CN101038620A - 超高频rfid阅读器基带信号解码方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及RFID阅读器基带信号解码方法技术领域，特别涉及超高频RFID阅读器基带信号解码方法，本发明涉及解码和滤波算法，其充分利用了FMO编码的特点，根据接收到波形的脉冲宽度对比来判断是数据0还是1，并且利用受干扰处的前后波形状态来推断受干扰处的波形，从而过滤干扰，还原信号；从而解决了标签信号接收不稳定问题，并且在强干扰情况下可以有效滤波，总体来说，加快了阅读器对标签的搜索速度，增加了产品的可靠性和读卡距离。

Description

超高频RFID阅读器基带信号解码方法

技术领域：

本发明涉及RFID阅读器基带信号解码方法技术领域，特别涉及超高频RFID阅读器基带信号解码方法。

背景技术：

超高频阅读器通过天线发射的载波频率为860至960MHz，下面以900MHz的频率为例介绍其工作原理。

超高频RFID阅读器工作原理是：如图1所示，阅读器上的CPU根据国际RFID标准的格式，向阅读器上的数据发送通道01发送读标签命令，数据发送通道01将命令调制到900MHz的载波中去，通过天线02发射到空间中；接收到此无线电波的标签010根据RFID标准的要求，将包含有本标签号码等信息的数据串通过900MHz的载波反射出来，其中标签号码是FMO编码格式的；此信号通过天线03传到阅读器的接收通道04，接收通道04将标签信号中FMO格式的数据从900MHz载波中解调出来后送到CPU，由CPU对FMO编码数据处理。

FMO编码格式的特点是，如图2所示：

1、传输的每个比特结尾都会发生电平跳变，比特中间有可能跳变有可能不跳变。

2、如果在比特的中间发生跳变，表示是数据0。

3、如果在比特的中间没有发生跳变，表示是数据1。

无线电干扰问题：

无线射频设备在数据接收过程中不可避免会受到一些干扰，干扰随机附加在信号中，从而改变波形的形状，CPU接收到的波形可能会如图3所示，阴影部分代表干扰波06。

目前，公知的数据解码方式如下：

CPU检查引脚的电平变化；当检测到首次电平变化后，使用定时中断功能，根据比特频率40KHz的两倍设定中断频率，在中断中接收数据，这样采样点05就在波形的中间，如图4所示；每个比特采样2次，第二次根据是否和第一次采样的结果相同而判断为“比特0”或“比特1”，然后将本比特的采样结果存入内存空间中。

使用上述方法时，存在累积误差问题。因为根据国际RFID标准的要求，数据频率是40KHz，允许±15％的频率误差，而标签号码在64比特以上；如果CPU设定的中断频率和标签返回数据的频率稍微有点偏差，那么每个数据位都偏差一点，这样累积起来，到后面的数据位时偏差将会变得很大，从而引起检测错误，如图5所示，最后两个比特出现错误。另外，当遇到干扰时，上述公知方法没有滤波功能。

对此公知方法的改良是：提高检测频率，用多次检测并取其平均值的方法来决定电平的高低；这种改进在遇到干扰时，可以过滤掉一些干扰，但是如果干扰比较强，同一比特干扰波06多次出现，如图6所示，或者干扰波06持续时间超过1/4个比特周期的时候，如图7所示，使用平均值滤波法将无法得到正确的数据，也即是得到错误的FMO编码。另外这种提高频率的方法对解决上述采样点累积偏差问题也没有帮助。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供超高频RFID阅读器基带信号解码方法，它是超高频RFID无线射频阅读器在接收返回的标签数据时使用的解码和滤波方法，它是一种能够体现FMO编码格式特点的解码和滤波的方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

利用FMO编码特点，根据接收到每个比特的脉冲宽度来判断该比特对应的FMO编码是数据“0”还是“1”，如果脉冲宽度短则为“0”，如果脉冲宽度长则为“1”；CPU从接收通道得到的是40KHz(±15％)的信号，在采样频率设定为400KHz的情况下，采样到4次或6次将认为是脉冲宽度短，为半个数据0，而采样到8次至12次认为是脉冲宽度长，为数据1；这样就解决了标签频率不统一问题，而且因为计数是电平发生变化后重新开始，是从当前比特开始的，所以没有累积误差问题。

