CN103606740B - 调节rfid读写器中天线阵波束方向和相位的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种调节RFID读写器中天线阵波束方向和相位的装置，包括与所述天线阵中天线阵元一一对应的、并行的信号调节通道，所述信号调节通道包括依次连接的基带处理及相位调节模块、射频模块和天线阵元接口模块；所述基带处理及相位调节模块用于对信号进行基带处理并调节其相位，所述射频模块用于将接收到的信号进行变频处理；所述天线阵元接口连接所述天线阵元和所述射频模块。实施本发明的调节RFID读写器中天线阵波束方向和相位的装置，具有以下有益效果：能够实现对天线阵列辐射波束方向的准确控制。

Description

调节RFID读写器中天线阵波束方向和相位的装置

技术领域

本发明涉及RFID识别领域，更具体地说，涉及一种调节RFID读写器中天线阵波束方向和相位的装置。

背景技术

RFID识别技术依靠其读写器向电子标签发送无线信号,电子标签将存储的信息以反向散射的方式返回给读写器，或者依据读写器指令修改内部的数据。一般来讲，为扩大读写器的标签识读范围、提高多标签处理能力、实现对特定标签的定位与跟踪，常使用可调相位的多天线阵列。传统的可调相位的多天线阵列一般在发射信号混频之后、进入天线阵列之前，对其加入固定相位，达到相位调节的目的，此时，通常采用的是机械式的调相网络或者电可调式的加权调相网络实现载波相位的调整。在现有技术中，机械式调相网络无法准确控制相位值，且器件易磨损；电可调式加权调相网络仅能实现有限个的、离散的相位值调整。这些方式无法满足扩展标签识读距离和范围、标签定位与跟踪等实际需求，特别是现有的调相方式无法实现对天线阵元辐射波束的准确控制，进而不能实现对天线阵列发出波束的准确控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不能实现对天线阵列辐射波束方向的准确控制的缺陷，提供一种能够实现对天线阵列辐射波束方向的准确控制的调节RFID读写器中天线阵波束方向和相位的装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种调节RFID读写器中天线阵波束方向和相位的装置，包括与所述天线阵中天线阵元一一对应的、并行的信号调节通道，所述信号调节通道包括依次连接的基带处理及相位调节模块、射频模块和天线阵元接口模块；所述基带处理及相位调节模块用于对信号进行基带处理并调节其相位，所述射频模块用于将接收到的信号进行变频处理；所述天线阵元接口连接所述天线阵元和所述射频模块。

更近一步地，所述基带处理及相位调节模块包括基带处理及相位调节接收通道和基带处理及相位调节发射通道；

所述基带处理及相位调节发射通道包括依次连接的编码单元、相角调制单元、幅度调制单元和成形滤波单元；所述编码单元接收未处理的基带信号并对其进行编码，将编码后的信号传送到所述相角调制单元；所述相角调制单元对其接收到的信号进行相位调制并将调制后的信号传送到所述幅度调制单元；所述幅度调制单元对其接收到的信号进行幅度调制并将调制后的信号传送到所述成形滤波单元；所述成形滤波单元输出滤波后信号到所述射频模块；

所述基带处理及相位调节接收通道包括依次连接的信号抽取单元、滤波单元、采样判决单元和解码单元；所述信号抽取单元接收所述射频模块输送的高速采样数字信号，对其做抽取滤波处理产生低速采样数字信号后送入所述滤波单元；所述滤波单元对所述低速采样数字信号做匹配滤波处理，并将滤波后数据传输给采样判决单元；所述采样判决单元对滤波后的数据做出判决，得到包含基带信号的0/1数据流，并将其传递给所述解码单元；所述解码单元对0/1数据流解码获得基带数据，并将基带数据输出。

更进一步地，所述相角调制单元还与相角决策单元连接；所述相角决策单元根据相角数据库信息做相角决策计算和相角调制参数计算，并将计算得到的调制参数信息传递给相角调制单元。

更进一步地，所述幅度调制单元还与幅度决策单元连接；所述幅度决策单元根据幅度数据库信息做幅度调制参数计算，并将计算得到参数传递给所述幅度调制单元作为调制参数。

更进一步地，所述成形滤波单元还与码间串扰特性计算单元连接；所述码间串扰特性计算单元根据滤波器参数数据库信息计算得到***间串扰特性的滤波器参数，并将滤波器参数传递给所述成形滤波单元，以减少经过所述成形滤波单元信号的码间串扰。

更进一步地，还包括中央控制器，所述中央控制器分别与所述相角数据库、所述幅度数据库和所述滤波器参数数据库连接，取得所述相位数据库中的相位数据并将其传输到所述相角决策单元；取得所述幅度数据库中的幅度数据并将其传输到所述幅度决策单元；取得所述滤波器参数数据并将其传输到所述码间串扰特性计算单元。

