CN104009776A - 干扰消除装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干扰消除装置及方法，用于消除射频识别系统中阅读器接收的标签信号中的干扰。该装置包括：控制单元、抵消信号产生单元、信号合并单元及功率检测器；抵消信号产生单元用于接收第二载波信号、与所述第二载波信号相位差为90度的第三载波信号以及与所述第二载波信号相位差为180度的第四载波信号，根据控制单元的指令对第二载波信号、第三载波信号以及第四载波信号的幅值进行调节以产生多个抵消信号；信号合并单元用于接收干扰信号以及多个抵消信号，对干扰信号和多个抵消信号分别进行相加或相减以得到多个合并信号，并根据所述控制单元的指令对干扰信号进行消除；功率检测器用于检测每一合并信号的幅值；控制单元用于根据合并信号的幅值变化情况确定最佳抵消信号，并控制信号合并单元使用最佳抵消信号对干扰信号进行消除。采用本发明能够快速、低成本地实现干扰消除。

Description

干扰消除装置及方法

技术领域

本发明涉及射频识别（RFID，Radio Frequency Identification）技术领域，特别涉及射频识别系统中的干扰消除装置及方法。

背景技术

射频识别（RFID，Radio Frequency Identification）技术是一种非接触式的自动识别技术，俗称电子标签，其通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，其包括如下基本组成部分：

1、标签（Tag），其由标签天线及芯片组成，附着在被控制、检测或跟踪的物体上，其中，在RFID系统中通常包括多个标签，每个标签具有唯一的电子编码，用以唯一地标识被控制、检测或跟踪的物体；这里，标签也可被称为应答器；

2、阅读器（Reader），其用于读/写标签中存储的信息，可为手持式或固定式，其中RFID系统中通常包括一个阅读器，其读取各个标签中存储的信息（有时还能向标签写入标签信息），以实现对于各个标签所附着的物体的控制、检测或跟踪；这里，阅读器还可被称为询问器；

3、天线（Antenna），其连接阅读器，用于在各个标签和阅读器间传递射频信号，以在阅读器和标签之间传递信息。

目前，超高频（UHF）RFID技术发展的一大屏障就是其较低的可靠性。在UHF RFID系统中，前向链路（从阅读器到标签的链路）和反向链路（从标签到阅读器的链路）都会影响整个系统的可靠性，而本领域的很多技术（诸如天线切换等）都是致力于改善前向链路的可靠性，在改善反向链路的可靠性方面，本领域技术还亟待改进。UHF标签多属于无源或半有源电子标签，在阅读器的读取范围之外时，UHF标签处于无源状态，在阅读器的读取范围之内时，UHF标签从阅读器发出的载波信号（CW signal）中提取其工作所需的电能，通过在来自阅读器的载波信号上反射信号来回传信号给阅读器。所谓载波是指被调制以传输信号的波形，一般为正弦波。

由于，在UHF RFID系统中，阅读器必须在前向链路传输载波信号，而这将导致三种干扰信号，进而会对反向链路的信号接收产生影响，这三种干扰信号可被称为自干扰（self-jammer）。图1示出了在反向链路的信号接收过程中所存在的这三种干扰信号。如图1所示，定向耦合器101将从阅读器的发送端口（TX port）收到的来自阅读器的载波信号传输给天线102，并向阅读器的接收端口（RX port）传输天线102接收到的来自UHF标签的信号。在向阅读器的接收端口传输的接收信号中存在三种干扰信号：

干扰信号1：在由发送端口向天线102传输载波信号时，定向耦合器101从发送端口泄露到接收端口的信号，该泄露信号相对固定，与定向耦合器本身的电路特性相关；

干扰信号2：由天线102反射回来的信号，其与天线102本身及其馈线的特性有关，也相对固定；

干扰信号3：由天线102周围的金属体103带来的干扰信号，其中，近场的金属体可能改变天线102的反射特性，而远场的金属体可能反射载波信号到天线102，这些干扰信号与天线102以及定向耦合器101固有的特性无关，也被称为动态的自干扰。

以上的三种干扰信号会随接收信号一起被传输至阅读器的接收端口，这样就会对阅读器所接收的来自UHF标签的信号带来干扰。为了保证反向链路的可靠性，需要去除以上三种干扰信号对接收信号的影响。

现有技术已提出了两种消除自干扰的方案：

一种方案是采用高隔离度的定向耦合器以避免发送端口向接收端口的信号泄露，即去除上述的干扰信号1的影响，但是，这种方案并不能去除天线反射的信号以及天线周围金属体所带来的干扰信号对接收信号的影响，即不能去除上述干扰信号2和干扰信号3的影响；

另一种方案采用了可变衰减器（attenuator）和可变移相器（phase shifter）来从发送端口的载波信号中耦合出具有一定相位和幅值的信号来抵消上述三种干扰信号对接收信号的影响，进而达到消除自干扰的目的，但是，其中的可变移相器成本很高，并且方案设计复杂，实现起来难度较大。

综上所述，UHF RFID技术中目前需要一种简单易行的方案来消除上述三种干扰信号给接收信号带来的干扰，以提高反向链路的可靠性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种用于干扰消除的装置及方法，能够快速、低成本地消除阅读器反向链路上的干扰。

根据本发明实施例的一种干扰消除装置，其包括：控制单元、抵消信号产生单元、信号合并单元和功率检测器，其中：

所述抵消信号产生单元用于接收第二载波信号、与所述第二载波信号相位差为90度的第三载波信号以及与所述第二载波信号相位差为180度的第四载波信号，根据所述控制单元的指令对所述第二载波信号、所述第三载波信号以及所述第四载波信号的幅值进行多次调节，以产生多个抵消信号，并输出所述多个抵消信号给所述信号合并单元；其中，所产生的每一抵消信号为幅值调节后的所述第二载波信号和幅值调节后的所述第三载波信号相加所得到的信号，或者为幅值调节后的所述第三载波信号和幅值调节后的所述第四载波信号相加所得到的信号；

所述信号合并单元用于接收干扰信号以及所述多个抵消信号，对所述干扰信号和所述多个抵消信号分别进行相加或相减以得到多个合并信号，输出所述多个合并信号给所述功率检测器，并根据所述控制单元的指令对所述干扰信号进行消除；

所述功率检测器用于接收所述多个合并信号，检测每一合并信号的幅值，并输出所述多个合并信号的幅值给所述控制单元；

所述控制单元用于控制所述抵消信号产生单元产生所述多个抵消信号，接收所述多个合并信号的幅值，根据所述多个合并信号的幅值变化情况确定最佳抵消信号，并控制所述信号合并单元使用所述最佳抵消信号对所述干扰信号进行消除。

根据本发明另一实施例的一种干扰消除装置，其包括：控制单元、向量调制器、信号合并单元和功率检测器，其中：

所述向量调制器用于接收第二载波信号，根据所述控制单元的指令对所述第二载波信号的幅值和相位进行多次调节，以产生多个抵消信号，并输出所述多个抵消信号给所述信号合并单元；

所述信号合并单元用于接收干扰信号以及所述多个抵消信号，对所述干扰信号和所述多个抵消信号分别进行相加以得到多个合并信号，输出所述多个合并信号给所述功率检测器，并根据所述控制单元的指令对所述干扰信号进行消除；

所述功率检测器用于接收所述多个合并信号，检测每一合并信号的幅值，并输出所述多个合并信号的幅值给所述控制单元；

所述控制单元用于控制所述向量调制器产生所述多个抵消信号，接收所述多个合并信号的幅值，根据所述多个合并信号的幅值变化情况确定最佳抵消信号，并控制所述信号合并单元使用所述最佳抵消信号对所述干扰信号进行消除。

根据本发明实施例的一种干扰消除方法，该方法包括：

接收第二载波信号、与所述第二载波信号相位差为90度的第三载波信号以及与所述第二载波信号相位差为180度的第四载波信号；

接收干扰信号；

对所述第二载波信号、所述第三载波信号以及所述第四载波信号的幅值进行多次调节，以产生多个抵消信号；其中，所产生的每一抵消信号为幅值调节后的所述第二载波信号和幅值调节后的所述第三载波信号相加所得到的信号，或者为幅值调节后的所述第三载波信号和幅值调节后的所述第四载波信号相加所得到的信号；

对所述干扰信号和所述多个抵消信号分别进行相加或相减以得到多个合并信号；

检测每一合并信号的幅值，并根据所述多个合并信号的幅值变化情况确定最佳抵消信号；

使用所述最佳抵消信号对所述干扰信号进行消除。

采用本发明实施例所提供的干扰消除装置和方法，不必对目前的阅读器硬件做任何改动，易于实施，且成本较低。通过本发明实施例中所提供的两级查找方法可快速地干扰消除，并且针对跳频的情况，采用查找表来保存各个频率的载波信号所对应的最佳相位，能够进一步提高干扰消除的效率。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：

