CN104008415B - 一种自干扰消除电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自干扰消除电路，包括检测模块、调整模块、反馈模块和合路器，通过采用以上结构，加强了电子标签的读写能力、以及增加了识别的标签数量的能力，提高了系统的接收灵敏度，以及标签反射信号的幅度，从而解决了无源RFID系统中自干扰问题带来的一系列弊端。可以应用于物流仓储中的仓库管理、身份识别、交通运输、食品医疗、动物管理、门禁防盗以及工业军事等多种领域。

Description

一种自干扰消除电路

技术领域

本发明涉及一种自干扰消除电路，尤其涉及一种无源RFID系统中的自干扰消除电路。

背景技术

射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)是一种非接触式的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合传输特性自动识别目标对象并获取相关信息，实现自动识别。RFID技术有着十分广泛的应用前景，越来越受到人们的重视其可以应用于物流仓储中的仓库管理、身份识别、交通运输、食品医疗、动物管理、门禁防盗以及工业军事等多种领域，给人们生活带来了极大的便利。

无源射频识别系统是目前RFID技术应用的主流，在超高频及微波波段，无源RFID技术主要基于电磁波反向散射原理。相对于有源RFID系统，无源RFID系统所能达到的识别标签的范围较小，目前市场上能够达到的最高水平是12m左右；而且在应对密集数量的无源电子标签，无源RFID系统的读写器的识别准确度也有很大的局限。造成以上两个难题的原因如下：第一，无源电子标签本身不提供能量，标签工作的能量来自于读写器反射过来的电磁波，标签反射信号只有接收到电磁波能量的20％，十分微弱；对于读写器来讲，无源RFID系统中使用的读写器则采用了收发同时、同频的通信方式。所以对于无源RFID系统来讲，读写器发射通路和接收通路的隔离度会影响整体系统的接收灵敏度。在现有技术中，无源RFID系统收发隔离的实现主要采用环形器或定向耦合器(也称“收发隔离模块”)，在所有端口匹配的情况下，“收发隔离模块”的隔离度是20～30dB，因此发射通路泄漏到接收通路的功率(即最主要的“自干扰”信号功率)远远大于电子标签反射回来的信号功率，这使得整个无源RFID系统的接收灵敏度变得相当低，最终导致电子标签的读写距离较短、识别的标签数量有限。第二，上述所说的自干扰信号还有另外两部分来源，一部分是来源于天线端的阻抗不匹配，当发射通路发射已调信号时，会有反射驻波形成的干扰信号进入接收通道中；另一部分是发射出去的已调信号，经过标签周围的环境反射后，随标签反射信号进入接收通道中，这两种自干扰信号也都会影响系统的接收灵敏度。第三，现有技术中，很多读写器的天线端(远端)采用分布式天线的结构，在采用这种结构时，经常要用同轴电缆或者光纤等传输介质连接读写器和天线，这些传输介质在传输信号的时候都会对信号有衰减的影响，上行信号中的标签反射信号受到大幅度的衰减，会淹没在噪声之中，从而影响了后端读写器的接收灵敏度，所以消除自干扰信号，提高标签反射信号的幅度显得尤为重要。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题就是如何提供一种电路，从而消除无源RFID系统中的自干扰信号。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自干扰消除电路，所述自干扰消除电路包括检测模块、调整模块、反馈模块和合路器；

检测模块包括幅度检测模块和相位检测模块，调整模块包括幅度调整模块和相位调整模块；

调整模块，用于按照上行信号的特性，调整参考信号的幅度和相位，其中下行信号耦合一部分信号作为自干扰消除的参考信号；

所述自干扰消除电路上端连接功分器；

其中，功分器用于接收上行信号，并将上行信号分为三路，一路大幅度信号输入到合路器的其中一个输入端，另外两路小幅度信号分别输入到检测模块中的幅度检测模块和相位检测模块中；

