CN101957907B - 移位m序列族扩展频谱并行应答RFID空中接口 - Google Patents

Abstract

本发明“移位m序列族扩展频谱并行应答RFID空中接口”属短距离通信领域，射频识别(RFID)技术。与超短波，微波RFID系统和设备设计有关。本发明提出标签并行应答，读写器并行接收RFID空中接口设计，读取效率更高，碰撞概率更低。本发明提出基于m序列的移位等价特性，构建移位m序列正交序列族，作为扩展频谱序列和应答信道接入用正交序列族。本发明利用m序列族的正交特性实现RFID读写器对多标签应答信号并行接收。本发明提出对同一个序列族的序列进行序列分组。形成正交序列组。RFID读写器可以按需要分配一个特定的序列，或特定的序列组。本发明提出由标签产生随机数随机选择应答序列，其选择范围局限于所应答读写器被指配的序列组。

Description

移位m序列族扩展频谱并行应答RFID空中接口

技术领域

本发明属于短距离通信领域，射频识别(RFID)技术。与甚高频(VHF)，超高频(UHF)，微波(MW)频段RFID空中接口系统和设备设计有关。 

背景技术

短距离通信是近年来异常活跃的新的技术领域之一。此中无线传感器网络(WSN)和射频识别(RFID)技术尤其突出，具有极大的产业前景。WSN与RFID同属短距离通信，所以技术上存在着某些共性。 

射频识别(RFID)空中接口技术的发展过程，是从低频到高频，再到超高频和微波的载波频率提升过程，也是作用距离从接触式到非接触式，从感应场应用到辐射场应用的发展过程。国际上适合于辐射场应用的最有代表性的技术规范是射频识别(RFID)系统的空中接口通信参数标准ISO/IEC 18000-4/-6/-7标准。，在这些标准中关于基本传输体制的规定中明确指出，直接序列扩展频谱(DSSS)为不被采用的技术。因此，国内外，未见有关直接序列扩展频谱(DSSS)技术在射频识别(RFID)空中接口应用中的研究与开发成果报道. 

直接序列扩展频谱(DSSS)技术在其它通信系统中的有广泛的应用，例如CDMA蜂窝移动通信系统IS-95中，以超长(2⁵²-1)位的m序列作为时间标准同步码，两个长度(2¹⁵-1)位的m序列作为扩展频谱码，以64位Walsh码作为用户接入码.在WCDMA系统中使用了优选m序列优选对产生Gold序列.在兰牙设计中，使用了m序列对多电平信号传输等. 

近有文章称用线性反馈移位寄存器取代RFID电子标签中的计数器，以控制命令选取的报道。根本未能发挥m序列在通信系统应用的技术优势。 

本发明在充分研究m序列的数学特征与RFID空中接口的应用环境的基础上，实现了利用移位m序列构建RFID空中接口新体制设计。 

本发明的应用需求源于超高频以上频段辐射场环境工作的RFID空中接口发射功率受限，需要更加有效地利用宝贵的频谱资源和有限的功率资源。 

现有的RFID应用系统，无一例外地属于单件应答设计，即无论现场有多少被读标签，每次成功应答的标签数不多于一个。如果出现多于一个标签同时应答，则进入防碰撞程序。因此产生了相应的防碰撞算法。其中最常用的是二进制树算法和ALOHA算法。因此，现行设计属于碰撞后处理的方法，任何时候只允许单个标签应答，影响读取效率。 

发明内容

本发明提出基于m序列的移位等价特性，构建移位m序列正交序列族，选用m序列族作为扩展频谱序列组，同时又作为应答信道接入用正交序列族。与蜂窝移动通信中，扩展频谱用m序列，信道接入用Walsh函数正交码组相比，设计简化，符合RFID应用的特殊需求。 

本发明利用m序列族的正交特性实现RFID读写器对多标签应答信号并行接收。个改变了RFID空中接口标签逐个接受应答的传统设计。 

本发明提出基于m序列的各态历经特性，对同一个移位等价序列族的序列进行分组。形成多个正交序列组。序列分组组数取2的倍数，即2组，4组或8组。序列组的代码长度为分组的2进制位数，对应2组，4组和8组的序列组代码分别为1位，2位和3位。并按以上分组确定代码长度，按照序列的初始状态的第一游程进行分组。第一游程相同的序列属于同一序列组。每个RFID读写器可以按需要被分配一个特定的序列，或特定的序列组 