图1示出了现有技术中的定向耦合器以及天线中存在的自干扰；

图2A为依据本发明一实施例的干扰消除装置的结构示意图；

图2B为依据本发明一实施例的干扰消除装置的结构示意图；

图3A示出了干扰信号在第三象限时查找到的最佳抵消信号的星座图坐标；

图3B示出了抵消信号的θ值在[0°,180°]范围内变化时所得到的合并信号的幅值变化曲线；

图3C示出了干扰信号在第一象限时查找到的最佳抵消信号的星座图坐标；

图3D示出了抵消信号的θ值在[0°,180°]范围内变化时所得到的合并信号的幅值变化曲线；

图4A为依据本发明一实施例的干扰消除装置的结构示意图；

图4B为依据本发明一实施例的干扰消除装置的结构示意图；

图4C~4E为依据本发明实施例的干扰消除装置的几种变形方案示意图；

图5A为依据本发明一实施例的干扰消除装置的结构示意图；

图5B为依据本发明一实施例的干扰消除装置的结构示意图；

图6A为依据本发明一实施例的方法流程图；

图6B为依据本发明一实施例的方法流程图；

图7示出了两级查找最佳抵消信号的相位的过程；

具体实施方式

下文将以明确易懂的方式通过对优选实施例的说明并结合附图来对本发明上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图2A示出了依据本发明一实施例的干扰消除装置组成结构示意图。如图2A所示，该干扰消除装置可包括：传输线20、抵消信号产生单元21、控制单元22、信号合并单元23、功率检测器24以及耦合单元25。在本实施例中，阅读器输出的前向载波信号被表示为Asin(x)，其中，A代表载波信号的幅值。如图2A所示，传输线20连接发送端口（TX port）和天线，将阅读器输出的前向载波信号Asin(x)传输至天线，而这会导致前述三种干扰信号，分别表示为ASsin(x+β)和ARCsin(x+γ)，其中，S代表耦合单元25的隔离度所带来的干扰信号幅值，也称为隔离系数；C代表耦合单元25的耦合损耗所带来的干扰信号幅值，也称为耦合系数；R代表天线的反射损耗（包括：天线本身的反射以及天线周围金属体的反射）所带来的干扰信号幅值，也称为反射系数或者反射损失；β代表耦合单元25的隔离度所带来的相位变化；γ代表耦合单元25的耦合损耗以及天线的反射损耗所带来的相位变化。因此，ASsin(x+β)这一路干扰信号对应于前述干扰信号1，ARCsin(x+γ)这一路干扰信号对应于前述干扰信号2和干扰信号3。这样，前述三种干扰信号所带来的干扰可以表示为ASsin(x+β)+ARCsin(x+γ)。

在图2A的干扰消除装置中，抵消信号产生单元21从耦合单元25接收从传输线20耦合到的三路载波信号ACsin(x+α)、ACcos(x+α)和-ACsin(x+α)，其中，α代表耦合损耗所带来的相位变化。信号合并单元23从耦合单元25接收从传输线20耦合得到的干扰信号ASsin(x+β)以及干扰信号ARCsin(x+γ)。控制单元22用于对抵消信号产生单元21中的至少两个可变衰减器进行控制，这些可变衰减器分别按控制单元22的指令对接收到的信号进行处理，其中，H₁和H₂分别代表可变衰减器对信号幅值的调节，即衰减系数。这样，抵消信号产生单元21产生抵消信号随着控制单元22对于抵消信号产生单元21中可变衰减器的控制，可变衰减器可以采用不同的衰减系数对信号进行调节，进而能够输出多个抵消信号。信号合并单元23接收来自抵消信号产生单元21的抵消信号以及从传输线20耦合到的干扰信号，对抵消信号和干扰信号做加法或者减法，以得到抵消信号与干扰信号之和或者抵消信号与干扰信号之差。同时，在控制单元22的控制下，信号合并单元23可以选择对抵消信号和干扰信号做加法还是减法，并输出合并信号（即抵消信号与干扰信号之和或者二者之差）到接收端口（RX port），所输出的这一路合并信号就是抵消信号和干扰信号相互抵消之后的剩余信号。功率检测器24连接信号合并单元23的输出端，对其输出的信号幅值进行检测，并将检测结果输出给控制单元22。控制单元22根据功率检测器24的检测结果查找到最佳的抵消信号（即能够最大限度抵消干扰信号使得所得到的剩余信号幅值最小的抵消信号），并向抵消信号产生单元21发出指令，以使其输出最佳的抵消信号，同时向信号合并单元23发出指令，以指示其对最佳抵消信号与干扰信号进行相加或相减使得其输出的剩余信号的幅值最小，进而达到消除干扰的目的。

具体的，抵消信号产生单元21可每产生一个抵消信号就输出该抵消信号给信号合并单元23；信号合并单元23可每接收到一个抵消信号就对该抵消信号和所述干扰信号进行相加或相减处理以得到一个合并信号，并输出该合并信号给功率检测器24；功率检测器24可接收合并信号，每接收到一个合并信号就检测该合并信号的幅值，并输出该合并信号的幅值给控制单元22；控制单元22可运行用于查找最佳抵消信号的计算机程序以查找到用于干扰消除的最佳抵消信号；其中，控制单元22可记录所述多个抵消信号的相位变化及其对应的来自功率检测器24的多个合并信号的幅值，以获得合并信号的幅值随抵消信号的相位变化的第一曲线，确定所述第一曲线中的最大值或最小值对应的抵消信号的相位为最佳相位，进而可记录具有所述最佳相位的所述多个抵消信号的幅值变化及其对应的所述多个合并信号的幅值，以获得合并信号的幅值随具有所述最佳相位的抵消信号的幅值变化的第二曲线，确定所述第二曲线上的最小值对应的抵消信号为最佳抵消信号，并设定信号合并单元23在进行干扰消除时是将所述最佳抵消信号与所述干扰信号相加还是将二者相减；其中，如果所述最佳相位对应所述最大值，则所述干扰信号与所述最佳抵消信号的运算与得到对应于所述第一曲线的所述多个合并信号的运算相反，如果所述最佳相位对应所述最小值，则所述干扰信号与所述最佳抵消信号的运算与得到对应于所述第一曲线的所述多个合并信号的运算相同。当确定了所述最佳抵消信号之后，控制单元22根据所述最佳抵消信号的幅值和相位指令抵消信号产生单元21产生所述最佳抵消信号；抵消信号产生单元21按控制单元22的指令生成所述最佳抵消信号并输出给信号合并单元23；控制单元22根据所设定的所述在进行干扰消除时是将所述最佳抵消信号与所述干扰信号相加还是将二者相减，指令信号合并单元23对所述最佳抵消信号和所述干扰信号做相加处理或对二者做相减处理；信号合并单元23连接所述接收端口，其进一步按控制单元22的指令对所述最佳抵消信号和所述干扰信号做相加处理或者相减处理，以消除所述干扰信号对于向所述接收端口传输的接收信号的干扰。

在本发明实施例中，传输线20可以为各种传输线，比如：微带线、共面带线或共面波导线等。

基于图2A所示的干扰消除装置，图2B示出了依据本发明另一实施例的干扰消除装置的结构示意图。在本实施例中，传输线20为微带线201，抵消信号产生单元21包括两个可变衰减器203a~203b、开关204a和功率合并器205a，信号合并单元23包括功率合并器205b和开关204b，控制单元22为一个微控制单元（MCU）206，耦合单元包括四个耦合器202a~202d。如图2B所示，该干扰消除装置包括：微带线201、耦合器202a~202d、可变衰减器203a~203b、开关204a~204b、功率合并器205a~205b、微控制单元206和功率检测器207。与图2A所示相同，图2B中的微带线201连接发送端口（TX port）和天线，将阅读器输出的前向载波信号Asin(x)传输至天线，而这会导致前述三种干扰信号，分别表示为ASsin(x+β)和ARCsin(x+γ)，这样，前述三种干扰信号对接收端口（RX port）的接收信号所带来的干扰可以表示为ASsin(x+β)+ARCsin(x+γ)。

