CN101673195A - 一种射频识别中的信息传输方法、系统和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频识别中的信息传输方法，包括：阅读器将需要发送的数据信息经编码、调制后形成调制信号，并将调制信号发送给标签；该调制信号的帧格式中包含帧同步码，该帧同步码由10位二进制代码构成，代码极性的顺序依次为：V1 V1 V2 V2 V2 V1 V2 V2 V1 V2，V1表示低电平，V2表示高电平，该帧同步码的构成为：低低高高高低高高低高。本发明公开了一种射频识别中的信息传输系统，解决了现有帧同步码技术自相关性能不佳，不适宜判决数据起始时刻的问题。

Description

一种射频识别中的信息传输方法、系统和装置

技术领域

本发明涉及无线通信中的射频识别技术，尤其涉及一种射频识别中的信息传输方法、系统和装置。

背景技术

射频识别(RFID，Radio Frequency Identify)是一种非接触式的自动识别技术，其通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，且识别操作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID系统包括读写器和标签(或应答器)，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。

射频识别分为无源射频识别和有源射频识别，两者的本质区别在于标签端。无源射频识别的标签是从阅读器发射的波形中获取能量，而有源射频识别的标签自身有能源供应。

RFID系统的工作原理如图1所示，阅读器通过调制射频载波信号发送信息到一个或多个标签；阅读器将数据信息经编码、幅移键控(ASK，Amplitude ShiftKeying)调制后形成射频载波信号，经过无线信道传给标签。阅读器不停的向标签发送连续载波(CW，Continuous Wave)，以背向散射标签返回的信息；如果是无源射频识别，则发送连续载波还用于向标签提供能量。阅读器和标签之间的通信是半双工的。

标签主要由天线、射频单元、逻辑单元和存储器构成，标签从阅读器获得的能量一部分被内部电路消耗，一部分通过天线发射出去。为了增大阅读器和标签之间的通信距离，在阅读器灵敏度一定的条件下，要求标签的天线尽可能发射更多的能量。因此，在阅读器发射功率、标签发射系数一定的情况下，要求阅读器发送信息的高电平分量尽量多，而标签编码信息中的低电平分量尽量多。标签接收到阅读器的命令后，将要发送的数据信息经编码、调制后形成调制信号发送给阅读器。

在射频识别通信中，通信是以帧的形式传输的，帧包括帧头、分隔符(帧同步码)、命令、参数、数据和校验等，帧头提供位同步时刻，帧同步码提供数据的开始时刻。评价帧同步码性能好坏的一个主要准则是帧同步码的自相关性能，自相关性能越好，越易实现帧同步。一个帧同步码的自相关性能越好，选取合理的判决门限，则其漏同步的概率也就越低；当帧同步码中不满足编码规则的码字越多，其假同步的概率就越低。

图2给出了现有18000-6B协议中阅读器到标签方向帧结构的分隔符1，该分隔符长度为10比特，含有3个不满足曼彻斯特编码规则的码字，即C1、C2为两个连续的高电平，不满足曼彻斯特编码规则；C3、C4为两个连续的低电平，不满足曼彻斯特编码规则；C5、C6为两个连续的高电平，也不满足曼彻斯特编码规则；C7、C8为一高一低电平，满足曼彻斯特编码规则；C9、C10为一高一低电平，也满足曼彻斯特编码规则。该分隔符1的优点在于能够降低假同步的概率。

通常采用局部自相关函数计算帧同步码的自相关性，对于帧同步码组{x₁，x₂，...，x_n}，其局部自相关函数可以表示为：

$R\left(j\right)=\underset{i=1}{\overset{n-j}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{x}_{i+j}---\left(1\right)$

从上式可以看出，对应不同的j值，就会有不同的自相关函数值。其中，计算方式是码组成员x_i(i＝1，2，...，n)高电平对应“1”，低电平对应“-1”。这样，当j＝0时，R(j)的取值最大。自相关函数图就是以j为横轴，以R(j)为纵轴所得到的图形。

图3所示的帧同步码识别器，可以看成一个滑动相关器。以18000-6B协议中阅读器到标签方向的分隔符1为例介绍其工作原理。识别器由10级移位寄存器、相加器和判决器构成。移位寄存器中已经存在10位分隔符1，当10位分隔符1从右向左依次进入时，按照(1)式计算，就会得到自相关函数值，当10位分隔符1完全进入移位寄存器时，自相关函数值最大，最大值为10。当判决门限为8，且最后一位0进入时，判决器输出一帧同步脉冲，表示一帧的开头。