更进一步地，所述多个相角决策单元、幅度决策单元和码间串扰特性计算单元分别连接在所述中央处理器的高速数据总线上，并统一编址，使用总线寻址方式与所述中央处理器进行数据交互。

更进一步地，所述多个相角决策单元、幅度决策单元和码间串扰特性计算单元并行设置在一个可编程逻辑器件上。

更进一步地，所述射频模块包括射频发送通道和射频接收通道，所述射频发送通道包括高速D/A单元、调制单元和功率放大单元，所述高速D/A单元接收所述成形滤波单元输出的数字信号，并将其转换成为模拟调制信号传输到所述调制单元；所述调制单元将接收到的模拟调制信号调制到发射本地振荡信号上，输出到所述功率放大单元进行放大后传输到所述天线阵元接口；

所述射频接收通道包括滤波放大单元、解调制单元及高速A/D单元，所述滤波放大单元接收所述天线阵元接口输送来的信号，将其滤波放大后传输到所述解调制单元，所述解调制单元利用接收本地振荡信号将所述滤波后的信号解调制为零中频信号，再传输到高速A/D单元，高速A/D单元对零中频信号采样并转换成为采样数字信号，输送到其对应的所述基带处理及相位调节接收通道。

更进一步地，还包括本地振荡模块，还包括本地振荡模块，所述本地振荡模块产生无调制信息的本地振荡信号，经过不同的分频路径得到不同频率的发射本地振荡信号和接收本地振荡信号，并通过本地振荡信号接口分别输送到多个信号调节通道射频模块的调制单元和解调制单元。

实施本发明的调节RFID读写器中天线阵波束方向和相位的装置，具有以下有益效果：由于采用与天线阵元对应的信号调节通道调节传输到每个天线阵元的信号，同时，采用在混频之前加入相位调节信号，使得每个天线阵元发出的波束形状可以准确调节；此外，多个天线阵元的信号调节通道均由同一个中央处理器控制，通过控制各信号调节单元，使得其整个天线阵列发出的波束形状可以准确控制。因此，其能够实现对天线阵列辐射波束方向的准确控制。

附图说明

图1是本发明调节RFID读写器中天线阵波束方向和相位的装置实施例的结构示意图；

图2是所述实施例中信号调节单元的结构示意图；

图3是所述实施例中基带处理及相位调节模块结构示意图；

图4是所述实施例中射频模块结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。

如图1所示，在本发明一种调节RFID读写器中天线阵波束方向和相位的装置实施例中，该装置包括中央控制器101，中央控制器101通过高速数据总线102与多个信号调节通道连接，控制信号调节通道的参数，以便对信号进行准确的调节，使得这些信号调节通道传输到其对应的天线阵元的信号能够在希望的方向上得到设定的形状。在本实施例中，中央处理器101还与存储器103连接，从中得到以往存储的信号调节数据和信号调节规则（调节策略），中央处理器101利用这些数据，生成对上述各信号调节通道的控制信号，分别控制各信号调节通道；信号调节通道得到或处理后的信号输送到基带处理模块104进行处理，此外，发射信号时该信号调节通道的初始信号同样是由基带处理模块104传输到信号调节通道进行调节的。也就是说，在本实施例中，信号流向并不经过中央控制器101，中央控制器101是作为一个控制信号处理过程中的参数的机构存在的。

在本实施例中，上述中央控制器101的外部设备，包括上述多个信号调节通道、存储器103以及其他未提及的外部设备都是统一编址的，中央处理器101使用总线寻址方式与这些外部设备进行数据交互。此外，上述信号调节通道与天线阵列中天线阵元一一对应的、并行的。在本实施例中，请参见图2，一个信号调节通道包括依次连接的基带处理及相位调节模块201、射频模块202和天线阵元接口模块203；基带处理及相位调节模块201用于对信号进行基带处理并调节其相位，射频模块202用于将接收到的信号进行变频处理；天线阵元接口模块203连接其天线阵元和射频模块202。

请参见图3，基带处理及相位调节模块201包括基带处理及相位调节接收通道302和基带处理及相位调节发射通道301；而基带处理及相位调节发射通道301包括依次连接的编码单元、相角调制单元、幅度调制单元和成形滤波器单元；编码单元接收未处理的基带信号并对其进行编码，将编码后的信号传送到相角调制单元；相角调制单元对其接收到的信号进行相位调制并将调制后的信号传送到所述幅度调制单元；所述幅度调制单元对其接收到的信号进行幅度调制并将调制后的信号传送到所述成形滤波单元；所述成形滤波单元输出成形滤波信号到所述射频模块。