在图2B的干扰消除装置中，耦合器202a、耦合器202b和耦合器202c分别从微带线201耦合得到三路载波信号ACsin(x+α)、ACcos(x+α)和-ACsin(x+α)。耦合器202d用于从微带线201耦合得到干扰信号ASsin(x+β)和干扰信号ARCsin(x+γ)，并将耦合到的干扰信号ASsin(x+β)+ARCsin(x+γ)输出给功率合并器205b。MCU206用于对可变衰减器203a、可变衰减器203b、开关204a、开关204b进行控制。耦合器202c输出信号ACcos(x+α)给可变衰减器203a，可变衰减器203a按MCU206的指令对接收到的信号进行处理再输出信号给功率合并器205a，其中，H₂代表可变衰减器203a对信号幅值的衰减系数。耦合器202a和耦合器202c分别输出信号ACsin(x+α)和-ACsin(x+α)给开关204a，开关204a用于根据MCU206的指令对来自耦合器202a和耦合器202c的这两路信号（ACsin(x+α)和-ACsin(x+α)）进行选路，并输出所选择的信号（ACsin(x+α)或-ACsin(x+α)）给可变衰减器203b，可变衰减器203b按MCU206的指令对接收到的信号进行处理再输出信号或给功率合并器205a，其中，H₁代表可变衰减器203b对信号幅值的衰减系数。功率合并器205a对来自两个可变衰减器203a和203b的两路信号进行合并得到用于抵消干扰的抵消信号并输出给功率合并器205b。功率合并器205b接收来自功率合并器205a的抵消信号以及来自耦合器202d的干扰信号，对抵消信号和干扰信号分别做加法和减法以得到两路合并信号并输出，一路是抵消信号与干扰信号之和，另一路是抵消信号与干扰信号之差。开关204b按来自MCU206的指令对功率合并器205b输出的两路合并信号进行选路，并输出所选的一路合并信号到接收端口（RX port），所输出的这一路合并信号就是抵消信号和干扰信号相互抵消之后的剩余信号。功率检测器207连接开关204b的输出端，对开关204b输出的信号幅值进行检测，并将检测结果输出给MCU206。MCU206根据功率检测器207的检测结果查找到最佳的抵消信号（即能够最大限度抵消干扰信号使得所得到的剩余信号幅值最小的抵消信号），并向可变衰减器203a~203b和开关204a发出指令以使功率合并器204a输出最佳的抵消信号，同时向开关204b发出指令以指示开关204b选择哪一路信号使得开关204b输出的剩余信号的幅值最小，进而达到消除干扰的目的。

这里，耦合器202a、耦合器202b和耦合器202c三者之间因间距为λ/4，所以它们所耦合到的信号相位差都为90°，分别能耦合到信号ACsin(x+α)、ACcos(x+α)和-ACsin(x+α)，其中，λ为阅读器输出的前向载波信号Asin(x)的波长。图2B示出的耦合器202a~202d和微带线201为印刷电路板上印制的导电金属层，耦合器202a~202d均为与微带线201平行摆放的微带线；耦合器202a与耦合器202b之间相距四分之一前向载波信号Asin(x)的波长，耦合器202b与耦合器202c之间也相距四分之一前向载波信号Asin(x)的波长。本发明实施例对微带线202a~202d和微带线201的具体形状、尺寸不做限定，可采用现有技术中已有的各种微带线。

以下对上述干扰消除装置实现干扰消除的原理做进一步说明。

对于任两路具有相同频率但相位和幅值不同的正弦信号，二者之和为另一具有相同频率的正弦信号。该定理可通过如下公式推导来证明。

$A\sin \left(x\right)+B\sin (x+\mathrm{\α})=A\sin \left(x\right)+B\sin \left(x\right)\cos \mathrm{\α}+B\cos \left(x\right)\sin \mathrm{\α}$

$=\sin \left(x\right)(A+B\cos \mathrm{\α})+\cos \left(x\right)B\sin \mathrm{\α}$

$=\sin \left(x\right)A^{\′}+\cos \left(x\right)B^{\′}$

$=\sqrt{{\left(A^{\′}\right)}^2+{\left(B^{\′}\right)}^2}(\frac{A^{\′}}{\sqrt{{\left(A^{\′}\right)}^2+{\left(B^{\′}\right)}^2}}\sin \left(x\right)+\frac{B^{\′}}{\sqrt{{\left(A^{\′}\right)}^2+{\left(B^{\′}\right)}^2}}\cos \left(x\right))$

$=\sqrt{{\left(A^{\′}\right)}^2+{\left(B^{\′}\right)}^2}\sin (x+\mathrm{\β})$

其中，A'=A+Bcosα，B'=Bsinα，Asin(x)和Bsin(x+α)为两路具有相同频率但相位和幅值不同的正弦信号，通过上述公式推导，可知这两路信号之和可以表示为另一个具有相同频率的正弦信号

基于上述定理可知，前述三种干扰信号所带来的干扰ASsin(x+β)+ARCsin(x+γ)可以表示为一个具有相同频率的正弦信号，此外，本发明提出的干扰消除装置所获得的抵消信号与该干扰信号为相同频率但相位和幅值不同的正弦信号，通过查找并设定最佳的抵消信号可以尽可能的将干扰信号消除。为方便理解上述MCU206查找最佳抵消信号的方法，以下通过抵消信号和干扰信号的星座图（IQ plot）坐标和二者合并后的合并信号的仿真结果示例来对此方法加以详细说明。本领域技术人员可以知道，干扰消除装置所得到的干扰信号为具有一定的幅值和相位的正弦信号，该干扰信号表示在星座图坐标系中时，可能位于第一和第二象限，也可能位于第三和第四象限。

图3A示出了干扰信号位于第三象限时查找到的最佳抵消信号示例。如图3A所示，干扰信号ASsin(x+β)和ARCsin(x+γ)可以合并得到一路位于第三象限的干扰信号，干扰消除装置中的功率合并器205a对两路信号和进行合并处理可以得到抵消信号，该抵消信号在星座图中具有一定的角度θ。MCU206通过调节可变衰减器203a和203b的衰减系数H₁和H₂可以改变抵消信号的θ值，如图3A所示，抵消信号的θ的取值范围为[0,180°]。图3B示出了抵消信号的θ值在[0,180°]范围内变化时，功率合并器205b将干扰信号ASsin(x+β)+ARCsin(x+γ)和抵消信号相加所得到的合并信号的幅值。通过调节可变衰减器203a和203b的衰减系数H₁和H₂可以得到具有不同θ值的抵消信号，各个抵消信号与干扰信号相加得到不同幅值的合并信号。如图3B所示，当抵消信号的θ取值接近50°时，合并信号的幅值最小。当抵消信号位于第一或第二象限而干扰信号位于第三或第四象限时，将这两个信号相加就能产生幅值尽量小的合并信号，起到相互抵消的作用，相当于做了消除干扰的处理。这样，从所得到的各个合并信号中查找到幅值最小的合并信号，该幅值最小的合并信号对应的抵消信号就是用于消除干扰的最佳抵消信号。根据图3B示出的仿真结果，可以查找到合并信号最小幅值所对应的抵消信号的θ值，而该θ值对应一对H₁和H₂的取值，即最佳抵消信号所对应的一对H₁和H₂的取值。图3B示出的曲线对应于一个数据集合，该数据集合包括[0,180°]范围内的各个θ值及其对应的合并信号的幅值，每一θ值可由一对H₁和H₂值来表征。MCU206中可预先配置好对应于各个θ值的各对H₁和H₂值，可变衰减器203a和203b按来自MCU206的指令依次设定各对H₁和H₂值，可变衰减器203a和203b每次设定一对H₁和H₂值之后，功率合并器205b就输出一个抵消信号与干扰信号相加得到的合并信号。在初始状况下，MCU206指令开关204b选择功率合并器205b输出的抵消信号与干扰信号之和这一路信号，功率检测器207检测从开关204b输出的合并信号的幅值并输出给MCU206。这样，MCU206中记录了每一对H₁和H₂值对应的合并信号幅值，再按预设的查找方法从中查找到最佳抵消信号对应的H₁和H₂值（比如，如果干扰信号位于第三或第四象限，则查找最小的合并信号幅值对应的一对H₁和H₂值作为最佳抵消信号对应的一对H₁和H₂值）。之后，MCU206可以令可变衰减器203a和203b将衰减系数H₁和H₂设定到最佳抵消信号所对应的一对H₁和H₂值，进而可以使功率合并器205a输出最佳抵消信号，同时MCU206指令开关204b选择功率合并器205b输出的最佳抵消信号与干扰信号之和这一路信号（即剩余信号）。此时，开关204b向接收端口（RX port）输出最佳抵消信号和干扰信号相互抵消后的剩余信号（该剩余信号为这两个信号之和），从图3A和3B中可以看出，该剩余信号的幅值几乎为零。从而阅读器从接收端口接收到的来自标签的反向链路的信号受到的干扰很小，这样就能达到消除干扰、提高反向链路性能的目的。

