CN102024160A - 一种在射频识别***中满足频谱模板的方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种在射频识别***中满足频谱模板的方法,所述射频识别***中包括一个读写器和一组标签,该方法包含以下步骤:(1)在所述射频识别***的前向阶段,所述读写器首先将待发送信号进行单边带调制,将所述调制信号进行频移,然后将所述经过频移的信号进行发送;(2)在所述射频识别***的反向阶段,所述读写器仅发送一个载波给所述标签。通过本发明方法能够使得读写器使用高数据传输速率前向链路进行通信,而不用担心不满足ETSI频谱模板的要求。本发明还提出一种在射频识别***中满足频谱模板的装置。
Description
技术领域
本发明涉及射频识别(Radio Frequency Identification,简称RFID)技术,尤其涉及一种在射频识别***中满足频谱模板的方法及其装置。
背景技术
在EPCglobal的第2代第1类超高频(Ultra High Frequency;UHF)射频识别(RFID)协议(参见EPCglobal标准,下同)中,一个读写器通过使用双边带振幅移位键控法(DoubleSideband Amplitude Shift Keying;DSB-ASK)、单边带振幅移位键控法(Single SidebandAmplitude Shift Keying;SSB-ASK)或者相位反转振幅移位键控法(Phase ReversalAmplitude Shift Keying;PR-ASK)调制射频载波的方式,将信息发送给一个或多个标签。除了发信号之外,射频识别读写器还进行认证的操作,使得EPCglobal的标准满足本地对于信道外和带外杂散射频辐射的规定。欧洲电信标准协会(EuropeanTelecommunications Sdandards Institute;ETSI)已经在EN 302208[1][2]中提出:在865MHz到868MHz频带之间分配15条信道,各级功率均达到2W,每条信道宽度为200KHz,用来满足射频识别(RFID)设备。ETSI标准所定义的信道可参见图1。
此外,EN 302208中还包括对频谱模板的定义,其中对于所有的调制信号界定了限制,包括所有与允许杂散等级之上载波相关的边带。ETSI标准中对信号所定义的旧的和新的频谱模板如图2所示。虚线表示旧的ETSI标准定义的频谱模板,实线表示新的ETSI标准定义的频谱模板。旧的ETSI频谱模板规定了和主载波相邻±200KHz以外的载波功率不能超过-36dBm,而新的ETSI频谱模板相比于旧的ETSI频谱模板,提出了更多的要求,其中要求和主载波相邻±400KHz以外的载波功率不能超过-46dBm。
按满足ETSI频谱模板的要求调制信号是具有一定的困难,尤其当读写器在前向链路中使用高数据传输速率进行通信的时候。在基带的信号通常被用来调制一个更高频率的载波,用来生成调制信号。当应用双边带调制方法时,有一个关键的后果就是信号频率的范围被双倍扩展了,但是对于频谱的形状却几乎没有变化。因此基带信号的频谱能够用来说明调制信号是否满足ETSI频谱模板的要求。
按照ETSI的要求,前向链路的基带使用脉冲间隔编码(PIE)对信号进行编码,脉冲间隔编码如图3所示。其中,高电平表示传输的等幅波(CW);低电平表示衰减的等幅波。Tari是读写器到标签发送信号的参考时间间隔,同时也是每个data-0的持续时间。x表示每个data-1比data-0的多出来的持续时间。由于前向链路的基带信号就是一个data-0和data-1的序列,因而通过连续傅立叶变换之后(CFT),基带信号的频谱就包括作为其组成部分的data-0和data-1的频谱。表1列出了当Tari和x被设置为不同值时,基带信号频谱峰值的分布情况。如上所述,信道的宽度为200KHz。第二峰值是在信道内当(Tari,x)被设置为(25μs,25μs)和(12.5μs,12.5μs)时出现的。但是第一峰值是在信道外当(Tari,x)被设置为(6.25μs,3.125μs)时出现的。
