=Max(P_max0，P₁,……，P_s)；

如果(1-a)P_s<P_s-kL<(1+a)P_s和(1-b)P_s<P_max<(1+b)P_s同时成立，则判决时刻(nL+p)是信息码的开始时刻，其中k=1,……,(n-1),a=0.2，b=0.2；否则，令p=p+1，P_max0=P_max返回第二步。

2.根据权利要求1所述的射频识别***中的帧同步方法，其特征在于，帧同步子码C₁选取巴克码。