图3C示出了干扰信号位于第一象限时查找到的最佳抵消信号示例。如图3C所示，干扰信号ASsin(x+β)和ARCsin(x+γ)可以合并得到一路位于第一象限的干扰信号，干扰消除装置中的功率合并器205a对两路信号和进行合并处理可以得到抵消信号，该抵消信号在星座图中具有一定的角度θ。MCU206通过调节可变衰减器203a和203b的衰减系数H₁和H₂可以改变抵消信号的θ值，如图3C所示，抵消信号的θ的取值范围为[0,180°]。图3D示出了抵消信号的θ值在[0,180°]范围内变化时，功率合并器205b合并干扰信号ASsin(x+β)+ARCsin(x+γ)和抵消信号所得到的合并信号的幅值。如图3D所示，当抵消信号的θ取值接近50°时，合并信号的幅值最大。当抵消信号和干扰信号都位于第一或第二象限时，将这两个信号相减就能产生幅值尽量小的合并信号，起到相互抵消的作用，相当于做了消除干扰的处理。根据图3D示出的仿真结果，可以查找到合并信号最大幅值所对应的抵消信号的θ值，而该θ值对应一对H₁和H₂的取值，即最佳抵消信号所对应的一对H₁和H₂的取值。图3D示出的曲线对应于一个数据集合，该数据集合包括[0,180°]范围内的各个θ值及其对应的合并信号的幅值，每一θ值可由一对H₁和H₂值来表征。MCU206中可预先配置好对应于各个θ值的各对H₁和H₂值，可变衰减器203a和203b按来自MCU206的指令依次设定各对H₁和H₂值，可变衰减器203a和203b每次设定一对H₁和H₂值之后，功率合并器205b就输出一个抵消信号与干扰信号相加得到的合并信号。在初始状况下，MCU206指令开关204b选择功率合并器205b输出的抵消信号与干扰信号之和这一路信号，功率检测器207检测从开关204b输出的合并信号的幅值并输出给MCU206。这样，MCU206中记录了每一对H₁和H₂值对应的合并信号幅值，再按预设的查找方法从中查找到最佳抵消信号对应的H₁和H₂值（比如，如果干扰信号位于第一或第二象限，则查找最大的合并信号幅值对应的一对H₁和H₂值作为最佳抵消信号对应的一对H₁和H₂值）。之后，MCU206可以令可变衰减器203a和203b将衰减系数H₁和H₂设定到最佳抵消信号所对应的一对H₁和H₂值，进而可以使功率合并器205a输出最佳抵消信号，同时MCU206指令开关204b选择功率合并器205b输出的最佳抵消信号与干扰信号之差这一路信号（即剩余信号）。此时，开关204b向接收端口（RX port）输出最佳抵消信号和干扰信号相互抵消后的剩余信号（该剩余信号为这两个信号之差），从图3C和3D中可以看出，最佳抵消信号几乎可以完全抵消干扰信号，从而使阅读器从接收端口接收到的来自标签的反向链路的信号受到的干扰很小，这样就能达到消除干扰、提高反向链路性能的目的。

这里，MCU206记录了每一对H₁和H₂值及其对应的合并信号幅值之后，就可以根据合并信号幅值随H₁和H₂值变化的趋势判断干扰信号是位于第一或第二象限还是位于第三或第四象限。比如：MCU206可以根据所记录的各对H₁和H₂值所表征的θ值及其对应的各个合并信号幅值做出类似图3B或图3D的曲线图；如果所做出的曲线类似图3B（即合并信号幅值先随θ值的增大，先降低到最小值，然后再升高），则判定干扰信号位于第三或第四象限；如果所做出的曲线类似图3D（即合并信号幅值先随θ值的增大，先升高到最大值，然后再降低），则判定干扰信号位于第一或第二象限。

根据本发明实施例的干扰消除装置优选集成有传输线20以及耦合传输线202a~202d，其中，耦合传输线202a至202d均与传输线20平行设置，分别与传输线20形成耦合器，以从传输线20上耦合得到载波信号和干扰信号并提供给抵消信号产生单元21和信号合并单元23进行处理。这样，可利用根据本发明实施例的干扰消除装置直接替换阅读器原有的环形器或定向耦合器，使得本发明在实施时的成本最为优化。可选的，根据本发明实施例的干扰消除装置也可以不集成传输线20以及耦合传输线202a~202d，这样，在实施本发明时可采用分立的耦合器器件，以向抵消信号产生单元21和信号合并单元23提供载波信号和干扰信号。或者，根据本发明实施例的干扰消除装置还可以集成传输线20以及耦合传输线202a~202c，而不集成耦合传输线202d，这样，可以利用耦合传输线202a~202c从传输线20上耦合得到载波信号并提供给抵消信号产生单元21，并采用分立的耦合器器件向信号合并单元23提供干扰信号。分立的耦合器可以采用各种类型的耦合器器件，例如耦合线、环形器等。此外，本发明可采用各种类型的可变衰减器。例如，可以采用数字衰减器，该数字衰减器的步进量比如可以为0.5dB。也可以采用模拟衰减器，比如一个可连续衰减的二极管可变衰减器（PINDiode variable attenuator）。

通过以上描述可知，本发明所提出的干扰消除装置可以通过调节载波信号的衰减系数来动态的查找最佳抵消信号，实现成本低，并且该干扰消除装置很容易集成在现有的UHF RFID阅读器中。此外，由于查找最佳抵消信号的范围缩减到[0°，180°]，而不必在[0°，360°]范围内查找，因此，可以在很短的时间内就查找到最佳抵消信号，从而满足诸如EPC C1G2等一些协议的严格时延要求。比如，根据某些协议的要求，每次上电之后，阅读器只会等待1.5ms（即Ts＝1.5ms）就会发出第一个命令，也就是说，需要在1.5ms内查找到最佳抵消信号并完成设置，经过仿真实验可证明采用本发明实施例所提供的干扰消除装置可以在1.5ms内查找到最佳抵消信号并完成最佳抵消信号的设置，本文后续将对此做详细说明。

基于以上图2A和2B所示的干扰消除装置，本发明实施例还提出两种典型的变形方案，如图4A和4B所示。与图2A所示的干扰消除装置相比，图4A所示的干扰消除装置中，传输线为微带线201，抵消信号产生单元包括两个可变衰减器203b和一个可变衰减器203a、开关204a和功率合并器205a，信号合并单元包括功率合并器205b和开关204b，控制单元为一个MCU206，耦合单元包括四个耦合器202a~202d。图4A示出的干扰消除装置与图2B所示的不同之处在于，图4A中的可变衰减器203b不是接在开关204a之后的，而是接在开关204a之前，同样能向功率合并器205a输出信号如图4A所示，干扰消除装置中包括两个可变衰减器203b，这两个可变衰减器的衰减系数可以保持一致，它们分别连接耦合器202a和202c，分别向开关204a输出信号和开关204a则根据MCU206的指令对这两路信号进行选路，向功率合并器205a输出或与图2A所示的干扰消除装置相比，图4B所示的干扰消除装置中，传输线为微带线201，抵消信号产生单元包括两个可变衰减器203a~203b、开关204a和功率合并器205a，信号合并单元包括功率合并器205b和开关204b，控制单元为一个MCU206，耦合单元包括两个耦合器402a~402b，此外还包括功分器403、90°移相器404a、180°移相器404b。图4B所示的干扰消除装置与图2B所示的干扰消除装置的区别在于只有两个耦合器。如图4B所示，干扰消除装置中包括两个耦合器402a和402b，还进一步包括功分器403、90°移相器404a和180°移相器404b。耦合器402b与图2B中的耦合器202d相同，用于耦合干扰信号并输出给功率合并器205b；耦合器402a、功分器403、90°移相器404a和180°移相器404b用于耦合到一路载波信号ACsin(x+α)并由此得到用于生成抵消信号的载波信号0.5774ACcos(x+α)和-0.5774ACsin(x+α)。具体的，耦合器402a向功分器403输出信号ACsin(x+α)，功分器403分别向开关204a、90°移相器404a和180°移相器404b输出信号0.5774ACsin(x+α)，90°移相器404a和180°移相器404b则分别对接收到的信号做移相处理，90°移相器404a输出信号0.5774ACcos(x+α)给可变衰减器203a，180°移相器404b输出信号-0.5774ACsin(x+α)给开关204a。图4B中的开关204a与图2中的开关204a相同，可对两路信号0.5774ACsin(x+α)和-0.5774ACsin(x+α)进行选路输出信号0.5774ACsin(x+α)或-0.5774ACsin(x+α)给可变衰减器203b，进而可变衰减器203b可向功率合并器205a输出信号图4A和图4B中其它部件的工作原理与图2A和图2B中的相同，这里不再赘述。

