CN101957908A - Rfid读写器天线接收的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种RFID读写器天线接收的方法和装置，要解决的技术问题是提高读写器对电子标签读取的成功率。本发明的方法：电子标签的反射信号由发射天线接收后，通过射频开关单元配分的一路通路由耦合器输出到接收电路单元的一路接收电路，另一个以上天线接收该反射信号后，经射频开关单元配分的另一路以上通路直接输入到收电路单元的另一组以上接收电路。本发明的装置，发射天线有一个以上，发射天线和接收电路单元之间连接有射频开关单元。本发明与现有技术相比，电子标签反射信号经过射频开关单元同时选择多个天线端口来接收，实现电子标签回波信号的空间分集接收，提高RFID读写器多标签读取成功率。

Description

RFID读写器天线接收的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种射频识别读写器接收信号的方法和装置，特别是一种射频识别读写器天线接收信号的方法和装置
背景技术
目前，射频识别RFID的应用与推广已日趋成熟和广泛，RFID读写器又是RFID的重要部分，在实际应用中人们对读写器有效读取多电子标签有严格的要求。RFID读写器通常由多个天线分时工作，并且多个天线安装在RFID读写器不同的位置，在RFID读写器发射载波信号激活电子标签时，只有其中的一个天线在发射射频信号，接收电子标签的反射信号时也由该发射载波信号的天线担任，这样就存在在多电子标签环境中，某些电子标签的回波信号未被读取，造成多电子标签读取成功率低的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种RFID读写器天线接收的方法和装置，要解决的技术问题是提高读写器对电子标签读取的成功率。
本发明采用以下技术方案：一种RFID读写器天线接收的方法，包括以下步骤：一、发射电路单元产生功率为20-30dBm、频率为840-960MHz的载波信号，经耦合器、射频开关单元配分的一路通路、发射天线发射；二、电子标签的反射信号由发射天线接收后，通过射频开关单元配分的一路通路由耦合器输出到接收电路单元的一路接收电路；电子标签的反射信号同时通过另一个以上天线接收后，经射频开关单元配分的另一路以上通路直接输入到收电路单元的另一组以上接收电路；三、接收电路对各自接收的电子标签反射信号进行放大、解调、基带数据信号放大，向数字信号处理单元输出；四、数字信号处理单元对两路以上回波信号进行采样、解码、校验，完成与电子标签的正常通信。
本发明的数字信号处理单元采用校验正确的接收信号作为电子标签的有效数据信号。
本发明的数字信号处理单元校验两路以上回波信号正确，则随机采用。
本发明的数字信号处理单元校验方法采用ISO/IEC13239 CRC-16规定的算法。
本发明的发射电路单元的频率综合发生器产生频率为840-960MHz的本振信号，本振信号与数字信号处理单元的波形成型电路产生的调制信号在调制器中混频，由调制器输出已调制的载波信号，载波信号输入到功率放大器中被放大到功率为20-30dBm的信号，所述波形成型电路有现场可编程门阵列与数字/模拟转换器构成。
本发明的电子标签的反射信号由发射天线接收后，通过射频开关单元配分的一路通路由耦合器输出到接收电路单元的一路接收电路；电子标签的反射信号同时通过另一个天线接收后，经射频开关单元配分的另一路通路直接输入到收电路单元的另一组接收电路。
一种RFID读写器天线接收的装置，由发射天线和接收电路单元构成接收通道，所述发射天线有一个以上，发射天线和接收电路单元之间连接有射频开关单元；发射天线经射频开关单元分配的一路通路、耦合器和接收电路单元的一组接收电路构成一路接收通道，另一个以上发射天线经射频开关单元分别配分的另一路以上通路和接收电路单元的另一组以上接收电路构成另一路以上的接收通道；射频开关单元分配的每路通路连接一路接收电路。
本发明的接收通道有两条，发射天线经射频开关单元分配的一路通路、耦合器和接收电路单元的一组接收电路构成一路接收通道，另一个发射天线经射频开关单元配分的另一路通路和接收电路单元的另一组接收电路构成。