幅度检测模块和相位检测模块，接收功分器输出的两路小幅度信号，经过检测后输出幅度控制信号和相位控制信号；

幅度调整模块和相位调整模块，用于接收检测模块输出的幅度控制信号和相位控制信号，根据接收到的幅度控制信号和相位控制信号，对参考信号进行幅度调整和相位调整，输出消除信号，并使得消除信号和上行信号中的自干扰信号是等幅反相的关系；

合路器，其中一个输入端用于接收功分器输出的一路大幅度信号，另一个输入端用于接收调整模块输出的消除信号，输出端用于输出已消信号；

反馈模块，用于提取一部分已消信号进行检测，检测消除的效果，并将效果反馈到检测模块中的相位检测模块。

优选地，所述检测模块还包括控制中心，所述控制中心与检测模块的输出端相连接，控制中心与幅度检测模块之间连接有自干扰消除使能信号，且所述控制中心设置于检测模块与反馈模块的连接之间；

所述自干扰消除电路还包括缓冲器，所述缓冲器一个输入端通过使能信号与控制中心连接，另一输入端与调整模块的输出端相连接，其所述缓冲器设置于调整模块和合路器的连接之间；

所述自干扰消除使能信号，是控制中心根据幅度检测模块检测到的自干扰信号的幅度，判断是否需要对自干扰信号进行消除的依据；

所述使能信号，是控制中心根据是否需要对自干扰信号进行消除的情况发出的使能信号，控制缓冲器的输出。

优选地，所述相位检测模块由带通滤波器、鉴相器、第一模数转换器、微控制单元、第一数模转换器组成；

所述幅度检测模块由第一检波器、整形电路和第二模数转换器、微控制单元、第二数模转换器组成；

所述相位检测模块与幅度检测模块的微控制单元为同一个；

所述幅度调整模块为可控增益放大器,所述相位调整模块为可控移相器；

其中，带通滤波器用于将其他频率分量滤除，之后输入到鉴相器中；鉴相器，用于检测出待检测信号和参考信号的相位差，以电压信号的方式输出到第一模数转换器中；第一模数转换器将信号转化为数字信号后输入微控制单元；微控制单元用于根据输入的相位检测信号和反馈信号进行运算，对相位调整信号进行微调，进而输出最佳的相位调整信号；第一数模转换器，用于将微控制单元输出的信号转换为模拟信号来控制可控移相器；

第一检波器，包括包络检波器和比较器，当检测信号输入到包络检波器中时，输出包络信号，该包络信号代表着上行信号的幅度大小，如果该幅度值大于比较器中预设的阈值，比较器就会输出自干扰消除使能信号至微控制单元，同时微控制单元输出使能信号，否则微控制单元输出信号为零；整形电路，用于接收包络信号，并将其调整为适应第二模数转换器输入范围的信号；微控制单元，用于根据输入幅度信息和反馈信号进行运算，对幅度调整信号进行微调，输出最佳的幅度调整信号，经过第二数模转换器转换成模拟信号来控制可控增益放大器进行工作；

可控移相器，根据所知的相位差，在相位调整信号的控制下将参考信号移相，得到与自干扰信号反相的消除信号；

可控增益放大器，根据所知的幅度信息，在幅度调整信号的控制下调整电路中的增益，对参考信号进行适当的放大或衰减，使其满足和自干扰信号等幅的关系；

所述反馈模块包括第二功分器，第二检波器，第三模数转换器；

所述第二功分器用于将已消信号分为两路，一路大功率信号输出到RFID读写器芯片中，另一路小功率信号输出到第二检波器中；

第二检波器，用于检测信号检测幅度大小，并发送信号到第三模数转换器中；

第三模数转换器，将信号转换成数字信号，输出作为反馈信号，反馈到微控制单元，作为微调的依据。

(三)有益效果

本发明一种自干扰消除电路，包括检测模块、调整模块、反馈模块和合路器，通过采用以上结构，加强了电子标签的读写能力、以及增加了识别的标签数量的能力，提高了系统的接收灵敏度，以及标签反射信号的幅度，从而解决了无源RFID系统中自干扰问题带来的一系列弊端。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：传统满量程方式的自干扰消除电路的结构连接示意图；

