CN101136058A - 用于射频识别的阅读器到标签的信息传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于射频识别的阅读器到标签的信息传输方法，包括如下步骤：阅读器对预发送的数据进行编码；阅读器对已编码的数据进行调制；阅读器对已调制信号进行无线发送；标签接收来自阅读器的无线信号；标签对接收到的无线信号进行解调；标签对已解调的信号进行解码，得到发送数据。在RFID系统的阅读器到标签的链路中使用本发明的编码方法，比使用曼彻斯特编码能够给标签提供更多的能量，且信号带宽减少了。

Description

用于射频识别的阅读器到标签的信息传输方法

技术领域

本发明涉及一种无线通信技术，具体说，涉及一种用于射频识别的阅读器到标签的信息传输方法。

背景技术

无源射频识别(RFID，Radio Frequency Identify)是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID技术的基本工作原理如下：

标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(Active Tag，有源标签或主动标签)；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

在无源射频识别(RFID，Radio Frequency Identify)技术中，标签工作所需的能量是从来自阅读器的信号中提取的。因此，在阅读器到标签的信息传输过程中，需要采取一定的措施提高标签端获得的能量。通常会增加阅读器到标签的信号作用时间；另一种方法是，在由阅读器到标签的链路中，对数据进行编码时，尽量多的使用高电平，减少低电平的使用。例如，在ISO18000-6TYPEC中，采用了PIE编码。这种方法采用了相对于数据“0”更长的高电平来对数据“1”进行波形编码，以增加阅读器到标签的传输能量，但是传输效果不佳。

曼彻斯特编码是一种应用广泛的自同步编码，这种方法的好处是，在编码中带了丰富的定时和同步信息，又无直流漂移，且编码过程简单。它适用于射频识别中从阅读器到标签的信息传输。它是对每个二进制代码分别利用两个具有两个不同相位的二进制新代码去取代旧代码。

编码规则之一是：

0→01(零相位的一个周期方波)

1→10(π相位的一个周期方波)

在具体实现中，它是利用波形电平的变化来区分数据；电平由低变高时，代表数据“0”；电平由高变低时，代表数据“1”；且在符号周期的中间时刻变化。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种用于射频识别的阅读器到标签的信息传输方法，能够给标签提供更多的能量，且信号带宽减少了。

技术方案如下：

用于射频识别的阅读器到标签的信息传输方法，包括如下步骤：

(1)阅读器对预发送的数据进行编码；

(2)阅读器对已编码的数据进行调制；

(3)阅读器对已调制信号进行无线发送；

(4)标签接收来自阅读器的无线信号；

(5)标签对接收到的无线信号进行解调；

(6)标签对已解调的信号进行解码，得到发送数据。

进一步，步骤(1)中，所述预发送的数据为二进制代码，所述二进制代码利用曼彻斯特编码规则进行编码。

进一步，步骤(1)中，高电平或者低电平持续的时间能够调整。

进一步，步骤(1)中，对每个二进制代码分别利用两个具有两个不同相位的二进制代新码去取代。

进一步，步骤(1)中，二进制代码中，“0”用“01”代替，“1”用“10”代替。

进一步，二进制代码中，“1”用“01”代替，“0”用“10”代替。

进一步，步骤(1)中，“0”或者“1”采用一定时间长度的高电平波形表示。

进一步，步骤(1)中，“0”或者“1”采用一定时间长度的低电平波形表示。

进一步，步骤(1)中，“1”和“0”的持续时间和的长度为一个未编码的二进制比特的长度。

进一步，步骤(1)中，高电平的波形持续时间大于低电平的波形持续时间。

在RFID系统的阅读器到标签的链路中使用本发明的编码方法，比使用曼彻斯特编码能够给标签提供更多的能量，且信号带宽减少了。

附图说明

图1本发明的编码方法原理示意图；

图2本发明的编码方法使用实例示意图。

具体实施方式

用于射频识别的阅读器到标签的信息传输方法包括如下步骤：

(1)阅读器对预发送的数据进行编码。

A、对每个二进制代码分别利用两个具有2个不同相位的二进制代新码去取代。

编码规则之一是：

0-01(零相位的一个周期方波)