当有干扰时，利用当前比特的上一个比特结束时的电平及下一个比特的开始的电平状态对比来推断当前比特状态，如两个电平相同，则为“1”，如两个电平不相同，则为“0”，从而过滤掉干扰信号。

本发明的这些措施解决了因为累积误差而导致数据错误问题，并且在强干扰情况下也可以准确得到信号数据，总的来说，加快了阅读器对标签的搜索速度，提高了产品的可靠性、读标签速度和读标签距离。

附图说明：

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是阅读器工作原理框图；

图2是FMO编码示意图；

图3是数据受到干扰后的示意图；

图4是公知的采样方法示意图；

图5是公知的采样方法造成数据接收错误的示意图；

图6是出现干扰时的改良的公知采样方法的示意图；

图7是出现干扰时的改良的公知采样方法的示意图二；

图8是本发明根据脉冲的宽度进行判断的示意图；

图9、图10、图11、图12、图13、图14是数据受到干扰时的情况判断示意图。

具体实施方式：

一、接收开始：当阅读器发送完命令后，根据RFID协议要求，等待一定时间后自动转为接收状态；阅读器的CPU在内存中开辟一个数组，指针指向数组中第一个存储空间，完成对存储空间的初始化。

二、接收过程：因为信号源的频率是40KHz左右，即约每25微秒发射一个比特。我们将CPU设定为每2.5微秒中断一次，在中断中采样信号电平，并记录；记录方法是，如果本次采样到的电平和上次相同，则存储空间中的计算值加1，如果本次采样的电平和上次采样到的不同，将指针值加1，并换下一个空间来存储，并置新存储空间初值为1。

三、结束接收：根据信号源的频率和标签卡号返回的比特数量计算出数据接收的时间；当超过预定时间后即判断数据接收完成。

四、对接收数据进行解码：以每2.5微秒中断一次计算的话，半个比特将可以采样5次，数组的连续两个空间数值为“5”将可以判断为是一个FMO编码的“0”，而一个数组空间数值为“10”，将可以判断为是一个FMO编码的“1”。我们对数组中的存储空间内的数据进行分析就可以得到标签返回的卡号信息了。

五、容错：

1、因为频率误差为±15％，由于频率变化问题，半个比特内采样到4次至6次将认为是正确的半个数据“0”，而采样到8次至12次也可认为是正确的数据“1”，这样就解决了标签频率不统一问题，而且因为计数是电平发生变化后重新开始，是从当前比特开始的，所以没有累积误差问题。

2、RFID标签发送的数据频率有±15％的误差，是指不同标签，或同一标签在不同时候发送数据时候频率也许有所不同，但在本次发送数据的几个毫秒时间内，频率一般变化不大。我们在数据接收完成后，对数据进行统计，看采样次数出现的概率，在8至12之间的记录中，出现概率最高的代表了此次数据的典型周期。比如说整个数组中，在8至12之间的记录中采样到11次的最多，采样到10次的是次多，采样到8次的是最少，那么此次数据的周期长于25uS的标准值。根据此次数据一个周期标准采样次数为11次左右，就可以认为采样到10次至12次是正确的数据“1”，因11÷2＝5.5，正确的半个数据“0”就为5次或6次，从而再进一步缩小范围，更有利于下面滤波。同理，当8至12之间的记录中，采样到9次的最多，那么可以判断出采样到4次或5次将认为是半个数据“0”，而采样到8次至10次可认为是数据“1”。

六、对数据进行滤波：因为无线电在空间传输过程中有可能会混合空间干扰，从而引起接收到的波形合并干扰，当遇到这些异常情况时，我们利用每个比特结尾都会发生电平跳变的特点，根据当前比特的上一个比特和下一个比特的电平状态来推断当前比特状态，从而过滤掉干扰信号，以下给出几个例子来说明本发明的实施方式：

