CN102254130B - 直接序列扩展频谱射频识别并行应答时域分散方法 - Google Patents

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Abstract

本发明“直接序列扩展频谱射频识别并行应答时域分散方法”属短距离通信领域，与射频识别技术有关。本发明包括伪随机状态产生与伪随机时域分散两部分，由两个伪随机序列(m序列)产生器实现。第一伪随机序列产生器反馈逻辑产生的反馈数据对外加代表标签身份的数据扰码(模二加)作反馈输入，标签由本地时钟驱动，至标签收到读写器扩展频谱序列同步捕获状态作为第二伪随机序列产生器初始状态；第二伪随机序列长度可变，由读写器指令指配，设多个特定状态作为标签应答信道接入状态，标签在未到达应答接入状态前由读写器询问/应答响应指令驱动，每次顺移1位，直至到达指定的应答状态之一开始应答。不同长度序列应答信道接入状态力求一致。

Description

直接序列扩展频谱射频识别并行应答时域分散方法
技术领域
本发明属于短距离通信领域，与无线传感器网络(WSN)、射频识别(RFID)等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，成为物联网的重要组成部分，具有极大的产业前景。
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ISO/IEC18000-4/-6/-7射频识别(RFID)系统的空中接口通信参数系列标准。在这些标准的关于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RFID应用直接序列扩展频谱(DSSS)技术设计的研究与开发成果报道。
当RFID空中接口采用直接序列扩展频谱设计时，则可以实现多信道并行应答，于是提出了多信道接入管理的配套设计需求，为现行设计所未曾有过。
在RFID空中接口设计中，为减少多标签环境的应答碰撞。现有ALOHA，二进制树等适应单信道应答算法。但没有适应多信道并行应答的排队设计。
现行ISO/IEC18000-6C标准规定：对每个标签设定随机数，由计数器按特定的时隙长度进行时延计数，每步减1，减至“0”时，标签对读写器应答。
本发明的目的在于实现多信道并行应答排序接入，和防碰撞。特点是用随机状态取代随机数，用移位取代计数，状态随机化过程与移位操作融为一体。
发明内容
本发明基于直接序列扩展频谱空中接口多信道并行应答上行信道防碰撞设计需求。适用于无源标签；也可用于有源标签和其它短距离通信系统。
本发明所用的装置主体是两个伪随机序列产生器。第一个是可外加数据伪随机序列产生器，其输入端有模二加，用m序列反馈逻辑产生的反馈数据对代表标签身份的外部输入数据模二加后作为反馈输入。第一伪随机序列产生器为第二伪随机序列产生器产生伪随机初始状态，第二伪随机序列产生器为可变长度序列(m序列)产生器，有多个应答信道接入状态，由读写器询问指令驱动进行步进移位操作，自初始状态趋近应答信道接入状态。基于伪随机序列(m序列)的伪随机特性，由初始状态步进到达信道接入状态的移位量也是随机的，于是完成第二次随机化过程。从而实现了标签时域分散。选定多个状态作为信道接入状态，实现多标签接入多信道并行应答。第二伪随机序列(m序列)所用移位寄存器级数为R，所产生的m序列有2R-1个状态，可提供2R-1个标签分散占用。R为自然数，本发明以R=4…10为例。必要时可取更大的R值，例如扩展为R＝6…16等。第一伪随机序列(m序列)所用移位寄存器级数以R=10为例。
本发明允许多个应答信道接入，例如信道数为4，则可以取信道号分别为“00”，“01”，“10”，“11”。必要时也可让信道数扩展为8，方法是一样的。
本发明对每个R值选择一个m序列本原多项式，这些本原多项式所决定的序列的共同特点是R个连“1”状态，(R-1)个连“1”加“0”状态，(R-2)个连“1”加“00”状态，(R-3)个连“1”加“000”状态，依次出现。当然也可以选择其它任何4个状态，作为依次接入信道的状态码。当读写器给出空闲信道指示，标签进入上述特定状态时，该标签被允许进入指定信道。
本发明通过综合设计将可变长度(例如R=4～10)的第二伪随机序列(m序列)产生，和第一伪随机序列(m序列)产生融为一体(如图)。
附图说明
附图：第一和第二伪随机序列(m序列)综合设计逻辑图。第一伪随机序列(m序列R=10)在图下部，反馈逻辑输出与外部输入数据模二加后加到第一伪随机序列产生器的输入端。第二伪随机序列(可变长度m序列R=4…10)在图上部；两个伪随机序列(m序列)由同一套移位寄存器产生。K是一个双刀双掷开关，其中一刀用于反馈输入切换，将第一伪随机序列反馈逻辑与移位寄存器输入的连接改变为第二伪随机序列反馈逻辑与移位寄存器输入的连接，其中第二刀用于时钟且换，由与标签进入读写器天线辐射场覆盖区时标签建立的时钟源连接转换为与读写器询问/应答响应连接，进行步进移位操作。
具体实施方式
1.对不同的R值选定本原多项式
1.1第一伪随机序列(m序列)本原多项式举例：
R 8进制码 2进制代码8进制数 表达式
10 2201 10010000001 G(X)=1+X3+X10
第一伪随机序列(m序列)产生器由标签进入读写器天线辐射场覆盖区时标签建立的本地时钟源驱动，到标签接收到读写器扩展频谱信号相关器同步捕获时，启动开关K，即将此时第一伪随机序列(m序列)状态作第二伪随机序列(m序列)产生器初始状态。
1.2第二伪随机序列(m序列)本原多项式举例：
表1第二伪随机序列(m序列)R=4--10本原多项式举例
R 8进制码 2进制代码8进制数 表达式
4 23 10011 G(X)=1+X3+X4
5 51 101001 G(X)=1+X2+X5
6 103 1000011 G(X)=1+X5+X6
7 211 10001001 G(X)=1+X4+X7
8 703 111000011 G(X)=1+X+X2+X7+X8
9 1021 1000010001 G(X)=1+X5+X9
10 2011 10000001001 G(X)=1+X7+X10
2.选择应答状态
应答信道数4为例，给出应答状态表如表2。
表2应答状态表
信道号 应答状态
00 R个连“1”
01 (R-1)个连“1”+“0”
10 (R-2)个连“1”+“00”
11 (R-3)个连“1”+“000”
3.应答接入过程(以四信道为例)由第二伪随机序列产生器实施操作。
读写器------发送询问指令(指令包括四个信道“空闲/占用”状态)
标签----设定第二伪随机序列(m序列)产生器初始状态，
状态为R个连“1”的标签应答，
状态不为R个连“1”的标签顺移1位。
读写器可能未收到应答-----继续发询问指令(指令包括四个信道“空闲”状态指示)，
状态为R个连“1”的标签应答，
状态不为R个连“1”的标签顺移1位。
读写器收到“00”信道应答，-----发送应答“响应/询问”指令(指令包括“00”信道应答接收“成功/失败”，其余三个信道“空闲”状态指示)，
状态为R个连“1”的标签继续应答，
状态为(R-1)个连“1”+“0”的标签应答，
状态不为R个连“1”和(R-1)个连“1”+“0”的标签顺移1位。
读写器收到“00”，“01”信道应答，-----发送应答“响应/询问”指令(指令包括“00”，“01”信道应答接收“成功/失败”，其余二个信道“空闲”状态指示)，
状态为R个连“1”和(R-1)个连“1”+“0”的标签继续应答，
状态为(R-2)个连“1”+“00”的标签应答，
状态不为R个连“1”和(R-1)连个“1”+“0”，(R-2)连“1”+“00”的标签顺移1位。
读写器收到“00”，“01”，“10”信道应答，-----发送“应答响应/询问”指令(指令包括“00”，“01”，“10”信道应答接收“成功/失败”，其余一个信道“空闲”状态)，
标签状态为R个连“1”，(R-1)个连“1”+“0”和(R-2)个连“1”+“00”的继续应答，
状态为(R-3)个连“1”+“000”的标签应答。
读写器收到“00”，“01”，“10”，“11”信道应答，-----发送应答响应(指令包括“00”，“01”，“10”，“11”信道应答接收“成功/失败”指示)，
所有未占有信道的标签状态不再移位。
读写器确认四个信道中某个信道(例如“00”信道)应答完毕，-----发送应答“响应/询问”指令(指令结构包括，“01”，“10”，“11”信道应答接收“成功/失败”，“00”信道“空闲”)，
状态为R个连“1”的标签应答，
所有未占有信道的标签状态顺移1位。
如此类推。