图2：本发明提供的一种自干扰消除电路的结构连接示意图；

图3：本发明提供的一种数字控制的自干扰消除电路的结构连接示意图；

图4：本发明提供的一种数字控制的带有具体结构的自干扰消除电路的结构连接示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

如图1所示，传统的满量程方式的自干扰消除，不估算上行信号的大小，系统只是用一个固定大小的消除信号与上行信号进行相加，消除信号是根据下行信号的一部分信号经过幅度调整和反相调整后形成的。这种自干扰消除电路，无论是多大的自干扰信号，自干扰消除电路只能消除固定大小的自干扰信号，它仅能抑制幅度和相位相对稳定的载波泄露信号，根本无法抑制信号参量随工作环境而时时变化的背景反射干扰信号，降低了接收信噪比。不可避免地导致有效阅读距离的下降。

针对上述问题，本实施例提出了一种自干扰消除电路的结构连接示意图，如图2所示，包括检测模块、调整模块、反馈模块和合路器；

检测模块包括幅度检测模块和相位检测模块，调整模块包括幅度调整模块和相位调整模块；

调整模块，用于接收下行的参考信号；

所述自干扰消除电路上端连接功分器；

其中，功分器用于接收上行信号，并将上行信号分为三路，一路大幅度信号输入到合路器的其中一个输入端，另外两路小幅度信号分别输入到检测模块中的幅度检测模块和相位检测模块中；

幅度检测模块和相位检测模块，接收功分器输出的两路小幅度信号，经过检测后输出幅度控制信号和相位控制信号；

幅度调整模块和相位调整模块，用于接收检测模块输出的幅度控制信号和相位控制信号，根据接收到的幅度控制信号和相位控制信号，对参考信号进行幅度调整和相位调整，输出消除信号，并使得消除信号和上行信号中的自干扰信号是等幅反相的关系；

合路器，其中一个输入端用于接收功分器输出的一路大幅度信号，另一个输入端用于接收调整模块输出的消除信号，输出端用于输出已消信号；

反馈模块，用于提取一部分已消信号进行检测，检测消除的效果，并将效果反馈到检测模块中的相位检测模块。

如图3，本实施例提出了一种数字控制的自适应性自干扰信号消除电路，其自干扰消除电路分为四个部分：检测模块、调整模块、反馈模块和缓冲器。检测模块中包括：幅度检测模块、相位检测模块、控制中心。调整模块包括：幅度调整模块、相位调整模块。其本原理是：上行信号输入到功分器处，功分器将上行信号分为三路，一路大幅度信号输入到合路器的其中一个输入，另外两路小幅度信号分别输入到检测模块中的幅度检测模块和相位检测模块中。由于在上行信号中，自干扰信号远远大于反射回来的标签信号，所以检测模块就是在检测自干扰信号的幅度和相位。经过检测后幅度检测模块输出幅度控制信号和自干扰消除使能信号(SJCEN)，相位检测模块输出相位控制信号。幅度控制信号和相位控制信号分别输入到幅度调整电路和相位调整电路中，对参考信号进行幅度调整和相位调整，使得调整模块输出的消除信号和上行信号中的自干扰信号是等幅反相的关系。调整模块输出的消除信号输入到合路器的另一路输入端中，合路器输出的信号应该是进行自干扰消除后的标签反射信号(称之为“已消信号”)。另外一路控制信号SJCEN输入至控制中心，它的作用是检测自干扰信号的干扰影响是否达到需要消除的情况，如果自干扰信号没有必要消除，那么SJCEN会通知控制中心，然后控制中心会产生输出使能信号(EN)控制缓冲器，使其输出为零，这样合路器里输出的信号就是未进行自干扰消除的上行信号；如果自干扰信号达到需要消除的标准，那么SJCEN会通知控制中心，这时控制中心会通知缓冲器，将消除信号输入至合路器中，进行自干扰消除工作。这样的结构可以使自干扰消除模块根据不同的外界环境选择不同的工作方式，提高系统效率，节约能量。由于相位调整模块的调整精度有限，一般只能将参考信号和消除信号之间的相位差做到170°～190°，所以自干扰消除电路中的反馈模块会提取一部分已消信号进行检测，检测消除的效果，并将效果反馈到检测模块中的控制中心，控制中心根据得到的反馈信号进行运算，得到相应的相位补偿信号输入到相位检测模块，相位检测模块会进行相应的调整，以便提高下一次自干扰信号消除的精度。