1、如图9的情况，中间的那个比特为受干扰比特。我们根据上一个比特结尾时候是低电平，下一个比特开始时候也是低电平，两者电平相同，从而推测出中间比特全程为高电平，中间不应该有电平跳转，有电平跳变也只是干扰信号，进而根据FMO编码原则可以确定其数据为1。

同理，当遇到图10所示的情况，根据上一个比特结尾和下一个比特开始时候的电平相同，都是高电平的情况，可以推测出中间比特全程为低电平，所以可以确定受干扰比特为数据1；由于有干扰信号所以出现电平跳变。

图11所示的情况，根据上一个比特结尾和下一个比特开始时候的电平相同，都是高电平的情况，可以推测出中间比特全程为低电平，有电平跳变也只是干扰信号，所以可以确定受干扰比特为数据1，尽管该比特受到多个干扰，但我们只需要知道该比特未受干扰时的情况，也就是全程为低电平的情况，干扰的多少没有影响，因此就将干扰滤除了。

2、如图12的情况，中间的比特为受干扰比特，我们根据上一个比特结尾时候是低电平，下一个比特开始时候是高电平，两者电平不同，如果中间比特的电平是先低后高，则违反了FMO编码规则，因为前一个比特的电平延续太长了；从而推测出中间比特的电平是先高后低，中间有电平跳转，进而根据FMO编码原则可以确定其数据为0。同理，当遇到图13、图14所示的情况，根据上一个比特结尾和下一个比特开始时候电平不同的情况，可以确定受干扰比特为数据0，干扰的多少无需判断，进而将干扰滤除了。

3、见上述“五、容错”部分，具体运算举例，：

如附图9，我们依次接收到的采样数据是：A：高电平5次、B：低电平5次、C：高电平2次、D：低电平5次、E：高电平3次、F：低电平5次、G：高电平5次，并且假设已经根据容错第二步的方法得出本次数据每个比特周期采样次数为9到11次，那么A和B相加为10，在9到11之间，于是组成了第一个比特，并且此比特由两部分组成，也就说明中间有一次电平跳变，所以为数据0。

C和D两数相加得数为7，不在9到11之间，需要继续把E加上，2+5+3＝10，从而组成了第二个比特，因为受到干扰，不是由两个4至6的编号或一个9至11的数组成，不知道是数据0还是1，这样就需要根据前一个比特的结尾B为低电平，后一个比特的开始F也为低电平来判断，以此得出中间比特的电平应该是一直为高电平，从而知道是数据1，由于有干扰信号，所以有电平跳变。

后面的F和G相加为10，组成了第三个比特，它由两部分组成，中间有电平跳变，所以为数据0。

七、采样频率问题：本文举的例子是在采样频率设定为400KHz的情况下的，如果改变采样频率，每个周期采样到的次数将会发生改变，不过原理是不变的。例如采样频率设定为600KHz，那么对于40KHz(±15％)的信号源，每周期将会采样到15次左右，再结合±15％的误差考虑，采样到6次或9次将认为是脉冲宽度短，为半个数据0，而采样到12次至18次认为是脉冲宽度长，为数据1。

Claims (3)

1、超高频RFID阅读器基带信号解码方法，其特征在于：利用FMO编码特点，根据接收到每个比特的脉冲宽度来判断该比特对应的FMO编码是数据“0”还是“1”，如果脉冲宽度短则为“0”，如果脉冲宽度长则为“1”。

2、根据权利要求1所述的超高频RFID阅读器基带信号解码方法，其特征在于：利用当前比特的上一个比特结束时的电平及下一个比特的开始的电平状态对比来推断当前比特未受干扰时的状态，如果两个电平相同，则为“1”，如果两个电平不相同，则为“0”，从而过滤掉干扰信号。

3、根据权利要求1或2所述的超高频RFID阅读器基带信号解码方法，其特征在于：找出出现概率最高的采样值，并结合40KHz±15％的频率定义，推算出相对准确的频率范围。

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