表1:基带信号频谱的峰值分布
此外,在图4中的调制信号的频谱是在读写器的射频输出通过一个50Ω的连接器和频谱分析仪连接之后捕捉到的。如图4所示,当Tari被设置为25μs,x被设置为一个Tari时,频谱模板完全套住了调制信号的频谱,而且安全裕量相当大。而当Tari被设置为12.5μs,x被设置为一个Tari时,调试信号的频谱仅仅是刚刚被频谱模板封住,安全裕量已经很小了。当Tari被设置为6.25μs,x被设置为半个Tari时,调制信号频谱的突起部分就已经超出了频谱模板,而且在频谱模板之下已经没有传输频谱的空间了。总的来说,基带信号的峰值分布和调制信号的频谱捕获表示在Tari被设置为6.25μs时,DSB信号的传输频谱已经超过了ETSI频谱模板。
如果读写器选择不使用高数据传输速率进行通信的话,那么调制信号的频谱是能够满足ETSI频谱模板的。假如Tari被设置为少于12.5μs,并且x被设置为一个Tari,那么读写器是不允许通信的。换句话说,读写器为了满足ETSI频谱模板,牺牲了性能。假如Tari被设置为6.25μs,在Tari被设置为12.5μs时,几乎占据了前向链路的一半时间间隔,而在Tari被设置为25μs时,则占据了四分之一。
通常来说,如果读写器使用单边带(SSB)调制进行通信,而不是采用双边带(DSB)调制,那么调制信号的频谱就可能会满足频谱模板的要求,因为单边带信号的带宽是双边带信号的一半。使用上单边带调制的调制信号的频谱和ETSI频谱模板的对比如图5所示。Tari被设置为6.25μs,x被设置为半个Tari。如图5所示,假如采用上单边带调制,那么低频范围内的情况就能够得到很好的改进。但是,上单边带调制信号的频谱还是不能满足ETSI频谱模板,因为高频段范围内改进很少。用下单边带调制来读写标签也存在类似的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种在射频识别***中满足频谱模板的方法以及在射频识别***中满足频谱模板的***,使得在射频识别***中在前向链路中以高数据速率传输数据时能够满足ETSI定义的频谱模板。
为实现上述目的,本发明提出了一种在射频识别***中满足频谱模板的方法,所述射频识别***中包括一个读写器和一组标签,该方法包含以下步骤:
(1)在所述射频识别***的前向阶段,所述读写器首先将待发送信号进行单边带调制,将所述调制信号进行频移,然后将所述经过频移的信号进行发送;
(2)在所述射频识别***的反向阶段,所述读写器仅发送一个载波给所述标签。
优选地,在所述步骤(2)中,在所述射频识别***的反向阶段,所书读写器解除所述频移,并仅在原有载频上发送一个载波给所述标签。
优选地,在所述步骤(1)中,所述读写器首先将待发送信号进行单边带调制,将所述调制信号进行频移,然后将所述经过频移的信号进行发送进一步包括:
所述读写器将待发送信号进行基带编码并进行脉冲整形;
所述读写器将整形后的信号分别进行延迟和滤波,生成I、Q两个支路信号;
所述读写器将所述I、Q两个支路信号进行相位旋转;
所述读写器将经过相位旋转的信号转变为模拟信号并通过射频调制发送出去。
优选地,所述滤波为Hilbert滤波。
优选地,所述经过相位旋转的信号为I′、Q两个支路信号,在其中一个支路信号上叠加一个直流信号,尤其适合在所述经过相位旋转的I′支路信号上叠加所述直流信号。
优选地,在所述步骤(1)中,在所述射频识别***的前向阶段,所述读写器首先将待发送信号进行单边带调制,将所述调制信号进行频移,然后将所述经过频移的信号进行窄带滤波,再将经过窄带滤波的信号进行发送。
相应地,本发明还提出一种在射频识别***中满足频谱模板的***,所述***包括一个读写器和一个以上标签,所述***还包括:一个选通器和一个信号处理装置;
当所述选通器打开时,所述读写器将待发送信号通过所述信号处理装置进行单边带调制,将所述调制信号进行频移,然后将所述经过频移的信号进行发送;当所述选通器关闭时,所述读写器仅通过所述信号处理装置发送一个载波给所述标签。