1-10(π相位的一个周期方波)

B、新码“1”采用一定时间长度的高电平波形表示；新码“0”采用一定时间长度的低电平波形表示。

C、新码“1”和“0”的持续时间和的长度为一个未编码的二进制比特的长度。

D、表示新码“1”的高电平的波形持续时间大于表示新码“0”的低电平的波形持续时间。

如图1所示，T_s为码元周期，t_high为波形中高电平持续时间，对应于编码中的新码的“1”，t_low为低电平持续时间，对应于编码中新码的“0”。数据“1”，对应编码“10”，波形为t_high长度的高电平；数据“0”，对应编码“01”，波形为t_low长度的低电平。其中，t_high和t_low的长度可进行调整。

当然，数据“1”，也可以对应编码“01”，数据“0”，也可以对应编码“10”。“01”只是表示低电平在前，高电平在后，“10”表示高电平在前低电平在后。

波形持续时间满足下式：

$\left\{\begin{array}{c}{t}_{\mathrm{high}}+t_{\mathrm{low}}=T_S\\ t_{\mathrm{high}}>t_{\mathrm{low}}\end{array}\right.---\left(1\right)$

(2)阅读器对已编码的数据进行调制。

(3)阅读器对已调制信号进行无线发送。

(4)标签接收来自阅读器的无线信号。

(5)标签对接收到的无线信号进行解调。

(6)标签对已解调的信号进行解码，得到发送数据。

如图2所示，对于给定的序列10011010的编码过程，其中：

$t_{\mathrm{high}}=\frac{3}{4}{T}_{S,}$ $t_{\mathrm{low}}=\frac{1}{4}{T}_{S.}$

在RFID系统的阅读器到标签的链路中使用本发明的编码方法，比使用曼彻斯特编码能够给标签提供更多的能量，且信号带宽减少了。

(1)编码携带能量分析

设每个比特提供给标签的能量为E_bit，由于该编码采用二进制码元符号发送，所以每个符号代表一个比特信息，故E_bit为每个码元符号所带的能量。若不考虑传输和电路损耗，则：

$E_{\mathrm{bit}}={\∫}_0^{T_s}p\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(2\right)$

p(t)为在码元周期上信号的功率，对于恒定的电平值功率为常数。

假设使用电压信号，高电平值为v_high，低电平值为v_low，则(2)式变为：

E_bit＝(v_high)²t_high+(v_low)²t_low    (3)

由于式(1)的限制，t_high>T_s/2，故采用本发明的编码所携带的能量比采用曼彻斯特编码多，其增加的能量为：

ΔE_bit＝(v_high ²-v_low ²)(t_high-T_s/2)    (4)

因为t_high>T_s/2，v_high>v_low，故上式大于0。

(2)编码后信号带宽分析

为了便于分析，假设新码符号波形为单极性归零，且新码“1”为高电平1，新码“0”为低电0。代表数据“1”和“0”的符号波形参照图1所示，设符号表达式分别为g₁(t)和g₀(t)，则由本发明的编码组成的随机序列的功率谱为：

$P\left(w\right)=f_{s}p(1-p)|G_1\left(f\right)-G_0{\left(f\right)|}^2+\underset{m=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{f}_s{[\mathrm{pG}\left(m{f}_s\right)+(1-p)G_0\left(m{f}_s\right)]}^2\mathrm{\δ}(f-m{f}_s)---\left(5\right)$

式中，p为g₁(t)的发送概率，1-p为g₀(t)的发送概率；f_s为发送符号的速率，G₁(f)和G₀(f)分别为g₁(t)和g₀(t)的频谱函数。

$G_1\left(f\right)=t_{\mathrm{high}}\left[\frac{\sin {\mathrm{\πft}}_{\mathrm{high}}}{{\mathrm{\πft}}_{\mathrm{high}}}\right]e^{-j2\mathrm{\πf}\left(\frac{T_s-t_{\mathrm{high}}}{2}\right)---\left(6\right)}$