此外，基于图4B所示的干扰消除装置，可以针对可变衰减器203b得到类似于图4A的变形方案，具体的如图4C所示，将图4B中的可变衰减器203b接到开关203a之前而不是接到开关203a之后，干扰消除装置中包括两个可变衰减器203b，这两个可变衰减器的衰减系数可以保持一致，它们分别连接功分器403和180°移相器404b，分别向开关204a输出信号和开关204a则根据MCU206的指令对这两路信号进行选路，向功率合并器205a输出 $+0.5774\frac{\mathrm{AC}\sin (x+\mathrm{\α})}{H_1}$ 或 $-0.5774\frac{\mathrm{AC}\sin (x+\mathrm{\α})}{H_1}.$ 可选的，基于图4B所示的干扰消除装置，可以针对功分器403、90°移相器404a和180°移相器404b得到变形方案，具体的如图4D所示，可以将180°移相器404b替换为另一个90°移相器404a’，功分器403输出信号0.707ACsin(x+α)给开关204a和90°移相器404a，90°移相器404a的输出端连接另一个功分器403’并输出信号0.707*0.707ACcos(x+α)给功分器403’，该功分器403’输出一路信号0.707*0.707ACcos(x+α)给可变衰减器203a，还输出一路信号0.707*0.707ACcos(x+α)给90°移相器404a’，该90°移相器404a’输出信号-0.707*0.707ACsin(x+α)给开关204a。可选的，基于图4B所示的干扰消除装置，上述针对可变衰减器203b的变形方案和上述针对功分器403、90°移相器404a和180°移相器404b的变形方案也可以结合在一起得到另一种变形方案，具体的如图4E所示，在图4D所示针对功分器403、90°移相器404a和180°移相器404b的变形方案的基础上，对可变衰减器203b的连接关系进行调整，将可变衰减器203b连接到开关204a之前，具体的，干扰消除装置中包括一个可变衰减器203a和两个可变衰减器203b，可变衰减器203a的连接关系不变，两个可变衰减器203b分别连接功分器403和90°移相器404a’，分别向开关204a输出信号 $+\frac{0.707\mathrm{AC}\sin (x+\mathrm{\α})}{H_1}$ 和 $-\frac{0.707*0.707\mathrm{AC}\sin (x+\mathrm{\α})}{H_1},$ 开关204a则根据MCU206的指令对这两路信号进行选路，向功率合并器205a输出 $+\frac{0.707\mathrm{AC}\sin (x+\mathrm{\α})}{H_1}$ 或 $-\frac{0.707*0.707\mathrm{AC}\sin (x+\mathrm{\α})}{H_1}.$

以上各种干扰消除装置的主要设计思想在于，利用耦合器耦合得到一路载波信号，并利用功分器和固定移相器分别得到该路信号90°移相和180°移相后的信号，再利用这三路载波信号通过调节可变衰减器的衰减系数生成各个抵消信号，以便在[0°，180°]范围内查找最佳抵消信号，从而达到干扰消除的目的，基于这种设计思想，还可以扩展得到各种实施方式，这里就不再一一列举，但均在本发明的保护范围之内。

以上各个实施例针对的是某一特定频率的前向载波信号的干扰消除。在考虑跳频的情况，即前向载波信号的频率在一定范围内变化，例如，在前向控制信道频带（FCC band）中，前向载波信号可能在902MHz to928MHz的范围内变化，则可对上述实施例做进一步扩展。控制单元（比如MCU）可进一步保存一个查找表（LUT，Look Up Table），该查找表记录了阅读器传输的每种频率的载波信号所对应的抵消信号的最佳相位；每当控制单元确定了针对一种频率的载波信号的最佳相位之后，控制单元就保存该最佳相位；每当阅读器上电时，控制单元从查找表中查找当前阅读器传输的载波信号所对应的最佳相位；如果查找到，则控制单元直接指令抵消信号产生单元产生具有该最佳相位但具有不同幅值的多个抵消信号，以进一步确定具有该最佳相位和最佳幅值的最佳抵消信号，最后指令抵消信号产生单元产生该最佳抵消信号；如果未查找到，则控制单元确定当前阅读器传输的载波信号对应的最佳相位，再指令抵消信号产生单元产生具有该最佳相位但具有不同幅值的多个消信号，以进一步确定具有该最佳相位和最佳幅值的最佳抵消信号，最后指令抵消信号产生单元产生该最佳抵消信号。比如，在图2B所示的干扰消除装置中，针对每一个频率的前向载波信号，MCU206通过调节可变衰减器203a和203b的衰减系数，可以在[0°，180°]范围内查找到最佳抵消信号，并在查找表中记录不同频率的前向载波信号对应的各个最佳相位的相关设置参数（包括：可变衰减器203a~203b的衰减系数、开关204a~204b的选路设置等等），之后，当前向载波信号的频率发生变化时可以查找到对应当前频率的最佳相位的相关设置参数，再指令可变衰减器203a~203b和开关204a~204b进行相应的设置以使功率合并器205a输出多个具有最佳相位的抵消信号，并确定最佳抵消信号，同时指令开关204b进行选路以得到该最佳抵消信号与干扰信号相抵消后的剩余信号。这样，干扰消除装置上电后，MCU206可以快速通过查找表查找到对应当前频率的最佳相位的相关设置参数，以快速设置最佳抵消信号，达到干扰消除的目的。

本发明实施例还提出了另一种干扰消除装置，该装置采用了向量调制器（vectormodulator）来获得各种相位和幅值的抵消信号，以便从中查找到最佳抵消信号，从而达到干扰抵消的目的。图5A示出了依据本发明一实施例的采用向量调制器的干扰消除装置的结构示意图。此种干扰消除装置可以包括：传输线50、耦合单元55、控制单元52、向量调制器51、信号合并单元53和功率检测器54，其中，传输线50、耦合单元55的功能与图2A中的传输线20、耦合单元25的功能相同，这里不再赘述。向量调制器51从耦合单元55接收从传输线50上耦合得到的载波信号ACsin(x+α)，根据控制单元52的指令对载波信号ACsin(x+α)的幅值和相位进行多次调节，以产生多个抵消信号并输出这些抵消信号给信号合并单元53；其中，Δ代表向量调制器51对信号幅值的调节，可称为幅值的变化系数，代表向量调制器51对信号相位的调节，可称为相位差。向量调制器51可以在[0,360°]范围内调整抵消信号的相位，每产生一个抵消信号，向量调制器51就可输出该抵消信号给信号合并单元53。信号合并单元53从耦合单元55接收干扰信号ASsin(x+β)+ARCsin(x+γ)，并对接收到的干扰信号和多个抵消信号分别进行相加处理以得到多个合并信号，并输出这些合并信号给功率检测器54；其中，可每接收到一个抵消信号就对该抵消信号和干扰信号进行相加处理以得到一个合并信号，并输出该合并信号给功率检测器54。功率检测器54接收合并信号，分别检测每一合并信号的幅值，并输出该合并信号的幅值给控制单元52。控制单元52可运行用于查找最佳抵消信号的计算机程序以查找到用于干扰消除的最佳抵消信号；其中，控制向量调制器51分别产生多个抵消信号，记录来自功率检测器54的多个合并信号的幅值及其对应的多个抵消信号的幅值和相位，并确定这些合并信号中幅值最小的合并信号所对应的抵消信号为最佳抵消信号。当确定了所述最佳抵消信号之后，控制单元52根据最佳抵消信号的幅值和相位指令向量调制器51产生所述最佳抵消信号。向量调制器51按控制单元52的指令生成最佳抵消信号并输出给信号合并单元53。信号合并单元53连接接收端口，其按控制单元52的指令对最佳抵消信号和干扰信号做相加处理，以消除干扰信号对于通过接收端口接收的标签信号的干扰。

同样的，根据本发明上述实施例的干扰消除装置优选可集成有传输线50以及耦合单元55，以从传输线50上耦合得到载波信号和干扰信号并提供给向量调制器51和信号合并单元53进行处理。这样，可利用根据本发明上述实施例的干扰消除装置直接替换阅读器原有的环形器或定向耦合器，使得本发明在实施时的成本最为优化。可选的，根据本发明上述实施例的干扰消除装置也可以不集成传输线50以及耦合单元55，这样，在实施本发明时可采用分立的耦合器器件，以向向量调制器51和信号合并单元53提供载波信号和干扰信号。

基于图5A所示的干扰消除装置，图5B示出了依据本发明另一实施例的采用向量调制器的干扰消除装置，在此实施例中，传输线50为微带线501，向量调整器51包括不带巴伦的向量调制器504和巴伦503，控制单元52为MCU506，耦合单元55包括两个耦合器502a~502b。如图5B所示，该干扰消除装置包括：微带线201、两个耦合器502a~502b、巴伦（Balun）503、向量调制器504、功率合并器505、MCU506和功率检测器507。微带线201连接发送端口（TXport）和天线，将阅读器输出的前向载波信号Asin(x)传输至天线。耦合器502a从微带线201耦合得到信号ACsin(x+α)并输出给巴伦503。耦合器502b用于从微带线201耦合得到干扰信号ASsin(x+β)和干扰信号ARCsin(x+γ)，并将耦合到的干扰信号ASsin(x+β)+ARCsin(x+γ)输出给功率合并器505。MCU506用于对向量调制器504进行控制。巴伦503也叫平衡不平衡转换器，对信号ACsin(x+α)进行处理之后输出给向量调制器504。这里，巴伦用来将单端信号转换成向量调制器要求的差分信号，由于前面实施例中的固定移相器和可变衰减器可以处理单端信号而并不要求处理差分信号，所以前面实施例中并不需要巴伦。向量调制器504按照来自MCU506的指令对接收到的信号ACsin(x+α)进行相位和幅值的调节，输出抵消信号给功率合并器505，其中，Δ代表向量调制器504对信号幅值的调节，可称为幅值的变化系数，代表向量调制器504对信号相位的调节，可称为相位差，向量调制器504可以在[0,360°]范围内调整抵消信号的相位。功率合并器505接收来自向量调制器504的抵消信号以及来自耦合器502b的干扰信号，对抵消信号和干扰信号做合并处理并输出合并信号到接收端口（RX port）。功率检测器507连接功率合并器505的输出端，对功率合并器505输出的信号幅值进行检测，并将检测结果输出给MCU506。MCU506根据功率检测器507的检测结果查找到能获得最小幅值的合并信号所对应的抵消信号，即最佳的抵消信号，其能够最大限度抵消干扰信号使得所得到的剩余信号幅值最小，并向向量调制器504发出指令以使向量调制器504输出最佳的抵消信号，进而达到消除干扰的目的。