优选地,所述信号处理装置包括:
一个编码器和整形器,用于所述读写器将待发送信号进行基带编码并进行脉冲整形;
一个延迟器和一个滤波器,用于所述读写器将整形后的信号分别进行延迟和滤波,生成I、Q两个支路信号;
一个相位旋转器,用于所述读写器将所述I、Q两个支路信号进行相位旋转;
一个信号发送器,用于所述读写器将经过相位旋转的信号转变为模拟信号并通过射频调制发送出去。
优选地,所述信号处理装置还包括一个直流发生器,所述直流发生器连接到所述相位旋转器一个的输出,并与所述相位旋转器的输出相与。
优选地,所述信号处理装置还包括一个窄带滤波器,所述窄带滤波器连接到所述信号发送器之前,用于将所述信号处理装置输出的信号进行窄带滤波。
本发明提出的在射频识别***中满足频谱模板的方法具有以下的优点:
首先,频移单边带调制能够使得读写器使用高数据传输速率前向链路进行通信,而不用担心不满足ETSI频谱模板的要求。
其次,在读写器内实现带有频移的单边带调制是很方便的,因为几乎所有的读写器都支持单边带调制。有很多种方式可以实现带有频移的单边带调制,因为它只对于单边带调制提出了很轻微的修改。
最后,带有频移的单边带调制和读取标签性能是相互独立的,通过我们的试验验证,它对于标签命令的接受是没有影响的。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述,其中:
图1为现有技术中ETSI标准所定义的信道;
图2为现有技术中ETSI标准中对信号所定义的旧的和新的频谱模板;
图3为现有技术中前向链路的基带所使用的脉冲间隔编码符号;
图4为现有技术中使用DSB-ASK的调制信号频谱和ETSI频谱模板的对比,其中(a)Tari=25μs,x=Tari;(b)Tari=12.5μs,x=Tari;(c)Tari=6.25μs,x=Tari/2;
图5为现有技术中当Tari=6.25μs,x=Tari时,上单边带调制信号的频谱仍然不能够满足ETSI频谱模板;
图6为本发明中在频移为fs情况下生成单边带信号的示意图;
图7为本发明中生成满足ETSI频谱模板所要信号的完整示意图;
图8为读写器和标签之间的信号示意图;
图9为频移100KHz下的单边带调制频谱;
图10为频移为90KHz下的单边带调制频谱;
图11为设置重构滤波器的不同带宽情况下频移为90KHz的单边带调制信号的频谱。
具体实施方式
在现有技术中,上单边带调制信号频谱不能满足ETSI频谱模板的要求。然而,当上单边带调制被使用的时候,在低频段范围内还有大量的空间。在本发明中,提出了一种在以高数据速率在前向链路传输数据时满足ETSI频谱模板的方法,在下述的本发明的实施例中,仍然使用上单边带调制来降低调制信号的带宽。频移能够使得频谱模板容纳调制信号频谱的突起部分。在该实施例中,载波频率能够从信道的中心fc偏移到一个较低频fc-fs,使得调制信号能够满足ETSI频谱模板,其中fs表示频移总量。
图6为本发明中在频移为fs情况下生成单边带信号的示意图。待发送的信号S(t)首先经过基带编码和脉冲整形,随后,该信号S(t)被分成两路,其中一路经过延迟,得到I路信号,即I(t)=S(t),另外一路信号经过Hilbert滤波器,得到Q路信号,即由于Hilbert滤波器会引起信号产生90°相移,因此Q路信号与I路信号相比产生了90°相移。
然后,将所述I、Q两路信号进行相位旋转,得到经过相位旋转后的I′和Q′信号。其中,
上述相位旋转可以通过多种方式实现,例如,可以在数字基带中使用CORDIC算法来实现相位旋转。
接下来,将经过相位旋转的信号转变为模拟信号并通过射频调制发送出去,其中,同相位的信号I′(t)乘以cos(2πfst),而90度相移的信号Q′(t)则乘以sin(2πfst)。
射频部分的输出结果是:
其中载波频率为fc-fs。
图7为本发明中生成满足ETSI频谱模板所要信号的完整示意图。图7与图6相比,增加了一个选通器。在射频识别***的前向阶段,即从读写器向标签发送信号的阶段,打开选通器。此时,读写器将待发送信号通过进行单边带调制,将所述调制信号进行频移并将经过频移的信号进行发送,其具体过程如上述图6中所述。
