CN103198283A - 一种谐波射频识别系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于自动识别技术领域，具体为一种射频识别系统。该射频识别系统由PC机终端、阅读器、阅读器天线、标签天线和标签芯片组成，其中，阅读器的接收、发射模块的本征频率不同，设阅读器发射载波频率为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，则标签反向散射载波频率为
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，F表示某种函数关系。标签对阅读器发射载波进行简单变换得到频率不同的载波以进行反向散射调制。本发明可以大幅度减小射频识别系统的自干扰和多径干扰，从而提高阅读器及射频识别系统的灵敏度。

Description

一种谐波射频识别系统
技术领域
本发明属于自动识别技术领域，具体涉及一种谐波射频识别系统。
背景技术
射频识别技术，通常又称为电子标签，是一种通过无线电信号来识别特定目标并读写相关数据的通讯技术。射频识别具有低成本、非接触、快速通信、加密性能好的优势，在物流、仓储、收费、门禁、数据录入等领域得到了广泛的应用。
一个典型的射频识别系统由PC终端、阅读器和标签组成，阅读器与标签之间通过天线进行信息和能量的无线传递。阅读器发射带有调制数据的电磁波至标签，标签处理信号后通过一定的反射机制返回信号，实现阅读器与标签的通信。PC终端对阅读器收到的信息进行存储和处理，通过数据库管理和软件平台，实现对标签信息的管理。
射频识别有多种分类方式，例如按工作频段可以分为低频、高频、超高频、微波；根据供电方式可以分为无源、半有源、有源。无源射频识别标签是指标签内部没有电池，内部电路工作所需能量靠接收外来电磁波获取，因其体积小、成本低、寿命长而广泛应用。无源标签和半有源标签至阅读器的信息传递通过反向散射阅读器发射的电磁波来实现，称为反向散射调制。
射频识别系统最重要的性能指标是灵敏度，包括阅读器接收灵敏度和标签灵敏度，二者共同决定了射频识别系统的灵敏度。阅读器接收灵敏度是指阅读器能够有效检测的最小的标签返回信号强度，标签灵敏度是指标签可以正常工作的最小的输入射频功率。随着标签整流效率的提高和低功耗技术的发展，标签灵敏度越来越高；而阅读器接收灵敏度对系统的瓶颈效应日益显现。在传统射频识别系统中，标签反向散射的载波与阅读器发射载波同频率，阅读器自干扰和多径干扰很严重，限制了阅读器接收灵敏度的提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种射频识别系统，以减小阅读器的自干扰和多径干扰问题，从而提高阅读器及射频识别系统的灵敏度。
传统射频识别系统中，下行链路（阅读器到标签）和上行链路（标签到阅读器）的载波频率相同，也就是阅读器发射和接收的载波频率相同。阅读器发射和接收模块的隔离度有限，发射模块到接收模块的载波泄漏会限制其接收灵敏度，这就是自干扰；阅读器发射载波强度较大，经过环境的各种反射后有一部分会回到阅读器接收模块，这就是多径干扰；传统射频识别系统的自干扰和多径干扰严重限制了阅读器接收灵敏度的提高。本发明提出“谐波射频识别”或者叫“异频射频识别”，基本思想就是下行链路和上行链路的载波频率不同，并且上行载波是下行载波经过简单变化得到的（这是从低功耗和方便解调角度考虑）。只要上行和下行链路载波频率互异，阅读器的自干扰和多径干扰就可以大幅减小，从而提升阅读器及系统的灵敏度。也就是设阅读器发射载波频率为                                                
Figure 353679DEST_PATH_IMAGE002
，则标签反向散射载波频率为
Figure 364360DEST_PATH_IMAGE003
，F表示某种函数关系。
从标签低功耗和阅读器方便解调角度考虑，上行载波频率与下行载波频率应存在较为简单的对应关系，比如谐波、分频、相干波等。标签反向散射的载波频率
Figure 505885DEST_PATH_IMAGE003
通常可以由专门模块来产生（对的变换），也可以从传统标签结构产生的信号中提取。
本发明的谐波射频识别系统结构：谐波射频识别系统由传统射频识别系统发展而来，仍然由PC机终端1、阅读器2、阅读器天线3、标签天线4和标签芯片5连接组成，如附图1所示。与传统射频识别系统的区别在于阅读器收、发模块的本征频率不同，标签需要产生或者获取的模块。其中，PC机终端1负责数据的处理和管理；阅读器2负责发射指令和载波并接收解调标签返回指令；标签芯片5从阅读器2发射载波中获取能量以供给标签芯片工作，解调阅读器指令，并做相应处理后返回指令或数据；阅读器天线3、标签天线4是阅读器与标签传递信号和能量的通道，负责无线电的传递。
本发明中，射频识别系统反向散射示意如图2所示。标签芯片5包括：标签基带6，第一标签等效阻抗7，第二标签等效阻抗8，控制信号9。阅读器2发射信号10，标签5返回信号11。
本发明所述的谐波射频识别系统，其标签反向散射载波为阅读器发射载波的谐波。
本发明所述的谐波射频识别系统，其标签反向散射载波为阅读器发射载波的分频率波。
本发明所述的谐波射频识别系统，其标签反向散射载波为阅读器发射载波的相干波。
本发明所述的谐波射频识别系统，其射频识别系统可以工作在全双工模式。
本发明所述的谐波射频识别系统的工作流程如下：
（1）阅读器向标签发射频率为
Figure 709967DEST_PATH_IMAGE004
的载波，标签对射频信号进行整流得到标签所需的能量并进行存储；
（2）阅读器向标签发射频率为
Figure 520928DEST_PATH_IMAGE004
的指令，标签对指令进行解调和解码，并对载波进行变化得到
Figure 354072DEST_PATH_IMAGE003
，或者标签自己产生
Figure 745870DEST_PATH_IMAGE003
；
（3）
Figure 55629DEST_PATH_IMAGE003
在标签基带的控制下进行调制，然后经天线反向散射之阅读器；
（4）阅读器接收载波为
Figure 923091DEST_PATH_IMAGE003
的返回信号，进行解调和解码；
（5）阅读器与PC终端进行数据交互，PC终端对标签数据进行管理。 
如果标签产生
Figure 553661DEST_PATH_IMAGE003
不依赖于连续的
Figure 393441DEST_PATH_IMAGE004
载波，也就是阅读器发射指令的同时标签可以产生并调制
Figure 670839DEST_PATH_IMAGE003
，则系统可以工作在全双工的模式。
本发明的优势：大幅减小了阅读器自干扰和多径干扰对其接收灵敏度的限制，射频识别系统灵敏度得以提高。另外，系统可能工作于全双工模式，提高系统工作速度。
附图说明
图1为射频识别系统结构示意图。
图2为射频识别系统反向散射示意图。
图3为谐波射频识别系统结构示意图。
其中：1-PC机终端，2-阅读器，3-阅读器天线，4-标签天线，5-标签芯片，6-标签基带，7-第一标签等效阻抗，8-第二标签等效阻抗，9-控制信号，10-阅读器发射信号，11-标签返回信号。
具体实施方式
本发明的基本思想是标签反向散射载波频率与阅读器发射载波频率不同，并且标签反向散射载波是通过对阅读器发射载波进行简单变换得到。下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例
为了更详细的说明本发明的内容，这里以上行载波为下行载波的二次谐波为例进行说明。本领域的技术人员皆知，此仅为一举例，并非用来限制本发明的范围。
谐波射频识别系统由PC机终端、阅读器、标签和天线组成，如附图3所示。PC终端负责数据处理和标签管理；
阅读器发射载波频率为
Figure 963280DEST_PATH_IMAGE004
，接收载波频率为2，由于收发异频，阅读器灵敏度可以做得很高；
本发明的射频识别系统的工作流程如下：
（1）阅读器向标签发射频率为
Figure 921189DEST_PATH_IMAGE004
的载波，标签对射频信号进行整流得到标签所需的能量并进行存储；
（2）阅读器向标签发射频率为
Figure 572750DEST_PATH_IMAGE004
的指令，标签对指令进行解调和解码，谐波产生模块对载波
Figure 290170DEST_PATH_IMAGE004
进行变化得到2；
（3）2
Figure 765331DEST_PATH_IMAGE004
在标签基带的控制下进行调制，然后经天线反向散射之阅读器；
（4）阅读器接收载波为2
Figure 853372DEST_PATH_IMAGE004
的返回信号，进行解调和解码；
（5）阅读器与PC终端进行数据交互，PC终端对标签数据进行管理。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