参照图4所示，是18000-6B协议中阅读器到标签方向帧结构的分隔符1的自相关函数图。可以看出，其最大峰值为P＝10，次峰值(又称为主旁瓣)为S＝3。帧同步码自相关性能的好坏通常用“峰值同主旁瓣的比值”表示，即“P2SLR”，其单位为分贝(dB)。阅读器到标签方向分隔符1自相关性能的计算式为：P2SLR＝10log10(10/3)＝5.23dB，因而，18000-6B协议分隔符1的自相关性能为5.23dB。

综上所述，在现有的射频识别标准18000-6B中，阅读器到标签方向的编码方式为曼彻斯特编码，其帧同步码的自相关性能仅为5.23dB，自相关性能不佳，不便于找到一帧的开始时刻。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种射频识别中的信息传输方法、系统和装置，以解决现有帧同步码技术自相关性能不佳，不适宜判决数据起始时刻的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所提供的一种射频识别中的信息传输方法，该方法包括：

阅读器将需要发送的数据信息经编码、调制后形成调制信号，并将所述调制信号发送给标签；所述调制信号的帧格式中包含帧同步码，所述帧同步码由10位二进制代码构成，代码极性的顺序依次为：V1 V1 V2 V2 V2 V1 V2 V2 V1V2，所述V1表示低电平，V2表示高电平，所述帧同步码的构成为：低低高高高低高高低高。

该方法进一步包括：所述标签接收所述调制信号，并进行解调、解码后，得到所述数据信息。

当所述数据信息采用能量增强型编码(EEC)时，帧同步码所对应的EEC解码符号依次为：V101V；其中，所述V表示违反EEC编码规则。

所述调制信号的帧格式包括：帧头、帧同步码、命令、参数、数据和校验码。

本发明所提供的一种射频识别中的信息传输系统，该系统包括：阅读器和标签，其中，

所述阅读器，用于将需要发送的数据信息经编码、调制后形成调制信号，并将所述调制信号发送给所述标签；所述调制信号的帧格式中包含帧同步码，所述帧同步码由10位二进制代码构成，代码极性的顺序依次为：V1 V1 V2 V2V2 V1 V2 V2 V1 V2，所述V1表示低电平，V2表示高电平，所述帧同步码的构成为：低低高高高低高高低高；

所述标签，用于对来自阅读器的调制信号进行接收、解调、解码后，得到所述数据信息。

所述阅读器对信息采用EEC编码，相应的，帧同步码所对应的EEC解码符号依次为：V101V；其中，所述V表示违反EEC编码规则。

所述调制信号的帧格式包括：帧头、帧同步码、命令、参数、数据和校验码。

本发明所提供的一种阅读器，包括：

编码模块，用于对需要发送的数据信息进行编码；

调制模块，用于对编码后的数据进行调制，形成调制信号；所述调制信号的帧格式中包含帧同步码，所述帧同步码由10位二进制代码构成，代码极性的顺序依次为：V1 V1 V2 V2 V2 V1 V2 V2 V1 V2，所述V1表示低电平，V2表示高电平，所述帧同步码的构成为：低低高高高低高高低高；

信号发送模块，用于将所述调制信号发送给标签。

所述编码模块采用EEC编码，相应的，帧同步码所对应的EEC解码符号符号依次为：V101V；其中，所述V表示违反EEC编码规则。

所述调制信号的帧格式包括：帧头、帧同步码、命令、参数、数据和校验码。

本发明所提供的一种射频识别中的信息传输方法、系统和装置，克服了现有帧同步码技术中自相关性能不佳，不适宜判决数据起始时刻的缺陷。通过在阅读器上采用能量增强型编码(EEC)编码，能够为标签提供较多的能量；通过重新定义帧同步码的格式，提高了帧同步码的自相关性能，相比18000-B协议曼彻斯特帧同步码，自相关性能由5.23dB提高到6.99dB；此外，该帧同步码更适宜用作EEC码的前向帧格式。