在图3中，相角数据库（图中未示出）存储天线阵列中各个天线阵元载波相角取值组合与该天线阵列的辐射波束方向、形状的映射关系。相角决策单元调用上述相角数据库中（输出的）信息，根据优化调节算法（优化算法与读写器应用紧密关联）来改变该天线阵列中各个天线阵元载波相角的取值，并将该天线阵元载波相角及相关控制信息发送给相角调制单元。相角调制单元利用正交调制原理，将该载波相角信息调制到与其连接的编码单元输入的编码后基带信号上，生成含有相角信息的正交基带信号并将其传递给相应的幅度调制单元（该幅度调制单元与该相角调制单元连接）。

同样地，幅度数据库（图中未示出）存储与数字幅度调制方式对应的幅度调制信息，幅度决策单元根据通信协议对发射信号调制方式的要求，计算幅度调制参数，并将其传递给幅度调制单元（请参见图3）。该幅度调制单元利用正交调制原理，将该幅度决策单元输入的幅度调制参数调制到与其连接的相角调制单元输入的含有相角信息的正交基带信号上，产生含有相角信息、幅度信息的正交基带信号。

在本实施例中，成形滤波单元还与码间串扰特性计算单元连接，码间串扰特性计算单元根据滤波器参数数据库信息计算得到***间串扰特性的滤波器参数，并将滤波器参数传递给该成形滤波单元，以减少经过所述成形滤波单元信号的码间串扰。在本实施例中，经过相角调制单元、幅度调制单元、成形滤波器单元之后的正交基带信号含有载波相位、幅度调制信息，通过射频模块中的调制单元，利用正交调制原理将富含载波相位信息和幅度相位信息的正交基带信号调制到发射本地振荡信号上，从而改变发射本地振荡信号的幅度和相位，生成已调制的发射信号。所述已调制的发射信号通过天线阵接口传输到所述天线阵列各个阵元。根据天线阵列辐射波束空间矢量合成原理，天线阵列合成波束的形状和方向将随着该天线阵列各个阵元的载波相角、幅度的变化而变化。通过对天线阵列各个阵元的载波幅度、相角的精确控制，实现对该天线阵列空间辐射合成波束形状和方向的精确控制。

在本实施例中，上述多个相角决策单元、幅度决策单元和码间串扰特性计算单元、基带处理及相位调节接收通道并行设置在一个可编程逻辑器件上。这样设置的好处是可以在一个器件上使用硬件实现多路信号的处理，节省了资源，减少了处理时间。

此外，请参见图4，在本实施例中，一个射频模块包括射频发送通道和射频接收通道，其射频发送通道包括高速D/A单元、调制单元和功率放大单元，高速D/A单元接收与其相连的成形滤波单元输出的数字信号，并将其转换成为模拟调制信号传输到调制单元；调制单元将接收到的模拟调制信号调制到发射本地振荡信号上，输出到功率放大单元进行放大后传输到天线阵元接口。而射频接收通道包括滤波放大单元、解调制单元及高速A/D单元；滤波放大单元接收与其相连的天线阵元接口输送来的信号，将其滤波放大后传输到解调制单元，解调制单元利用接收本地振荡信号将所述滤波后的信号解调制为零中频信号，再传输到高速A/D单元，高速A/D单元对零中频信号采样并转换成为采样数字信号，输送到其对应的所述基带处理及相位调节接收通道。

另外，在本实施例中，该调节RFID读写器中天线阵波束方向和相位的装置还包括本地振荡模块，本地振荡模块产生无调制信息的本地振荡信号，经过不同的分频路径得到不同频率的发射本地振荡信号和接收本地振荡信号，并通过本地振荡信号接口分别输送到多个信号调节通道射频模块的调制单元和解调制单元。

总之，在本实施例，天线阵中一个天线单元对应于一个信号调节通道。信号调节通道主要包含射频处理电路，高速射频收发转换电路，数字前端逻辑和基带编解码逻辑（数字前端逻辑和基带编解码逻辑一起构成基带处理及相位调节模块）。基带信号送入数字前端逻辑，载波幅度和相位控制决策单元将控制信息送入数字前端逻辑,并将其加到基带信号中。处理后的信号经过成形滤波器以降低码间串扰。之后信号被送到射频发送转换电路，得到模拟信号后输入射频处理电路。射频处理电路将调制信号和本地振荡器产生的载波信号做混频，生成的已调信号经处理和放大之后送给第k个天线单元辐射出去。多天线阵信号在空间合成波束，并激活标签。标签回波被第k个天线单元接收后，经过射频处理电路解调之后，由高速A/D电路采样数字化送入数字前端逻辑。数字前端逻辑对采样信号做速率变换、匹配滤波、采样判决后得到基带信号，并由基带解码单元解码得到标签数据。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种调节RFID读写器中天线阵波束方向和相位的装置，其特征在于，包括与所述天线阵中天线阵元一一对应的、并行的信号调节通道，所述信号调节通道包括依次连接的基带处理及相位调节模块、射频模块和天线阵元接口模块；所述基带处理及相位调节模块用于对信号进行基带处理并调节其相位，所述射频模块用于将接收到的信号进行变频处理；所述天线阵元接口模块连接所述天线阵元和所述射频模块；