Claims (6)

1. 一种射频识别系统，由PC机终端1、阅读器2、阅读器天线3、标签天线4和标签芯片5组成，其特征在于：阅读器2的接收、发射模块的本征频率不同，其中：
PC机终端1负责数据的处理和管理；阅读器2负责发射指令和载波并接收解调标签返回指令；标签芯片5从阅读器2发射载波中获取能量以供给标签芯片5工作，解调阅读器指令，并做相应处理后返回指令或数据；阅读器天线3、标签天线4是阅读器与标签传递信号和能量的通道，负责无线电的传递；
阅读器发射载波频率为                                               
Figure 2013101411020100001DEST_PATH_IMAGE002
，标签反向散射载波频率为
Figure 2013101411020100001DEST_PATH_IMAGE004
，F表示某种函数关系。
2. 根据权利要求1所述的谐波射频识别系统，其特征在于：标签反向散射载波为阅读器发射载波的谐波。
3. 根据权利要求1所述的谐波射频识别系统，其特征在于：标签反向散射载波为阅读器发射载波的分频率波。
4. 根据权利要求1所述的谐波射频识别系统，其特征在于：标签反向散射载波为阅读器发射载波的相干波。
5. 根据权利要求1所述的谐波射频识别系统，其特征在于：射频识别系统工作在全双工模式。
6. 如权利要求1所述的谐波射频识别系统的工作流程如下：
（1）阅读器向标签发射频率为
Figure 2013101411020100001DEST_PATH_IMAGE006
的载波，标签对射频信号进行整流得到标签所需的能量并进行存储；
（2）阅读器向标签发射载波频率为
Figure 447018DEST_PATH_IMAGE006
的指令，标签对指令进行解调和解码，并对载波
Figure 364158DEST_PATH_IMAGE006
进行变化得到
Figure 2013101411020100001DEST_PATH_IMAGE008
，或者标签自己产生
Figure 815999DEST_PATH_IMAGE008
；
（3）
Figure 742367DEST_PATH_IMAGE008
在标签基带的控制下进行调制，然后经天线反向散射之阅读器；
（4）阅读器接收载波为的返回信号，进行解调和解码；
（5）阅读器与PC终端进行数据交互，PC终端对标签数据进行管理。
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