在射频识别***的反向阶段,当关闭所述选通器时,所述读写器解除所述频移,仅通过信号处理装置发送一个载波给所述标签。这时,读写器在I路和Q路上各发送一个高电平信号,该高电平信号与前向链路中读写器发送的带有数据的信号不同,其目的仅仅是为了产生载波,例如I路和Q路各发送一个全“1”的基带信号。
此外,由于在反向阶段关闭了选通器,因此,在这两路高电平信号之后不进行相位旋转。由于没有进行旋转,使得最终发送出去的信号并没有发生频移,反向链路最终得到的是位于频谱模板中间的载波。
使用前向频移、反向仅发送载波的满足频谱模板的方法,可以通过频谱仪来验证其效果。由于在射频识别***的前向链路中将信号进行了频移,因此前向链路中反映在频谱仪上的信号的中心频率与频谱模板的中心并不重合,而反向链路中由于仅发送了载波,因而在反向链路中载波的中心频率与频谱模板的中心重合。为了保证从观察者的角度看来,在前向链路和反向链路中中心频率都与频谱模板的中心重合,为此在前向链路中增加了一个直流信号,该直流信号添加在图7中相位旋转器的一个输出分支上,通常添加到I′(t)上。直流信号A和相位旋转器输出的I′(t)相与,得到
I′1(t)=I′(t)+A (4)
然后再将经过相位旋转的信号转变为模拟信号并通过射频调制发送出去,其中,直流信号A和同相位的信号I′(t)相与之后的信号I′1(t)乘以cos(2πfst),而90度相移的信号Q′(t)则乘以sin(2πfst)。
经过上述处理后,无论前向链路还是反向链路,反映在频谱仪上的信号的中心频率都与频谱模板的中心重合。
图8为读写器和标签之间的信号示意图。图8中on表示打开选通器,off表示关闭选通器,DC表示在在前向链路中在相位旋转器的I′(t)输出分支上加入了直流信号。Reader为读写器,Tag为标签。其中在前向链路中读写器向标签发送查询命令Query、确认命令ACK、重新查询命令QueryRep,在反向链路中标签向读写器发送句炳RN16核数据包PC+EPC+CRC16。
本发明提出的在射频识别***中满足频谱模板的***也可参见图6和图7。其中,在射频识别***中包括一个读写器和一个以上标签,此外,本发明的***中还包括一个选通器和一个信号处理装置。
当打开选通器时,读写器将待发送信号通过所述信号处理装置进行单边带调制,将调制信号进行频移,然后将经过频移的信号进行发送;当关闭选通器时,所述读写器仅通过所述信号处理装置发送一个载波给所述标签。
信号处理装置包括:一个编码器和整形器,分别用于所述读写器将待发送信号进行基带编码并进行脉冲整形;一个延迟器和一个滤波器,分别用于所述读写器将整形后的信号分别进行延迟和滤波,并生成I、Q两个支路信号;一个相位旋转器,用于所述读写器将所述I、Q两个支路信号进行相位旋转;一个信号发送器,用于所述读写器将经过相位旋转的信号转变为模拟信号并通过射频调制发送出去。
信号处理装置还包括一个直流发生器,所述直流发生器连接到所述相位旋转器一个的输出,并与所述相位旋转器的输出相与。
另外,信号处理装置还包括一个窄带滤波器,所述窄带滤波器连接到所述信号发送器之前,用于将所述信号处理装置输出的信号进行窄带滤波。
为了验证本发明方法的效果,图9-图11中对本发明方法进行了仿真。因为在本发明方法中,选择频移量的大小主要依赖于调制信号的带宽。为了使上单边带调制频谱获得更多的裕量,频移量应该尽可能的大。但是,频移量又必须小于100KHz,因为调制信号的频谱可能超过另一边的ETSI频谱模板。在频移为100KHz的情况下,使用上单边带调制信号的频谱如图9所示。混合频谱的顶部位于ETSI频谱模板之内,但是调制信号的频谱仍然超过了ETSI频谱模板的下限,同时在第一个相邻信道内的混合频谱仍然位于旧的ETSI频谱模板之外,更不用说新的ETSI频谱模板了。
频移为90KHz下的单边带调制信号的频谱如图10所示,除了有一些信道外抖动位于ETSI频谱模板之外,此时信号频谱基本满足ETSI频谱模板。