附图说明

图1为现有技术中RFID系统的工作原理示意图；

图2为现有协议中阅读器到标签方向帧结构的分隔符1的波形图；

图3为现有技术中帧同步码识别器的结构示意图；

图4为现有协议中阅读器到标签方向帧结构的分隔符1的自相关函数图；

图5为本发明一种射频识别中的信息传输方法的流程图；

图6为本发明中EEC编码的一种编码序列的示意图；

图7为本发明中阅读器到标签方向的调制信号的帧结构示意图；

图8为本发明中的帧同步码的波形图；

图9为本发明中的帧同步码的自相关函数图；

图10为本发明一种射频识别中的信息传输系统的组成结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。

为解决现有帧同步码技术自相关性能不佳，不适宜判决数据起始时刻的缺陷，本发明所提供的一种射频识别中的信息传输方法，其核心思想为：阅读器将需要发送的数据信息经编码、调制后形成调制信号，并将该调制信号发送给标签；该编码采用能量增强型编码(EEC，Energy Enhanced Code)，该调制信号的帧格式中包含帧同步码，帧同步码中高、低电平的数量不同，且帧同步码的码字中包含三个连续的极性相同的高电平；标签对来自阅读器的调制信号进行接收、解调、解码后，得到调制信号中的信息。

下面结合图5对本发明的信息传输方法进行详细阐述，如图5所示，该方法主要包括以下步骤：

步骤501，阅读器对待发送的二进制数据进行编码。

所述编码为EEC编码，其是一种能量增强型编码，能为标签提供较多的能量，是一种适宜于阅读器到标签方向的编码。如图6所示，图6给出了EEC码的一个编码序列。EEC的编码规则是：数据0和数据1是等长编码；数据0被编码为10两个比特；数据1中间无相位跳变，一般用高电平表示；当连续三个数据1时，第三个数据1用两个低电平表示。

步骤502，阅读器对编码数据进行调制。

阅读器首先将编码数据组成帧，然后再进行幅度调制。所述帧格式如图7所示，共有六部分组成：帧头、分隔符(帧同步码)、命令、参数、数据和校验码。其中分隔符的结构决定了能否正确解析一帧数据的开始时刻。

本发明所提出的一种帧同步码，如图8所示，该帧同步码由10位二进制代码构成，依次用G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7、G8、G9、G10表示。帧同步码的两个极性分别用V1和V2表示，V1表示低电平，V2表示高电平；由此可以看出，图8中10位二进制代码极性的顺序依次为：V1 V1 V2 V2 V2 V1 V2V2 V1 V2，即描述为“低低高高高低高高低高”。其中，V1和V2的数量分别为4和6，高电平的数量较多，从而采用该帧同步码能为标签提供较多的能量，适用于阅读器到标签方向的信息传输。

该帧同步码还有一个优点，即码字中G3、G4、G5是3个连续的高电平，而且码字中不包含3个连续的低电平，这种结构应用于阅读器到标签方向的通信中，能为标签提供较多的能量。

由于帧同步码的码字个数为10位，是偶数，因此可以进行EEC编码。如图8所示，如果进行EEC解码，则标签解码得到符号依次为：“V”、“1”、“0”、“1”、“V”。其中，“V”表示违反EEC编码规则。

步骤503，阅读器对已调制信号进行无线发送。

步骤504，标签接收来自阅读器的调制信号。

在无源RFID系统中，来自阅读器的调制信号首先被标签的天线接收，然后传给标签的射频电路，唤醒标签，解调阅读器信号。

步骤505，标签对接收的调制信号进行解调。

标签对来自阅读器的射频信号进行包络检波，将射频信号转化为基带信号；首先根据帧头，找到位同步时刻；然后通过图3所示的帧同步判决方法，将基带信号的帧同步码信息解调出来，找到一帧的开始位置，具体方法是：当帧同步信号0011101101完全进入帧同步码识别器时，此时自相关函数值最大为10，当选取判决门限为8时，在帧同步码中最后一个1进入识别器的情况下，输出一个帧同步脉冲，找到了一帧数据的开始位置。

步骤506，标签对已解调的信号进行解码，得到二进制数据。

当找到数据信息的开始位置后，就可以对基带数据信号进行EEC解码，恢复出阅读器发射的二进制数据。

从图9所示本发明的帧同步码的自相关函数图中可以看出，在相关偏移量为0时，自相关函数取得最大值，最大值为P＝10，旁瓣最大值为S＝2，因此P2SLR的值为6.99dB。其性能明显优于18000-6B协议中用于阅读器到标签方向的分隔符1。因此，在上述步骤506中，标签较容易判决出一帧的开始时刻。