如图4所示，所述幅度调整模块为可控增益放大器(AGC),所述相位调整模块为可控移相器；

所述相位检测模块由带通滤波器(BPF)、鉴相器、第一模数转换器(AD1)、微控制单元(MCU)、第一数模转换器(DA1)组成。为了更好地进行相位检测，待相位检测信号进入BPF将其他频率分量滤除，之后输入到鉴相器中。鉴相器检测出待检测信号和参考信号的相位差，以电压信号的方式输出，经过AD1转化为数字信号进入MCU待处理，MCU根据输入的相位检测信号和反馈信号进行运算(查表算法)，对相位调整信号进行微调，进而输出最佳的相位调整信号，通过DA1转换为模拟信号来控制可控移相器，可控移相器根据所知的相位差将参考信号移相，得到与自干扰信号反相的消除信号。

所述幅度检测模块由第一检波器、整形电路和第二模数转换器(AD2)、微控制单元、第二数模转换器(DA2)组成，首先待检测信号输入到第一检波器中输出包络信号，该包络信号代表着上行信号的幅度大小，如果该幅度值大于比较器中预设的阈值，比较器就会输出自干扰消除使能信号(ENSJC)至MCU中，这时近端自干扰消除电路才开始工作，同时MCU也会输出缓冲器使能信号(EN)，此时合路器的另一个输入端的输入信号不为零；如果幅度值小于比较器中预设的阈值，那么比较器会至MCU中，这时近端的自干扰消除电路停止工作，同时MCU也会输出缓冲器使能信号，此时合路器的另一个输入端的输入信号为零。然后包络信号进入整形电路，为了适应AD2的输入范围，进行信号整形，AD2将幅度检测信号输入到MCU中，MCU根据输入幅度信息和反馈信号进行运算(查表算法)，输出最佳的幅度调整信号，经过DA2转换成模拟信号来控制AGC工作，AGC根据所知的幅度信息，调整电路中的增益，对参考信号进行适当的放大(或衰减)，满足和自干扰信号等幅的关系。下行信号作为参考信号经定向耦合器耦合端输入到AGC中，经过了幅度调整和相位调整的参考信号作为消除信号输入到合路器的另一端，由于消除信号和上行信号里的自干扰信号反相，二者相互抵消，降低了自干扰信号对标签反射信号的影响。

所述反馈模块包括第二功分器，第二检波器，第三模数转换器(AD3)；第二功分器将已消除信号分为两路，一路大功率信号输出到RFID读写器芯片中，另一路小功率信号输出检波器中，检测幅度大小(也就是消除的效果)，经过第三模数转换器转换为反馈信号，反馈到MCU，作为微调的依据。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种自干扰消除电路，其特征在于，所述自干扰消除电路包括检测模块、调整模块、反馈模块和合路器；

检测模块包括幅度检测模块和相位检测模块，调整模块包括幅度调整模块和相位调整模块；

调整模块，用于按照上行信号的特性，调整参考信号的幅度和相位；其中下行信号耦合一部分信号作为自干扰消除的参考信号；

所述自干扰消除电路上端连接功分器；

其中，功分器用于接收上行信号，并将上行信号分为三路，一路大幅度信号输入到合路器的其中一个输入端，另外两路小幅度信号分别输入到检测模块中的幅度检测模块和相位检测模块中；

