CN103888388A - 一种uhf rfid读写器频偏估计&帧同步方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于UHF RFID读写器设备中对标签基带信号进行频偏估计&帧同步的方法和装置。该方法将接收信号同时与并行相关器的本地序列进行互相关运算，如果某一时刻并行相关器阵列输出相关值的最大值大于同步阈值，则将同步时刻更新为该时刻且将同步阈值更新为最大相关值乘以可设置的阈值调节系数(调节系数介于1～2之间)，如果在一定时间内不再存在接收信号与并行相关器阵列本地序列进行互相关运算得到的相关值大于同步阈值时，则表示已经成功完成频偏估计和帧同步，标签返回数据的码率偏差即为同步时刻并行相关器阵列中得到最大相关值的相关器所对应的频率偏差。

Description

一种UHF RFID读写器频偏估计&帧同步方法和装置
技术领域：
一种用于UHF RFID读写器设备中对标签返回信号进行频偏估计和帧同步的方法和装置，它属于数字通信技术领域。
背景技术：
射频识别技术(RFID)是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号空间耦合的传输特性，实现自动识别。
RFID系统一般由两部分组成，即标签和读写器设备。在RFID实际应用中，标签附着在被识别物体的表面，当标签进入读写器设备可读范围时，读写器通过AGC调整、频偏估计&帧同步和FM0解码等步骤实现对标签信息的读取。
由于RFID标签需要满足低成本和低功耗的要求，所以标签电路芯片的性能存在一定的局限性，如标签生成发射数据的码率准确度很差。同时，标签信号在信道传输中存在一定的失真现象。这两个因素就对读写器设备的频偏估计&帧同步模块的性能提出了很高的要求。
有一种直观的方案是，针对并行相关器阵列中每一个相关器，设计一个对应的同步阈值，只要存在接收信号序列与某个相关器中的本地序列互相关运算得出的相关值大于相应的同步阈值，则估计该相关器表征的频率偏差表示标签发射数据的码率偏差，该时刻为同步时刻。这样做虽然实现起来简单，但存在两个缺点：第一这个方案中频偏估计的精度不高、帧同步的准确度不高。第二这个方案采取了固定阈值的方法，抗干扰性能差。
发明内容：
为了解决标签发射数据码率准确度低、帧头同步码短、噪声干扰等问题，本发明采用一种自适应同步阈值的方法。通过该方法提高了读写器设备读取识别范围内标签数据的准确率。
本发明提供了一种用于UHF RFID读写器设备中对标签信号自适应频偏估计&帧同步的方法和装置，首先在接收启动的同时，设定一个时间窗口，求出该时间窗口内接收信号与并行相关器阵列互相关运算中相关值的最大值，乘以一个可设置的调节系数作为初始的同步阈值。并行相关器阵列如图4所示，由16个相关器组成，每个相关器本地序列的长度与该相关器表征的频率偏差相关。
初始同步阈值设置完毕后，将接收信号序列持续与并行相关器阵列的各本地序列进行互相关运算，如果某一时刻接收信号序列与并行相关器阵列得出的相关值的最大值大于同步阈值，则将同步时刻更新为该时刻且将同步阈值更新为并行相关器阵列输出相关值的最大值乘以可设置的阈值调节系数(调节系数介于1～2之间)。
如果在一定时间内，不再存在接收信号序列与并行相关器阵列得出的最大相关值大于同步阈值，则表示已经完成频偏估计和成功捕获到前同步码，同步时刻并行相关器阵列中得到最大相关值的相关器所对应的频率偏差即为估计出的标签返回信号码率偏差。
本发明提供了一种用于UHF RFID读写器设备中对标签反射回的信号进行频偏估计&帧同步的装置，该装置具有下列模块：初始同步阈值设置模块、并行互相关运算模块、阈值比较模块和同步阈值&同步时刻更新模块。初始同步阈值设置模块的作用是通过自适应的方法计算出适当的初始阈值，提高抗干扰性能。并行互相关运算模块的作用是计算出接收信号序列与并行相关器阵列的本地序列进行互相关运算的结果。阈值比较模块的作用是比较并行互相关运算模块得出的最大相关值与同步阈值的大小关系。同步阈值&同步时刻更新模块的作用是更新同步时刻且根据阈值调节系数更新同步阈值。采用上述方法的频偏估计&帧同步的装置，具有频偏估计准确度高，对多径信道环境下抗干扰性能好的优点，提高了在各种复杂条件下的标签数据读取的正确率。
用于UHF RFID读写器设备中对标签基带信号进行频偏估计&帧同步的装置，包括初始同步阈值设置模块、并行互相关运算模块、阈值比较模块和同步阈值&同步时刻更新模块；其中：
初始同步阈值设置模块通过自适应的方法计算出适当的初始阈值，提高抗干扰性能；
并行互相关运算模块计算出接收信号序列与并行相关器阵列中各相关器的本地序列进行互相关运算的结果；
阈值比较模块比较并行互相关运算模块运算的结果的最大值与同步阈值的大小关系；
同步阈值&同步时刻更新模块更新同步时刻且根据阈值调节系数更新同步阈值。
步骤如下：
1)设置初始的同步阈值和同步时刻；
2)将接收信号序列分别与并行相关器阵列中各相关器的本地序列进行互相关运算，选择出相关运算值的最大值；
3)将相关运算值的最大值与同步阈值比较，如果某一时刻接收信号序列与并行相关器阵列得出的相关运算值的最大值大于同步阈值，则将同步时刻更新为该时刻且将同步阈值更新为相关运算值的最大值乘以调节系数，跳转到步骤2)；如果相关运算值的最大值小于同步阈值，且该时刻与同步时刻的时间差大于时间阈值，则表示完成了频偏估计和帧同步；如果相关运算值的最大值小于同步阈值，且该时刻与同步时刻的时间差小于时间阈值，跳转到步骤(2)；时间阈值由并行相关器阵列中最长本地序列所对应的时间决定。
完成频偏估计和和帧同步后，同步时刻并行相关器的本地序列中得到相关运算值的最大值的相关器所对应的频率偏差即为估计出的标签返回信号码率偏差。
附图说明：
图1是ISO18000-6C标准FM0标签到读写器preamble帧结构图，TRext＝0表征shortpreamble类型，TRext＝1表征long preamble类型。
图2是UHF RFID读写器设备基带接收机系统结构图。
图3是UHF RFID读写器设备基带接收机子模块结构划分图。
图4是并行相关器阵列系统架构图。
图5是并行相关器阵列中各相关器本地序列长度、符元过采样率及相应的频率偏差。
图6是读写器基带接收机对下变频后的标签基带信号进行带外噪声抑制后的波形。
图7是完成频偏估计&帧同步前的接收信号与并行相关器阵列进行互相关运算的最大相关值示意图。
图8是对标签返回信号进行频偏估计&帧同步的系统结构图。
具体实施方式：
基于本发明的内容，应用于符合ISO18000-6C协议的UHF RFID读写器设备对标签返回信号进行频偏估计&帧同步过程，给出具体实施步骤。UHF RFID读写器基带接收机采用RFID反向链路码率的32倍作为采样标签基带信号的时钟，实施读写器基带对标签返回信号进行频偏估计&帧同步为例。频偏估计&帧同步过程依附图5和摘要附图叙述如下：
1.读写器基带接收机以RFID反向链路码率的32倍速率对标签基带信号进行采样。
2.设置初始同步阈值和同步时刻。
3.并行相关器阵列的各相关器以不同码率偏差下的前同步码序列与输入的标签基带信号进行互相关运算。
4.如果并行相关器阵列得出的互相关值的最大值大于同步阈值，则将同步时刻更新为该时刻且将同步阈值更新为并行相关器阵列输出相关值的最大值乘以可设置的阈值调节系数(调节系数介于1～2之间)，跳转到步骤3。如果小于同步阈值，则若时刻与同步时刻的时间差小于时间阈值，跳转到步骤3；若该时刻与同步时刻的时间差大于时间阈值，则跳转到步骤5；
5.判断该时刻为帧头同步时刻、该时刻并行相关器阵列中得到最大相关值的相关器所对应的频率偏差为标签返回信号的码率偏差；开启后续FM0最大似然解码模块。
这里描述的模块以及单元既可以采用硬件实现，也可以采用软件实现，或软硬件的组合方式来实现。本发明技术方法并不局限于上述实施例，本领域内普通技术人员应理解的是可在本发明范围内做各种形式和细节上的改变。即本发明可用于符合ISO18000-6C标准的UHFRFID系统。