在图5B所示的干扰消除装置中，所采用的向量调制器504不具有巴伦，所以其要单独连接一个巴伦503。本发明实施例中可采用各种向量调制器（比如MAX2047），而有的向量调制器是自带巴伦的，此时耦合器502a可以直接连接向量调制器504而不必单独连接一个巴伦503。

如前面所述，抵消信号与干扰信号为相同频率但相位和幅值不同的正弦信号，通过查找并设定最佳的抵消信号可以尽可能的将干扰信号消除。抵消信号和干扰信号在星座图（IQplot）坐标系中都具有一定的角度。上述实施例中，向量调制器504可以根据MCU506的指令，输出[0°,360°]范围内变化的各种抵消信号，即向量调制器504输出的抵消信号可能位于星座图坐标系的任何一个象限，所以功率合并器505不必像之前实施例中的功率合并器205b那样同时输出两路合并信号，由开关204b根据MCU的指令进行选路。MCU506可每次指令向量调制器504输出一个具有指定相位以及指定幅值的抵消信号之后，记录功率检测器507得到的合并信号的幅值，之后，确定幅值最小的合并信号所对应的抵消信号的相关设置参数（包括幅值的变化系数和相位差等），即确定最佳抵消信号的相关设置参数，最后，指令向量调制器504输出最佳抵消信号。向量调制器504将按MCU506的指令设定最佳抵消信号的相关设置参数以输出该最佳抵消信号，从而使得功率合并器505输出的合并信号幅值最小，达到干扰消除的目的。

以上采用向量调制器的实施例针对的是某一特定频率的前向载波信号的干扰消除。而如前面所述，如果考虑跳频的情况，则可以对上述实施例做进一步扩展。控制单元（比如MCU）可进一步保存一个查找表（LUT，Look Up Table），该查找表记录了阅读器传输的每种频率的载波信号所对应的最佳相位；每当控制单元确定了针对一种频率的载波信号的最佳相位之后，控制单元就保存该最佳相位；每当阅读器上电时，控制单元从查找表中查找当前阅读器传输的载波信号所对应的最佳相位；如果查找到，则控制单元直接指令向量调制器产生具有该最佳相位但具有不同幅值的多个抵消信号，以进一步确定具有该最佳相位和最佳幅值的最佳抵消信号，最后指令向量调制器产生该最佳抵消信号；如果未查找到，则控制单元确定当前阅读器传输的载波信号对应的最佳相位，再指令向量调制器产生具有该最佳相位但具有不同幅值的多个消信号，以进一步确定具有该最佳相位和最佳幅值的最佳抵消信号，最后指令向量调制器产生该最佳抵消信号。比如，在图5B所示的干扰消除装置中，针对每一个频率的前向载波信号，MCU506通过对向量调制器504的调节，可以在[0°，360°]范围内查找到最佳抵消信号，并记录不同频率的前向载波信号对应的各个最佳相位的相关设置参数，之后，当前向载波信号的频率发生变化时可以查找到对应当前频率的最佳相位的相关设置参数，再指令向量调制器504进行相应的设置以输出多个具有该最佳相位的抵消信号，并确定最佳抵消信号，使向量调制器504进行相应的设置以输出最佳抵消信号。这里，MCU506可利用查找表（LUT，Look Up Table）记录不同频率的前向载波信号对应的各个最佳相位的相关设置参数，这样，干扰消除装置上电后，MCU506可以快速通过查找表查找到对应当前频率的最佳相位的相关设置参数，以快速设置最佳抵消信号，达到干扰消除的目的。

由于很多协议对于时延有比较严格的限制，所以在上述采用可变衰减器和采用向量调制器的各种干扰消除装置的实施例中，控制单元（如MCU206和MCU506）都需要快速查找到最佳抵消信号。在此查找过程中，可以预先设定多个抵消信号样本，每一抵消信号样本可由抵消信号的相关设置参数来定义。如前面所述，此相关设置参数可为表征一定相位和幅值的抵消信号的参数，比如，衰减系数H₁和H₂值、相位差和幅值的变化系数。之后，MCU可以令可变衰减器或向量调制器按照相关设置参数进行相应的设置，以使功率合并器205a或向量调制器504逐次输出各个抵消信号，同时，MCU记录每个抵消信号与干扰信号合并之后所得到的合并信号的幅值，以确定最佳抵消信号。

本发明基于以上干扰消除装置，还提出了一种干扰消除方法。

图6A示出了根据本发明方法的一个实施例中的干扰消除方法流程图。在本实施例中，阅读器输出的前向载波信号被表示为Asin(x)。如图6A所示，该方法包括如下步骤：

步骤601：接收第二载波信号ACsin(x+α)、与第二载波信号ACsin(x+α)相位差为90度的第三载波信号ACcos(x+α)和与第二载波信号ACsin(x+α)相位差为180度的第四载波信号-ACsin(x+α)；接收干扰信号ASsin(x+β)+ARCsin(x+γ)。这里，各个信号的数学表达式与前面各个实施例相同，在此不再对其中各个符号的含义加以赘述。

步骤602：对第二载波信号ACsin(x+α)、第三载波信号ACcos(x+α)和第四载波信号-ACsin(x+α)的幅值进行多次调节，以产生多个抵消信号；其中，所产生的每一抵消信号为幅值调节后的第二载波信号ACsin(x+α)和幅值调节后的第三载波信号ACcos(x+α)相加所得到的信号，或者为幅值调节后的第二载波信号ACcos(x+α)和幅值调节后的第四载波信号-ACsin(x+α)相加所得到的信号。

步骤603：对所述干扰信号和所述多个抵消信号分别进行相加或相减以得到多个合并信号。

步骤604：检测每一合并信号的幅值，并根据所述多个合并信号的幅值变化情况确定最佳抵消信号。

步骤605：使用所述最佳抵消信号对所述干扰信号进行消除。

图6B示出了根据本发明方法的一个优选实施例中的干扰消除方法流程图。在本实施例中，步骤611~613的操作与上述步骤601~603的操作相同，步骤614与步骤615的操作如下：

步骤614：检测每一合并信号的幅值，根据所述多个抵消信号的相位变化及其对应的所述多个合并信号的幅值获得合并信号的幅值随抵消信号的相位变化的第一曲线，确定所述第一曲线上的最大值或最小值对应的抵消信号的相位为最佳相位；根据具有所述最佳相位的所述多个抵消信号的幅值变化及其对应的所述多个合并信号的幅值获得合并信号的幅值随具有所述最佳相位的抵消信号的幅值变化的第二曲线，确定所述第二曲线上的最小值对应的抵消信号为最佳抵消信号。

步骤615：将所述干扰信号与所述最佳抵消信号进行相加或相减；其中，如果所述最佳相位对应于所述第一曲线上的最大值，则所述干扰信号与所述最佳抵消信号的运算与得到对应于所述第一曲线的所述多个合并信号的运算相反，如果所述最佳相位对应于所述第一曲线上的最小值，则所述干扰信号与所述最佳抵消信号的运算与得到对应于所述第一曲线的所述多个合并信号的运算相同。

以上各个步骤的具体实施方法，前面装置实施例中均有详述，这里不再赘述。

上述优选实施例中的干扰消除方法主要考虑以下两个问题：

一、查找最佳幅值（即最佳抵消信号的幅值）和最佳相位（即最佳抵消信号的相位）的处理可相互独立，先查找最佳相位再查找最佳幅值。

首先，对于具有相同幅值的一组具有不同相位的抵消信号，查找抵消信号和干扰信号抵消之后的剩余信号的最大或最小幅值，具有该最大或最小幅值的剩余信号所对应的抵消信号的相位就是最佳相位。在确定了最佳相位之后，可以从具有该最佳相位的一组具有不同幅值的抵消信号中查找到抵消信号和干扰信号抵消后的剩余信号的最小幅值，该最小幅值的剩余信号所对应的抵消信号的幅值就是最佳幅值。最终，具有该最佳幅值和该最佳相位的信号就是最佳抵消信号。这种查找方法可以显著减少查找的步骤以及抵消信号的数量，因此效率很高。