本发明提出用序列组代码作为读写器代码。 

本发明提出由标签产生随机数随机选择应答序列，其选择范围局限于所应答读写器被指配的序列组。随机数取值小于等于序列组的序列数。标签应答过程的临时代码(简称标签临时代码)为序列的初始状态。标签临时代码由两部分组成。前半部分是读写器代码，后半部分，即序列初始状态除去序列组代码的剩余部分，是标签在该读写器所被指配的序列组中随机选定的序列号，由标签的随机数产生器在每次应答时选定。 

本发明利用移位m序列良好的正交特性，实行并行应答，允许多标签同时在多个码道上同时应答.当同时应答标签数小于或等于读写器并行接收的码道数时，一般不发生碰撞或较少发生碰撞。 

如果同时应答标签数大于读写器并行接收单元的码道数时，出现标签应答碰撞，读写器向产生碰撞的标签发送应答失败指令，碰撞标签重新产生随机数，选择码道进行再应答。只有在大量标签同时应答的情况下，读写器发送启动随机延时控制，让在场的标签分散在不同的时段上应答。 

附图说明

图1。并行应答扩展频谱标签 

标签接收到读写器发来的读取指令后，启动随机数发生器，产生随机数选择序列，由所选序列与应答数据模2相加后对载波进行BPSK调制。发送回读写器。 

图2。读写器多码道相干接收单元 

读写器的接收前端是一个多码道并联的相关接收单元。由于本发明采用了异步相关器，所以多码道并联的相关接收就变成了并联相关器组合。 

具体实施方式

1.m序列分组 

根据RFID系统配置需要，设计每个读写器可并行接收的码道数。例如取作4。则一个长度为(2⁴-1)位的m序列可以被分组。即m序列长度为15。但不限于此长度。 

序列长度为15的m序列本原多项式是可选的。例如选为： 

G(X)＝1+X³+X⁴

由此产生的15位m序列族4个分序列组如下表： 

表中各序列第一个2位为分组代码，读写器被分配该序列组时，也就成为读写器代码。表中各序列初始状态为序列的第一个4位。也就是标签临时接入码。标签每一次应答过程所应用的码道代码。表中各序列第二个2位为标签所产生的随机数。即随机数可取值为：00，01，10，11. 

如果希望获得更长的序列，例如选用31位m序列。可以有不同的分组方案。如4读写器分组。即4序列组每组7-8个序列，或8序列组每组7-8个序列，则读写器代码长度和标签随机数位数前者分别为2位3位.后者分别为3位2位。 

2.标签设计 

移位m序列族扩展频谱并行应答RFID空中接口所用的标签为随机选取m序列扩展频谱应答标签.如图1。 

随机选取m序列扩展频谱标签设计与固定m序列扩展频谱应答的标签设计基本相同，其差别仅在于增加了一个随机数发生器，和正交序列库。每次产生的扩展频谱序列是正交序列族中随机选取的一个序列，不是固定的序列。 

序列库可以用硬件，固件或软件不同的方法实现。硬件方法就是做一个线性反馈移位寄存器，固件的方法就是把序列族存入标签芯片中，软件方法就是由序列初始状态按本原多项式计算。 

3.读写器多码道相关接收单元设计 

移位m序列族扩展频谱并行应答RFID空中接口所用的读写器特点在于有一个多通道相关接收单元。 

读写器设计成多通道相关接收单元如图2。该读写器与固定直接序列扩展频谱应答的读写器设计基本相同。其差别在于读写器的相关解调接收是由多个并联的相关解调接收支路组成。每个支路分别对应不同标签发来的扩展频谱信号序列解扩。因此，读写器每个解扩支路的相关器抽头对应不同扩展频谱序列。所用序列是分配到该读写器正交序列组中的一个序列。 

Claims (1)

1.一种基于移位m序列正交序列族的扩展频谱并行应答RFID空中接口系统，包括：

电子标签，产生随机数以从扩展频谱序列组中随机选取扩展频谱序列，以及

读写器，具有多码道并行接收单元，该多码道并行接收单元由多个并联的解调接收支路组成，每个支路分别对应不同电子标签发来的扩展频谱序列的解扩；

其中，

扩展频谱序列组，是对移位m序列正交序列族内的序列进行分组，所形成的正交序列组，其中，移位m序列正交序列族是基于m序列的移位等价特性构建的；

所形成的正交序列组的组数为2组、4组或8组，正交序列组的代码长度为组数的2进制位数，即当正交序列组的组数为2组、4组、8组时，所对应的正交序列组的代码长度分别为1位，2位和3位；

将正交序列组分配给读写器时，正交序列组的代码就成为读写器代码；

电子标签应答过程的临时接入码由两部分组成：前半部分是读写器代码，后半部分是由电子标签的随机数产生器在每次应答时选定的，该临时接入码是电子标签每一次应答过程中所用的码道代码。

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