为了进一步屏蔽信道外杂散射频辐射,以满足ETSI频谱模板,应该选用窄带宽的重构滤波器,用来平滑数模转换之后的模拟信号。窄带宽的重构滤波器能够更好的削弱信道外射电辐射,如图11所示,在重构滤波器的带宽设置为175KHz时,信道外射电辐射在通过重构滤波器之后被很好的抑制,参见图11最内层的信号频谱。在频移为90KHz的时候,单边带调制信号的频谱就不存在罩外抖动。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种在射频识别***中满足频谱模板的方法,所述射频识别***中包括一个读写器和一组标签,其特征在于:该方法包含以下步骤:
(1)在所述射频识别***的前向阶段,所述读写器首先将待发送信号进行单边带调制,将所述调制信号进行频移,然后将所述经过频移的信号进行发送;
(2)在所述射频识别***的反向阶段,所述读写器仅发送一个载波给所述标签。
2.根据权利要求1所述的一种在射频识别***中满足频谱模板的方法,其特征在于:在所述步骤(2)中,在所述射频识别***的反向阶段,所书读写器解除所述频移,并仅在原有载频上发送一个载波给所述标签。
3.根据权利要求1或2所述的一种在射频识别***中满足频谱模板的方法,其特征在于:在所述步骤(1)中,所述读写器首先将待发送信号进行单边带调制,将所述调制信号进行频移,然后将所述经过频移的信号进行发送进一步包括:
所述读写器将待发送信号进行基带编码并进行脉冲整形;
所述读写器将整形后的信号分别进行延迟和滤波,生成I、Q两个支路信号;
所述读写器将所述I、Q两个支路信号进行相位旋转;
所述读写器将经过相位旋转的信号转变为模拟信号并通过射频调制发送出去。
4.根据权利要求3所述的一种在射频识别***中满足频谱模板的方法,其特征在于:所述滤波为Hilbert滤波。
5.根据权利要求3所述的一种在射频识别***中满足频谱模板的方法,其特征在于:所述经过相位旋转的信号为I′、Q′两个支路信号,在其中一个支路信号上叠加一个直流信号。
6.根据权利要求5所述的一种在射频识别***中满足频谱模板的方法,其特征在于:在所述经过相位旋转的I′支路信号上叠加所述直流信号。
7.根据权利要求1所述的一种在射频识别***中满足频谱模板的方法,其特征在于:在所述步骤(1)中,在所述射频识别***的前向阶段,所述读写器首先将待发送信号进行单边带调制,将所述调制信号进行频移,然后将所述经过频移的信号进行窄带滤波,再将经过窄带滤波的信号进行发送。
8.一种在射频识别***中满足频谱模板的***,所述***包括一个读写器和一个以上标签,其特征在于:所述***还包括:一个选通器和一个信号处理装置;
当所述选通器打开时,所述读写器将待发送信号通过所述信号处理装置进行单边带调制,将所述调制信号进行频移,然后将所述经过频移的信号进行发送;当所述选通器关闭时,所述读写器仅通过所述信号处理装置发送一个载波给所述标签。
9.根据权利要求8所述的一种在射频识别***中满足频谱模板的***,其特征在于:所述信号处理装置包括:
一个编码器和整形器,用于所述读写器将待发送信号进行基带编码并进行脉冲整形;
一个延迟器和一个滤波器,用于所述读写器将整形后的信号分别进行延迟和滤波,生成I、Q两个支路信号;
一个相位旋转器,用于所述读写器将所述I、Q两个支路信号进行相位旋转;
一个信号发送器,用于所述读写器将经过相位旋转的信号转变为模拟信号并通过射频调制发送出去。
10.根据权利要求9所述的一种在射频识别***中满足频谱模板的***,其特征在于:所述信号处理装置还包括一个直流发生器,所述直流发生器连接到所述相位旋转器一个的输出,并与所述相位旋转器的输出相与。
11.根据权利要求8至10任一所述的一种在射频识别***中满足频谱模板的***,其特征在于:所述信号处理装置还包括一个窄带滤波器,所述窄带滤波器连接到所述信号发送器之前,用于将所述信号处理装置输出的信号进行窄带滤波。
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