具体的，在产生多个抵消信号时，首先产生具有相同幅值和不同相位的多个第一抵消信号并检测其对应的多个第一合并信号的幅值，进而根据所述多个第一合并信号的幅值以及所述多个抵消信号的不同相位以确定所述最佳相位。在确定最佳相位后，产生具有最佳相位和不同幅值的多个第二抵消信号，检测其对应的多个第二合并信号的幅值；从这些第二合并信号中确定幅值最小的第二合并信号所对应的抵消信号为最佳抵消信号。

二、在查找最佳相位时，可采用两级查找步骤。

在产生多个第一抵消信号进而确定最佳相位的过程中，可先产生多个具有第一相位差的第一抵消信号并检测其对应的多个第一合并信号的幅值，以确定最佳相位所在的相位范围。之后，产生该相位范围内的多个具有第二相位差的第一抵消信号并检测其对应的多个第一合并信号的幅值，以确定所述最佳相位。其中，第一相位差大于所述第二相位差。

由于功率检测器在检测某一信号幅值时，会进行多次采样，取多次采样得到的信号幅值的平均值作为该信号的幅值。因此，在检测具有第一相位差的第一抵消信号所对应的第一合并信号的幅值时（即在做第一级查找时），可以采用较小的采样数量，而在检测具有第二相位差的第一抵消信号所对应的第一合并信号的幅值时（即在做第二级查找时），可以采用较大的采样数量。

在本发明一优选实施例中，首先，以较大的相位差、较少的抵消信号数量，做第一级的粗查找，以很快确定最佳相位所在的一个粗略的范围；然后，以较小的相位差、较多的抵消信号数量，在第一级粗查找中确定的粗略范围内做第二级的细查找，以从中精确地确定最佳相位。比如：在粗查找中，对于每个信号的幅值做三次采样，并以10°的相位差进行粗查找，在细查找中，对于每个信号的幅值做十次采样，并以5°的相位差进行细查找。在粗查找和细查找步骤中都可以采用各种快速查找方法，比如基于黄金分割比例的方法。

在上述的粗查找和细查找中，每个抵消信号的设置都可分为三个步骤：MCU指令可变衰减器或向量调制器设定一个抵消信号的相位，MCU确定下一个抵消信号的相位，可变衰减器或向量调制器按MCU的指令设定当前确定的抵消信号的相位。

图7示出了仿真得到的多个合并信号的幅值随各个抵消信号的相位变化的曲线示例。从图7中可以看到，第一级的粗查找中相邻抵消信号701之间的相位差比较大，能确定一个粗略的相位范围702。在此粗略的相位范围702内可以进行第二级的细查找，其中，相邻抵消信号703之间的相位差较小，最终能精确地确定一个最佳抵消信号703’。其中，功率检测器在检测功率合并器输出的某一合并信号的幅值时，要进行多次采样来得到一个幅值平均值，并以此平均值作为该合并信号的幅值。如图7所示，幅值区间704是一级粗查找中检测一个抵消信号701对应的合并信号幅值时多次采样得到的幅值误差范围，幅值区间705是二级细查找中检测一个抵消信号703对应的合并信号幅值时多次采样得到的幅值误差范围，显然，幅值区间704要大于幅值区间705。为了实现精确查找，本发明实施例中，在对一级粗查找中的抵消信号701对应的合并信号幅值进行采样时，采用较小的采样数量，而在对二级细查找中的抵消信号703对应的合并信号幅值进行采样时，采用较大的采样数量。虽然，粗查找阶段，较少的采样次数对应较大的幅值区间704，所得到的合并信号的幅值存在较大误差，但这种误差对于确定粗略的相位范围影响很小，并且耗费较少的系统资源。在细查找阶段，较多的采样次数对应较小的幅值区间705，所得到的合并信号的幅值误差较小，这样，能够有效利用系统资源实现精确的查找。

采用上述两级查找步骤的好处在于：在粗查找步骤中，使用比较少的采样次数，这样能节省时间，同时，采用较大的相位差可以减少噪声对功率检测器的干扰。在细查找步骤中，采用较多的采样次数可以减少噪声对功率检测器的干扰，同时，使用较小的相位差以准确定位最佳相位。

以下结合表1和表2，对本发明实施例所提供的装置以及方法查找最佳抵消信号所耗费的资源加以分析和统计。

表1列出了图5B所示的干扰消除装置中各个组件的资源耗费情况，表2则列出了该干扰消除装置采用两级查找方法所耗费的时间。

表1

表2

根据表1和表2对于CPU在粗查找和细查找中需要的指令数以及相关时间参数的统计可以看出，即使是采用低速的MCU，在最差的情况下，也能够在1.5ms内查找到最佳抵消信号并完成最佳抵消信号的设置，即在1.5ms内完成最佳相位的粗查找、最佳相位的细查找，最佳幅值的查找以及最佳抵消信号的产生。如果采用更高速的MCU，则可以具有更高的采样速率，可以进一步提高性能。表1和表2是以利用向量调制器的方案为例对CPU所需的指令数以及相关时间参数进行了统计。本发明人对利用可变衰减器的方案中CPU所需的指令数以及相关时间参数也做了统计，此种利用可变衰减器的方案的效率跟利用向量调制器的方案差不多（详情参见以下表3和表4），同样也可以在1.5ms内查找到最佳抵消信号并完成最佳抵消信号的设置。

表3

表4

综上，本发明实施例所提供的装置和方法具有以下技术效果：

1）本发明实施例所提供的用于消除干扰的干扰消除装置可以直接集成在阅读器和天线之间，而不必对目前的阅读器硬件做任何改动；

2）本发明实施例所提供的干扰消除装置电路实现简单，可采用可变衰减器或者向量调制器来产生各种抵消信号样本，易于实施，成本较低；

3）本发明实施例所提供的两级查找方法可显著提高干扰消除的效率，并且针对跳频的情况，采用查找表来保存各个频率的信号所对应的最佳相位，也能显著提高干扰消除的效率；

4）采用本发明实施例之后，一些具有干扰消除能力的阅读器的设计（比如：高隔离环形器和高回波损耗的天线）可以简化，进而可以显著降低阅读器成本。

上文通过附图和优选实施例对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施例，本领域技术人员从中推导出来的其它方案也在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种干扰消除装置，其包括：控制单元（22，206）、抵消信号产生单元（21）、信号合并单元（23）和功率检测器（24，207），其中：

所述抵消信号产生单元（21）用于接收第二载波信号、与所述第二载波信号相位差为90度的第三载波信号以及与所述第二载波信号相位差为180度的第四载波信号，根据所述控制单元（22，206）的指令对所述第二载波信号、所述第三载波信号以及所述第四载波信号的幅值进行多次调节，以产生多个抵消信号，并输出所述多个抵消信号给所述信号合并单元（23）；其中，所产生的每一抵消信号为幅值调节后的所述第二载波信号和幅值调节后的所述第三载波信号相加所得到的信号，或者为幅值调节后的所述第三载波信号和幅值调节后的所述第四载波信号相加所得到的信号；

所述信号合并单元（23）用于接收干扰信号以及所述多个抵消信号，对所述干扰信号和所述多个抵消信号分别进行相加或相减以得到多个合并信号，输出所述多个合并信号给所述功率检测器（24，207），并根据所述控制单元（22，206）的指令对所述干扰信号进行消除；

所述功率检测器（24，207）用于接收所述多个合并信号，检测每一合并信号的幅值，并输出所述多个合并信号的幅值给所述控制单元（22，206）；

所述控制单元（22，206）用于控制所述抵消信号产生单元（21）产生所述多个抵消信号，接收所述多个合并信号的幅值，根据所述多个合并信号的幅值变化情况确定最佳抵消信号，并控制所述信号合并单元（23）使用所述最佳抵消信号对所述干扰信号进行消除。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述抵消信号产生单元（21）包括：第一可变衰减器（203a）、第二可变衰减器（203b）、开关（204a）和功率合并器（205a）；其中：

所述开关（204a）用于接收所述第二载波信号和所述第四载波信号，根据所述控制单元（22，206）的指令对所述第二载波信号和所述第四载波进行选路，以输出所述第二载波信号或所述第四载波信号给所述第二可变衰减器（203b）；

所述第一可变衰减器（203a）用于接收所述第三载波信号，根据所述控制单元（22，206）的指令对所述第三载波信号的幅值进行多次调节，并输出多个第五载波信号给所述功率合并器（205a）；