Claims (5)

1.一种用于UHF RFID读写器设备中对标签基带信号进行频偏估计&帧同步的装置，包括初始同步阈值设置模块、并行互相关运算模块、阈值比较模块和同步阈值&同步时刻更新模块；其中：
初始同步阈值设置模块通过自适应的方法计算出适当的初始阈值，提高抗干扰性能；
并行互相关运算模块计算出接收信号序列与并行相关器阵列中各相关器的本地序列进行互相关运算的结果；
阈值比较模块比较并行互相关运算模块运算的结果的最大值与同步阈值的大小关系；
同步阈值&同步时刻更新模块更新同步时刻且根据阈值调节系数更新同步阈值。
2.一种用于UHF RFID读写器设备中对标签基带信号进行频偏估计&帧同步的方法，应用于权利要求1所述的装置中，其特征在于包括下列步骤：
1)设置初始的同步阈值和同步时刻；
2)将接收信号序列分别与并行相关器阵列中各相关器的本地序列进行互相关运算，选择出相关运算值的最大值；
3)将相关运算值的最大值与同步阈值比较，如果某一时刻接收信号序列与并行相关器阵列得出的相关运算值的最大值大于同步阈值，则将同步时刻更新为该时刻且将同步阈值更新为相关运算值的最大值乘以调节系数，跳转到步骤2)；如果相关运算值的最大值小于同步阈值，且该时刻与同步时刻的时间差大于时间阈值，则表示完成了频偏估计和帧同步；如果相关运算值的最大值小于同步阈值，且该时刻与同步时刻的时间差小于时间阈值，跳转到步骤(2)，其中时间阈值由并行相关器阵列中最长本地序列所对应的时间决定；
4)完成频偏估计和和帧同步后，同步时刻并行相关器的本地序列中得到相关运算值的最大值的相关器所对应的频率偏差即为估计出的标签返回信号码率偏差。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，并行相关器阵列中相关器的个数与系统频偏估计范围和精度有关。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，并行相关器阵列中各相关器的本地序列是不同频率偏差下标签到读写器的前同步码信号序列，每个相关器的本地序列的长度与该相关器表征的频率偏差相关。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，初始同步阈值的选取采用自适应阈值的方法，在接收启动的同时，设定一个时间窗口，求出该时间窗口内接收信号与并行相关器阵列中互相关运算中相关值的最大值，乘以一个可设置的调节系数作为初始的同步阈值，调节系数大于1且小于2。
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