本发明的天线为四个，所述射频开关单元采用四个，每两个天线分别接一个射频开关的两个输出触点，这两个射频开关的输入触点接另两个射频开关的两个输出触点，该另两个射频开关的两个输入触点分别接两个接收电路。
本发明的射频开关采用MASWSS0143。
本发明与现有技术相比，发射电路单元提供功率足够大的射频信号，由射频开关单元来控制发射天线端口和接收天线端口，电子标签反射信号经过射频开关单元同时选择多个天线端口来接收，输出电子标签回波基带信号到数字信号处理单元进行采样解码校验，RFID读写器能够同时接收同一电子标签多路信号，实现电子标签回波信号的空间分集接收，再由数字信号处理单元校验判定正确的信号，提高RFID读写器多标签读取成功率。
附图说明
图1是本发明实施例的电路原理图。
具体实施方案
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。如图1所示，本发明的RFID读写器天线接收的方法，包括以下步骤：
一、发射电路单元产生功率为20-30dBm、频率为840-960MHz的载波信号。由发射电路单元的频率综合发生器产生频率为840-960MHz的本振信号，提供给调制器产生调制载波信号，同时提供给接收电路的解调器进行零中频的解调，本振信号与RFID读写器的数字信号处理单元的波形成型电路产生的调制信号在调制器中混频，由调制器输出已调制的载波信号，载波信号输入到功率放大器中被放大到功率为20-30dBm的信号。波形成型电路由数字信号处理单元的现场可编程门阵列FPGA与数字/模拟D/A转换器构成。
二、射频开关单元通过四个以上射频开关的通断组合，分别选择载波信号发射的天线端口和电子标签反射信号接收天线端口，以实现RFID读写器与两路以上电子标签通信，RFID读写器同时接收两路以上电子标签反射信号。
如图1所示，RFID读写器的天线为四个，采用四个射频开关，每两个天线分别接一个射频开关(切换触点开关)的两个输出触点，这两个射频开关的输入触点接另两个射频开关的两个输出触点，该另两个射频开关的两个输入触点分别接不同的接收电路。每个天线同时用来作发射阅读信号和接收电子标签的回波信号。在读取多电子标签时，由于电子标签回波信号具有散射性，为更好的收集电子标签信息，在不同的位置或方位安装该四个接收天线，增加一路附加的接收通路，可大大提高对多电子标签环境中的阅读成功率。
射频开关单元的工作原理：正常发射接收采用第1天线，则第0射频开关的第1、2触点接通与第1射频开关的第1、2触点接通。附加接收通路是第2射频开关的第1、2触点(或1、3触点)接通，第3射频开关的第1、3触点接通。这样可以保证发射出去的大功率阅读信号不会进入接收通路，同时电子标签返回的弱信号可以通过附加天线直接进入附加的第1接收电路进行阅读。
正常发射接收如用第2天线，则第0射频开关的第1、2触点接通，第1射频开关的第1、3触点接通。附加接收通路是第2射频开关的第1、2触点(或第1、3触点)接通，第3射频开关的1、3触点接通。
正常发射接收如用第3天线，则第0射频开关的第1、3触点接通，第2射频开关的第1、2触点接通。附加接收通路是第1射频开关的第1、2触点(或第1、3触点)接通，第3射频开关的第1、2触点接通。
正常发射接收如用第4天线，则第0射频开关0的第1、3触点接通，第2射频开关的第1、3触点接通。附加接收通路是第1射频开关的第1、2触点(或第1、3触点)接通，第3射频开关的第1、2触点接通。
三、电子标签的反射信号由发射天线接收后，通过射频开关单元由耦合器耦合输出到接收电路单元的一路接收电路；电子标签反射的射频信号同时通过另一天线接收后，经射频开关单元直接输入到收电路单元的另一接收电路。两路接收通道收到的信号由于接收天线在不同的空间位置或方位上，接收到电子标签返回的散射信号的强度是不会完全相同的，也就是说第1天线能接收到的电子标签信号，第3天线(或第4天线)不一定能有效接收到。同样第3天线(或第4天线)能接收到的电子标签信号，第1天线不一定能有效接收到。这样一来就可以改善使用单一天线时可能发生的不能有效接收到电子标签返回信号的可能，增大标签有效读取的概率。特别是在多电子标签使用环境中能大大提高电子标签有效读取的成功率。同样的道理多天线情况可依此类推。