幅度检测模块和相位检测模块，接收功分器输出的两路小幅度信号，经过检测后输出幅度控制信号和相位控制信号；

幅度调整模块和相位调整模块，用于接收检测模块输出的幅度控制信号和相位控制信号，根据接收到的幅度控制信号和相位控制信号，对参考信号进行幅度调整和相位调整，输出消除信号，并使得消除信号和上行信号中的自干扰信号是等幅反相的关系；

合路器，其中一个输入端用于接收功分器输出的一路大幅度信号，另一个输入端用于接收调整模块输出的消除信号，输出端用于输出已消信号；

反馈模块，用于提取一部分已消信号进行检测，检测消除的效果，并将效果反馈到检测模块中的相位检测模块；所述检测模块还包括控制中心，所述控制中心根据得到的反馈信号进行运算，得到相应的相位补偿信号输入到相位检测模块；控制中心与幅度检测模块之间连接有自干扰消除使能信号，且所述控制中心设置于相位检测模块与反馈模块的连接之间；

所述自干扰消除电路还包括缓冲器，所述缓冲器一个输入端通过使能信号与控制中心连接，另一输入端与调整模块的输出端相连接，其所述缓冲器设置于调整模块和合路器的连接之间；

所述自干扰消除使能信号，是控制中心根据幅度检测模块检测到的自干扰信号的幅度，判断是否需要对自干扰信号进行消除的依据；

所述使能信号，是控制中心根据是否需要对自干扰信号进行消除的情况发出的使能信号，控制缓冲器的输出。

2.根据权利要求1所述的自干扰消除电路，其特征在于，所述相位检测模块由带通滤波器、鉴相器、第一模数转换器、微控制单元、第一数模转换器组成；

所述幅度检测模块由第一检波器、整形电路和第二模数转换器、微控制单元、第二数模转换器组成；

所述相位检测模块与幅度检测模块的微控制单元为同一个；

所述幅度调整模块为可控增益放大器,所述相位调整模块为可控移相器；

其中，带通滤波器用于将其他频率分量滤除，之后输入到鉴相器中；鉴相器，用于检测出待检测信号和参考信号的相位差，以电压信号的方式输出到第一模数转换器中；第一模数转换器将信号转化为数字信号后输入微控制单元；微控制单元用于根据输入的相位检测信号和反馈信号进行运算，对相位调整信号进行微调，进而输出最佳的相位调整信号；第一数模转换器，用于将微控制单元输出的信号转换为模拟信号来控制可控移相器；

第一检波器，包括包络检波器和比较器，当检测信号输入到包络检波器中时，输出包络信号，该包络信号代表着上行信号的幅度大小，如果该幅度值大于比较器中预设的阈值，比较器就会输出自干扰消除使能信号至微控制单元，同时微控制单元输出使能信号，否则微控制单元输出信号为零；整形电路，用于接收包络信号，并将其调整为适应第二模数转换器输入范围的信号；微控制单元，用于根据输入幅度信息和反馈信号进行运算，对幅度调整信号进行微调，输出最佳的幅度调整信号，经过第二数模转换器转换成模拟信号来控制可控增益放大器进行工作；

可控移相器，根据所知的相位差，在相位调整信号的控制下将参考信号移相，得到与自干扰信号反相的消除信号；

可控增益放大器，根据所知的幅度信息，在幅度调整信号的控制下调整电路中的增益，对参考信号进行适当的放大或衰减，使其满足和自干扰信号等幅的关系；

所述反馈模块包括第二功分器，第二检波器，第三模数转换器；

所述第二功分器用于将已消信号分为两路，一路大功率信号输出到RFID读写器芯片中，另一路小功率信号输出到第二检波器中；

第二检波器，用于检测信号检测幅度大小，并发送信号到第三模数转换器中；

第三模数转换器，将信号转换为数字信号，输出信号作为反馈信号，反馈到微控制单元，作为微调的依据。