所述基带处理及相位调节模块包括基带处理及相位调节接收通道和基带处理及相位调节发射通道；

所述基带处理及相位调节发射通道包括依次连接的编码单元、相角调制单元、幅度调制单元和成形滤波单元；所述编码单元接收未处理的基带信号并对其进行编码，将编码后的信号传送到所述相角调制单元；所述相角调制单元对其接收到的信号进行相位调制并将调制后的信号传送到所述幅度调制单元；所述幅度调制单元对其接收到的信号进行幅度调制并将调制后的信号传送到所述成形滤波单元；所述成形滤波单元输出滤波后信号到所述射频模块；

所述基带处理及相位调节接收通道包括依次连接的信号抽取单元、滤波单元、采样判决单元和解码单元；所述信号抽取单元接收所述射频模块输送的高速采样数字信号，对其做抽取滤波处理产生低速采样数字信号后送入所述滤波单元；所述滤波单元对所述低速采样数字信号做匹配滤波处理，并将滤波后数据传输给采样判决单元；所述采样判决单元对滤波后的数据做出判决，得到包含基带信号的0/1数据流，并将其传递给所述解码单元；所述解码单元对0/1数据流解码获得基带数据，并将基带数据输出。

2.根据权利要求1所述的调节RFID读写器中天线阵波束方向和相位的装置，其特征在于，所述相角调制单元还与相角决策单元连接；所述相角决策单元根据相角数据库信息做相角决策计算和相角调制参数计算，并将计算得到的调制参数信息传递给相角调制单元。

3.根据权利要求2所述的调节RFID读写器中天线阵波束方向和相位的装置，其特征在于，所述幅度调制单元还与幅度决策单元连接；所述幅度决策单元根据幅度数据库信息做幅度调制参数计算，并将计算得到参数传递给所述幅度调制单元作为调制参数。

4.根据权利要求3所述的调节RFID读写器中天线阵波束方向和相位的装置，其特征在于，所述成形滤波单元还与码间串扰特性计算单元连接；所述码间串扰特性计算单元根据滤波器参数数据库信息计算得到***间串扰特性的滤波器参数，并将滤波器参数传递给所述成形滤波单元，以减少经过所述成形滤波单元信号的码间串扰。

5.根据权利要求4所述的调节RFID读写器中天线阵波束方向和相位的装置，其特征在于，还包括中央控制器，所述中央控制器分别与所述相角数据库、所述幅度数据库和所述滤波器参数数据库连接，取得所述相位数据库中的相位数据并将其传输到所述相角决策单元；取得所述幅度数据库中的幅度数据并将其传输到所述幅度决策单元；取得所述滤波器参数数据并将其传输到所述码间串扰特性计算单元。

6.根据权利要求5所述的调节RFID读写器中天线阵波束方向和相位的装置，其特征在于，多个所述相角决策单元、幅度决策单元和码间串扰特性计算单元分别连接在所述中央控制器的高速数据总线上，并统一编址，使用总线寻址方式与所述中央控制器进行数据交互。

7.根据权利要求6所述的调节RFID读写器中天线阵波束方向和相位的装置，其特征在于，多个所述相角决策单元、幅度决策单元和码间串扰特性计算单元并行设置在一个可编程逻辑器件上。

8.根据权利要求7所述的调节RFID读写器中天线阵波束方向和相位的装置，其特征在于，所述射频模块包括射频发送通道和射频接收通道，所述射频发送通道包括高速D/A单元、调制单元和功率放大单元，所述高速D/A单元接收所述成形滤波单元输出的数字信号，并将其转换成为模拟调制信号传输到所述调制单元；所述调制单元将接收到的模拟调制信号调制到发射本地振荡信号上，输出到所述功率放大单元进行放大后传输到所述天线阵元接口模块；

所述射频接收通道包括滤波放大单元、解调制单元及高速A/D单元，所述滤波放大单元接收所述天线阵元接口模块输送来的信号，将其滤波放大后传输到所述解调制单元，所述解调制单元利用接收本地振荡信号将所述滤波后的信号解调制为零中频信号，再传输到高速A/D单元，高速A/D单元对零中频信号采样并转换成为高速采样数字信号，输送到其对应的所述基带处理及相位调节接收通道。

9.根据权利要求8所述的调节RFID读写器中天线阵波束方向和相位的装置，其特征在于，还包括本地振荡模块，所述本地振荡模块产生无调制信息的本地振荡信号，经过不同的分频路径得到不同频率的发射本地振荡信号和接收本地振荡信号，并通过本地振荡信号接口分别输送到多个信号调节通道射频模块的调制单元和解调制单元。