四、接收电路对各自接收的电子标签反射信号进行放大、解调、基带数据信号放大，并向数字信号处理单元输出。
五、数字信号处理单元对多路回波信号同时进行采样、解码、校验，最终完成与电子标签的正常通信，数字信号处理单元优先采用校验正确的接收信号作为电子标签的有效数据信号，如校验都正确则随机采用。数字信号处理单元校验方法采用ISO/IEC13239 CRC-16规定的算法。
如图1所示，本发明的RFID读写器天线接收的装置，由发射电路单元、接收电路单元、数字信号处理单元、射频开关单元和天线组成，
所述发射电路单元，由顺序连接的频率综合发生器、调制器、功率放大器、耦合器构成。频率综合发生器产生840-960MHz频率的本振信号，提供给调制器和接收电路单元，调制器将调制信号调制到840-960MHz本振信号上，实现幅移键控ASK调制得到载波信号，功率放大器将载波信号的功率放大，保证有足够的能量完成与电子标签的通信，耦合器单元用于分离发射信号和电子标签返回的接收信号。
所述接收电路单元，由两组接收电路组成：即第0接收电路和第1接收电路组成，每组接收电路由顺序连接的低噪声放大器、解调器、基带信号放大器构成。解调器接收频率综合发生器的本振信号。低噪声放大器将电子标签反射的射频信号放大，解调器单元提取电子标签反射的回波基带数据信号，基带信号放大器放大解调器输出的电子标签反射的回波基带数据信号。
所述数字信号处理单元，包括模拟/数字A/D转换器、现场可编程门阵列FPGA及数字信号处理DSP单元。A/D转换器将基带信号放大器放大的电子标签反射的回波基带信号采样，FPGA处理A/D转换器输出的数字信号，进行解码校验，DSP单元用于数据信号分析和处理。调制器的调制信号由数字信号处理DSP单元产生数据源经过现场可编程门阵列FPGA进行波形合成处理后由D/A转换器输出而成。耦合器完成射频信号的收发分离，检波器完成标签回波信号的同步检波。
所述射频开关单元，由四个射频开关0-3组成，第1射频开关的第2、3触点分别接第1天线、第2天线，第2射频开关的第2、3触点分别接第3天线、第4天线，第1射频开关的第1触点接第0射频开关的第2触点、第3射频开关的第2触点，第2射频开关的第1触点接第0射频开关的第3触点、第3射频开关的第3触点，第3射频开关的第1触点接第1接收电路的低噪声放大器。通过四个射频开关0-3的通断组合，第0射频开关的第1触点接耦合器输出端。耦合器隔离端接第0接收电路的低噪声放大器。实现多个天线同时接收电子标签的反射信号。
所述天线的设置为并行接收的天线能够覆盖需要识别的电子标签群即可，其分布位置和角度在RFID读写器结构内方便设置即可。
射频开关单元控制发射天线端口和接收天线端口，发射端口的选择为：如果选择第1天线为发射端口，耦合器输出的放大载波信号经第0射频开关的第1触点、第2触点，第1射频开关的第1触点、第2触点至第1天线，这样RFID读写器的发射端口就选择了天线1。
接收端口的选择为：因为RFID读写器在读电子标签时一直在发射射频信号，在选择接收端口时，第0射频开关和第1射频开关的状态是不能改变的。多路接收端口中有一路是此前所选择的发射端口，并且此端口接收的电子标签反射回的射频信号一定是通过第0射频开关的第1触点，再经过耦合器耦合到第0接收电路。当第1天线为发射端口时，那另外一路电子标签回波接收通路的接收端口只能选第3天线或第4天线。若选择第3天线为接收端口，那第2射频开关的第1触点连向第2触点，第3射频开关的第3触点连向第1触点，这样电子标签的另外一路反射回的射频信号就会通过第3天线，而不经过耦合器直接输入到第1接收电路。
所述射频开关单元构成的接收通道可以是两路以上，配合有两组以上接收电路。