Claims (5)

1.一种直接序列扩展频谱射频识别并行应答时域分散方法，其特征是：
使用第一m序列产生器为第二m序列产生器产生伪随机初始状态，应答接入过程由第二m序列产生器实施操作，两个m序列产生器共用同一套移位寄存器；
第一m序列产生器是可外加数据的m序列产生器，其输入端有模二加，用m序列反馈逻辑产生的反馈数据对代表标签身份的外部输入数据模二加后作为反馈输入；
第一m序列产生器由标签进入读写器天线辐射场覆盖区时标签建立的本地时钟源驱动，到标签接收到读写器扩展频谱信号相关器同步捕获时，将此时第一m序列产生器的状态作第二m序列产生器初始状态，由读写器询问/应答响应指令进行步进移位操作，自初始状态趋近应答信道接入状态；
第二m序列产生器有多个应答信道接入状态，基于m序列的伪随机特性，由初始状态步进到达信道接入状态的移位量也是随机的，于是完成第二次随机化过程，从而实现了标签时域分散；
使用一个双刀双掷开关K，其中一刀用于反馈输入切换，将第一m序列反馈逻辑输出与移位寄存器输入的连接改变为第二m序列反馈逻辑输出与移位寄存器输入的连接，其中另一刀用于时钟切换，由标签进入读写器天线辐射场覆盖区时标签建立的本地时钟源连接转换为由读写器询问/应答响应连接；
选定多个状态作为信道接入状态，实现多标签接入多信道并行应答，标签在未到达应答接入状态前由读写器询问/应答响应指令驱动，每次顺移1位，直至到达指定的应答状态之一开始应答，不同长度序列应答信道接入状态一致。
2.根据权利要求1一种直接序列扩展频谱射频识别并行应答时域分散方法，其特征是：
第二m序列长度可变，由读写器指令指配，第二m序列所用移位寄存器级数为R=4～10，所产生的m序列有2R-1个状态，可提供2R-1个标签分散占用；
对不同的R值选定本原多项式，四信道接入时，这些本原多项式所决定的序列的共同特点是R个连“1”状态，(R-1)个连“1”加“0”状态，(R-2)个连“1”加“00”状态，(R-3)个连“1”加“000”状态，依次出现，作为依次接入信道的状态码，当读写器给出空闲信道指示，标签进入上述状态时，该标签被允许进入指定信道。
3.根据权利要求1一种直接序列扩展频谱射频识别并行应答时域分散方法，其特征是：
允许多个应答信道接入，四信道接入时应答接入状态选择任何4个状态。
4.根据权利要求1一种直接序列扩展频谱射频识别并行应答时域分散方法，其特征是：
允许多个应答信道接入，接入信道数为8，方法与四信道接入时相同。
5.根据权利要求1一种直接序列扩展频谱射频识别并行应答时域分散方法，其特征是：
允许第二m序列产生器所用移位寄存器级数为R=6～16。
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