为实现上述射频识别中的信息传输方法，本发明还提供了一种射频识别中的信息传输系统，如图10所示，该系统包括：阅读器11和标签12。其中，阅读器11，用于将需要发送的数据信息经编码、调制后形成调制信号，并将调制信号发送给标签12。所述的编码为EEC编码，调制信号的帧格式中包含帧同步码，帧同步码中高、低电平的数量不同，且帧同步码的码字中包含三个连续的极性相同的高电平。标签12，用于对来自阅读器11的调制信号进行接收、解调、解码后，得到调制信号中的信息。

其中，帧同步码由10位二进制代码构成，代码极性的顺序依次为：V1 V1V2 V2 V2 V1 V2 V2 V1 V2，V1表示低电平，V2表示高电平，帧同步码的构成即为：低低高高高低高高低高。当调制信号采用EEC编码时，标签12解码得到的符号依次为：V101V；其中，V表示违反EEC编码规则。

综上所述，本发明通过在阅读器上采用EEC编码，能够为标签提供较多的能量；通过重新定义帧同步码的格式，提高了帧同步码的自相关性能，相比18000-B协议曼彻斯特帧同步码，自相关性能由5.23dB提高到6.99dB；此外，该帧同步码更适宜用作EEC码的前向帧格式。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种射频识别中的信息传输方法，其特征在于，该方法包括：

阅读器将需要发送的数据信息经编码、调制后形成调制信号，并将所述调制信号发送给标签；所述调制信号的帧格式中包含帧同步码，所述帧同步码由10位二进制代码构成，代码极性的顺序依次为：V1 V1 V2 V2 V2 V1 V2 V2 V1V2，所述V1表示低电平，V2表示高电平，所述帧同步码的构成为：低低高高高低高高低高。

2、根据权利要求1所述射频识别中的信息传输方法，其特征在于，该方法进一步包括：所述标签接收所述调制信号，并进行解调、解码后，得到所述数据信息。

3、根据权利要求1或2所述射频识别中的信息传输方法，其特征在于，当所述数据信息采用能量增强型编码(EEC)时，帧同步码所对应的EEC解码符号依次为：V101V；其中，所述V表示违反EEC编码规则。

4、根据权利要求1或2所述射频识别中的信息传输方法，其特征在于，所述调制信号的帧格式包括：帧头、帧同步码、命令、参数、数据和校验码。

5、一种射频识别中的信息传输系统，其特征在于，该系统包括：阅读器和标签，其中，

所述阅读器，用于将需要发送的数据信息经编码、调制后形成调制信号，并将所述调制信号发送给所述标签；所述调制信号的帧格式中包含帧同步码，所述帧同步码由10位二进制代码构成，代码极性的顺序依次为：V1 V1 V2 V2V2 V1 V2 V2 V1 V2，所述V1表示低电平，V2表示高电平，所述帧同步码的构成为：低低高高高低高高低高；

所述标签，用于对来自阅读器的调制信号进行接收、解调、解码后，得到所述数据信息。

6、根据权利要求5所述射频识别中的信息传输系统，其特征在于，所述阅读器对信息采用EEC编码，相应的，帧同步码所对应的EEC解码符号依次为：V101V；其中，所述V表示违反EEC编码规则。

7、根据权利要求5或6所述射频识别中的信息传输系统，其特征在于，所述调制信号的帧格式包括：帧头、帧同步码、命令、参数、数据和校验码。

8、一种阅读器，其特征在于，包括：

编码模块，用于对需要发送的数据信息进行编码；

调制模块，用于对编码后的数据进行调制，形成调制信号；所述调制信号的帧格式中包含帧同步码，所述帧同步码由10位二进制代码构成，代码极性的顺序依次为：V1 V1 V2 V2 V2 V1 V2 V2 V1 V2，所述V1表示低电平，V2表示高电平，所述帧同步码的构成为：低低高高高低高高低高；

信号发送模块，用于将所述调制信号发送给标签。

9、根据权利要求8所述阅读器，其特征在于，所述编码模块采用EEC编码，相应的，帧同步码所对应的EEC解码符号符号依次为：V101V；其中，所述V表示违反EEC编码规则。

10、根据权利要求8或9所述阅读器，其特征在于，所述调制信号的帧格式包括：帧头、帧同步码、命令、参数、数据和校验码。

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