实施例1，频率综合发生器技术参数：工作电压5V±0.25V、频率范围840-960MHz、输出功率2dBm±1dB、频率稳定度优于10ppm。调制器采用AD8345，工作频率140-1000MHz。功率放大器采用RF3196，工作频率范围840-960MHz、增益32dB。耦合器技术参数为：840-960MHz整个频段内插损不大于1dB、耦合度为20dB、隔离度为40dB。两组接收电路的低噪声放大器采用ATF-54143C，增益为20dB、P1dBin为0dBm、噪声系数0.5dB。解调器采用ADL5382，工作频率7002700MHz，噪声系数14dB、电压增益4dB、解调带宽370MHz。基带信号放大器(差分放大器)采用TC6420-20，通道隔离度80dB、工作带宽1800MHz、幅度噪声1nV/√Hz(根号√)、噪声系数6.2dB。数字信号处理单元采用XC3S700A、MAX19712ETN和ADSP-BF518，其中数字信号处理器DSP ADSP-BF518为核心控制单元，现场可编程门阵列FPGA XC3S700A为协处理器，其直接控制混合信号处理前端MAX19712ETN。四个射频开关0-3采用TYCO MASWSS0143。天线采用阻抗50欧、增益大于0dBi的能够应用于UHF频段的RFID天线。

Claims (10)

1.一种RFID读写器天线接收的方法，包括以下步骤：一、发射电路单元产生功率为20-30dBm、频率为840-960MHz的载波信号，经耦合器、射频开关单元配分的一路通路、发射天线发射；二、电子标签的反射信号由发射天线接收后，通过射频开关单元配分的一路通路由耦合器输出到接收电路单元的一路接收电路；电子标签的反射信号同时通过另一个以上天线接收后，经射频开关单元配分的另一路以上通路直接输入到收电路单元的另一组以上接收电路；三、接收电路对各自接收的电子标签反射信号进行放大、解调、基带数据信号放大，向数字信号处理单元输出；四、数字信号处理单元对两路以上回波信号进行采样、解码、校验，完成与电子标签的正常通信。
2.根据权利要求1所述的RFID读写器天线接收的方法，其特征在于：所述数字信号处理单元采用校验正确的接收信号作为电子标签的有效数据信号。
3.根据权利要求1所述的RFID读写器天线接收的方法，其特征在于：所述数字信号处理单元校验两路以上回波信号正确，则随机采用。
4.根据权利要求2或3所述的RFID读写器天线接收的方法，其特征在于：所述数字信号处理单元校验方法采用ISO/IEC13239 CRC-16规定的算法。
5.根据权利要求4所述的RFID读写器天线接收的方法，其特征在于：所述发射电路单元的频率综合发生器产生频率为840-960MHz的本振信号，本振信号与数字信号处理单元的波形成型电路产生的调制信号在调制器中混频，由调制器输出已调制的载波信号，载波信号输入到功率放大器中被放大到功率为20-30dBm的信号，所述波形成型电路有现场可编程门阵列(FPGA)与数字/模拟(D/A)转换器构成。
6.根据权利要求5所述的RFID读写器天线接收的方法，其特征在于：所述电子标签的反射信号由发射天线接收后，通过射频开关单元配分的一路通路由耦合器输出到接收电路单元的一路接收电路；电子标签的反射信号同时通过另一个天线接收后，经射频开关单元配分的另一路通路直接输入到收电路单元的另一组接收电路。
7.一种RFID读写器天线接收的装置，由发射天线和接收电路单元构成接收通道，其特征在于：所述发射天线有一个以上，发射天线和接收电路单元之间连接有射频开关单元；发射天线经射频开关单元分配的一路通路、耦合器和接收电路单元的一组接收电路构成一路接收通道，另一个以上发射天线经射频开关单元分别配分的另一路以上通路和接收电路单元的另一组以上接收电路构成另一路以上的接收通道；射频开关单元分配的每路通路连接一路接收电路。
8.根据权利要求7所述的RFID读写器天线接收的装置，其特征在于：所述接收通道有两条，发射天线经射频开关单元分配的一路通路、耦合器和接收电路单元的一组接收电路构成一路接收通道，另一个发射天线经射频开关单元配分的另一路通路和接收电路单元的另一组接收电路构成。
9.根据权利要求8所述的RFID读写器天线接收的装置，其特征在于：所述天线为四个，所述射频开关单元采用四个，每两个天线分别接一个射频开关的两个输出触点，这两个射频开关的输入触点接另两个射频开关的两个输出触点，该另两个射频开关的两个输入触点分别接两个接收电路。
10.根据权利要求9所述的RFID读写器天线接收的装置，其特征在于：所述射频开关采用MASWSS0143。
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