$G_0\left(f\right)=t_{\mathrm{high}}\left[\frac{\sin {\mathrm{\πft}}_{\mathrm{high}}}{{\mathrm{\πft}}_{\mathrm{high}}}\right]e^{j2\mathrm{\πf}\left(\frac{T_s-t_{\mathrm{high}}}{2}\right)---\left(7\right)}$

将(6)、(7)代入(5)，并使p＝1/2，则功率谱为：

$P\left(w\right)=\frac{1}{4}{f}_s{\left|t_{\mathrm{high}}\right[\frac{{\sin \mathrm{\πft}}_{\mathrm{high}}}{{\mathrm{\πft}}_{\mathrm{high}}}\left]\right\{e^{-j2\mathrm{\πf}\left(\frac{T_s-t_{\mathrm{high}}}{2}\right)}{-e}^{-2\mathrm{\πf}\left(\frac{T_s-t_{\mathrm{high}}}{2}\right)}\left\}\right|}^2+$

$\begin{array}{c}\underset{m=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{|\frac{1}{2}{f}_s{t}_{\mathrm{high}}\left[\frac{{\sin \mathrm{\πmf}}_s{t}_{\mathrm{high}}}{{\mathrm{\πmf}}_s{t}_{\mathrm{high}}}\right]\{e^{-j2\mathrm{\πm}{f}_s\left(\frac{T_S-t_{\mathrm{high}}}{2}\right)}+e^{j2\mathrm{\πm}{f}_s\left(\frac{T_s-t_{\mathrm{high}}}{2}\right)}\}|}^2*\\ \mathrm{\δ}(f-m{f}_s)\end{array}$

分析上式，第一部分为连续谱，第二部分为离散谱；谱的宽度取决于第一个零点，即 $f=\frac{1}{t_{\mathrm{high}}}$ 的频点。而对于曼彻斯特编码， $t_{\mathrm{high}}=\frac{T_s}{2},$ 故本发明的编码方法使得编码后的信号频谱带宽小于曼彻斯特编码信号，同时提供丰富的离散分量。

Claims (10)

1.一种用于射频识别的阅读器到标签的信息传输方法，包括如下步骤：

(1)阅读器对预发送的数据进行编码；

(2)阅读器对已编码的数据进行调制；

(3)阅读器对已调制信号进行无线发送；

(4)标签接收来自阅读器的无线信号；

(5)标签对接收到的无线信号进行解调；

(6)标签对已解调的信号进行解码，得到发送数据。

2.根据权利要求1所述的用于射频识别的阅读器到标签的信息传输方法，其特征在于，步骤(1)中，所述预发送的数据为二进制代码，所述二进制代码利用曼彻斯特编码规则进行编码。

3.根据权利要求2所述的用于射频识别的阅读器到标签的信息传输方法，其特征在于，步骤(1)中，高电平或者低电平持续的时间能够调整。

4.根据权利要求2所述的用于射频识别的阅读器到标签的信息传输方法，其特征在于，步骤(1)中，对每个二进制代码分别利用两个具有两个不同相位的二进制代新码去取代。

5.根据权利要求3所述的用于射频识别的阅读器到标签的信息传输方法，其特征在于，步骤(1)中，二进制代码中，“0”用“01”代替，“1”用“10”代替。

6.根据权利要求3所述的用于射频识别的阅读器到标签的信息传输方法，其特征在于，二进制代码中，“1”用“01”代替，“0”用“10”代替。

7.根据权利要求5或者6任一项所述的用于射频识别的阅读器到标签的信息传输方法，其特征在于，步骤(1)中，“0”或者“1”采用一定时间长度的高电平波形表示。

8.根据权利要求5或者6任一项所述的用于射频识别的阅读器到标签的信息传输方法，其特征在于，步骤(1)中，“0”或者“1”采用一定时间长度的低电平波形表示。

9.根据权利要求5或者6任一项所述的用于射频识别的阅读器到标签的信息传输方法，其特征在于，步骤(1)中，“1”和“0”的持续时间和的长度为一个未编码的二进制比特的长度。

10.根据权利要求5或者6任一项所述的用于射频识别的阅读器到标签的信息传输方法，其特征在于，步骤(1)中，高电平的波形持续时间大于低电平的波形持续时间。

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