所述第二可变衰减器（203b）用于根据所述控制单元（22，206）的指令对所述开关（204a）输出的所述第二载波信号或所述第四载波信号的幅值进行多次调节，并输出多个第六载波信号给所述功率合并器（205a）；

所述功率合并器（205a）用于对所述多个第五载波信号和所述多个第六载波信号分别进行相加以得到所述多个抵消信号，并输出所述多个抵消信号给所述信号合并单元（23）。

3.根据权利要求1所述的装置，所述抵消信号产生单元（21）包括：第一可变衰减器（203a）、第二可变衰减器（203b）、第三可变衰减器（203b）、开关（204a）和功率合并器（205a）；其中：

所述第一可变衰减器（203a）用于接收所述第三载波信号，根据所述控制单元（22，206）的指令对所述第三载波信号的幅值进行多次调节，并输出多个第五载波信号给所述功率合并器（205a）；

所述第二可变衰减器（203b）用于接收所述第二载波信号，根据所述控制单元（22，206）的指令对所述第二载波信号进行多次调节，并输出多个第六载波信号给所述开关（204a）；

所述第三可变衰减器（203b）用于接收所述第四载波信号，根据所述控制单元（22，206）的指令对所述第四载波信号进行多次调节，并输出多个第七载波信号给所述开关（204a）；

所述开关（204a）用于根据所述控制单元（22，206）的指令对所述多个第六载波信号和所述多个第七载波进行选路，以输出所述多个第六载波信号或所述多个第七载波信号给所述功率合并器（205a）；

所述功率合并器（205a）用于对所述多个第五载波信号和所述多个第六载波信号分别进行相加，或者对所述多个第五载波信号和所述多个第七载波信号分别进行相加，以得到所述多个抵消信号，并输出所述多个抵消信号给所述信号合并单元（23）。

4.根据权利要求1至3任一所述的装置，其进一步包括：传输线（20，201），第一耦合传输线（202a，402a）、第二耦合传输线（202b）和第三耦合传输线（202c）；其中：

所述传输线（20，201）用于传输第一载波信号；

所述第一耦合传输线（202a，402a）与所述传输线（20，201）平行设置，用于从所述传输线（20，201）上耦合得到所述第二载波信号并输出给所述抵消信号产生单元（21）；

所述第二耦合传输线（202b）与所述传输线（20，201）平行设置，且与所述第一耦合传输线（202a）相距四分之一所述第一载波信号波长，用于从所述传输线（20，201）上耦合得到所述第三载波信号并输出给所述抵消信号产生单元（21）；

所述第三耦合传输线（202c）与所述传输线（20，201）平行设置，且与所述第二耦合传输线（202b）相距四分之一所述第一载波信号波长，用于从所述传输线（20，201）上耦合得到所述第四载波信号并输出给所述抵消信号产生单元（21）。

5.根据权利要求1至3任一所述的装置，其进一步包括：传输线（20，201），第一耦合传输线（202a，402a）、第一功分器（403）、第一固定移相器（404a）和第二固定移相器（404b）；其中：

所述传输线（20，201）用于传输第一载波信号；

所述第一耦合传输线（202a，402a）与所述传输线（20，201）平行设置，用于从所述传输线（20，201）上耦合得到所述第二载波信号并输出给所述第一功分器（403）；

所述第一功分器（403）用于接收所述第二载波信号，将所述第二载波信号分为三路，并分别输出所述第二载波信号给所述抵消信号产生单元（21）、所述第一固定移相器（404a）和所述第二固定移相器（404b）；

所述第一固定移相器（404a）用于对接收到的所述第二载波信号做90度的移相处理，以得到所述第三载波信号，并输出所述第三载波信号给所述抵消信号产生单元（21）；

所述第二固定移相器（404b）用于对接收到的所述第二载波信号做180度的移相处理，以得到第四载波，并输出所述第四载波信号给所述抵消信号产生单元（21）。

6.根据权利要求1至3任一所述的装置，其进一步包括：传输线（20，201），第一耦合传输线（202a，402a）、第一功分器（403）、第二功分器（403’）、第一固定移相器（404a）和第三固定移相器（404a’）；其中：

所述传输线（20，201）用于传输第一载波信号；

所述第一耦合传输线（202a，402a）与所述传输线（20，201）平行设置，用于从所述传输线（20，201）上耦合得到所述第二载波信号并输出给所述第一功分器（403）；

所述第一功分器（403）用于接收所述第二载波信号，将所述第二载波信号分为两路，并分别输出所述第二载波信号给所述抵消信号产生单元（21）和所述第一固定移相器（404a）；

所述第一固定移相器（404a）用于对接收到的所述第二载波信号做90度的移相处理，以得到所述第三载波信号，并输出所述第三载波信号给所述第二功分器（403’）；

所述第二功分器（403’）用于接收所述第三载波信号，将所述第三载波信号分为两路，并分别输出所述第三载波信号给所述抵消信号产生单元（21）和所述第三固定移相器（404a’）；

所述第三固定移相器（404a’）用于对接收到的所述第三载波信号做90度的移相处理，以得到第四载波，并输出所述第四载波信号给所述抵消信号产生单元（21）。

7.根据权利要求4至6任一所述的装置，其进一步包括：第四耦合传输线（202d）；

所述第四耦合传输线（202d）与所述传输线（20，201）平行设置，用于从所述传输线（20，201）上耦合得到所述干扰信号并输出给所述信号合并单元（23）。

8.根据权利要求4至6任一所述的装置，其中：所述第一载波信号的频率可变。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，根据所述多个合并信号的幅值变化情况确定最佳抵消信号进一步包括：

根据所述多个抵消信号的相位变化及其对应的所述多个合并信号的幅值获得合并信号的幅值随抵消信号的相位变化的第一曲线，确定所述第一曲线上的最大值或最小值对应的抵消信号的相位为最佳相位；根据具有所述最佳相位的所述多个抵消信号的幅值变化及其对应的所述多个合并信号的幅值获得合并信号的幅值随具有所述最佳相位的抵消信号的幅值变化的第二曲线，确定所述第二曲线上的最小值对应的抵消信号为最佳抵消信号；

控制所述信号合并单元（23）使用所述最佳抵消信号对所述干扰信号进行消除进一步包括：控制所述信号合并单元（23）将所述干扰信号与所述最佳抵消信号进行相加或相减；其中，如果所述最佳相位对应于所述第一曲线上的最大值，则所述干扰信号与所述最佳抵消信号的运算与得到对应于所述第一曲线的所述多个合并信号的运算相反，如果所述最佳相位对应于所述第一曲线上的最小值，则所述干扰信号与所述最佳抵消信号的运算与得到对应于所述第一曲线的所述多个合并信号的运算相同。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述控制单元（22，206）进一步用于保存所述最佳相位，并在确定所述最佳抵消信号之前查找所保存的所述最佳相位；如果查找到，则所述控制单元（22，206）控制所述抵消信号产生单元（21）产生具有所述最佳相位但幅值变化的所述多个抵消信号。

11.一种干扰消除装置，其包括：控制单元（52，506）、向量调制器（51，504）、信号合并单元（53，505）和功率检测器（54，507），其中：

所述向量调制器（51，504）用于接收第二载波信号，根据所述控制单元（52，506）的指令对所述第二载波信号的幅值和相位进行多次调节，以产生多个抵消信号，并输出所述多个抵消信号给所述信号合并单元（53，505）；

所述信号合并单元（53，505）用于接收干扰信号以及所述多个抵消信号，对所述干扰信号和所述多个抵消信号分别进行相加以得到多个合并信号，输出所述多个合并信号给所述功率检测器（54，507），并根据所述控制单元（52，506）的指令对所述干扰信号进行消除；

所述功率检测器（54，507）用于接收所述多个合并信号，检测每一合并信号的幅值，并输出所述多个合并信号的幅值给所述控制单元（52，506）；

所述控制单元（52，506）用于控制所述向量调制器（51，504）产生所述多个抵消信号，接收所述多个合并信号的幅值，根据所述多个合并信号的幅值变化情况确定最佳抵消信号，并控制所述信号合并单元（53，505）使用所述最佳抵消信号对所述干扰信号进行消除。

12.根据权利要求11所述的装置，其进一步包括：传输线（50，501）和第一耦合传输线（502a）；其中：

所述传输线（20，201）用于传输第一载波信号；

所述第一耦合传输线（502a）与所述传输线（20，201）平行设置，用于从所述传输线（50，501）上耦合得到所述第二载波信号并输出给所述向量调制器（51，504）。

13.根据权利要求12所述的装置，其进一步包括：第四耦合传输线（502b）；

所述第四耦合传输线（502b）与所述传输线（50，501）平行设置，用于从所述传输线（50，501）上耦合得到所述干扰信号并输出给所述信号合并单元（53，505）。

14.一种干扰消除方法，该方法包括：

接收第二载波信号、与所述第二载波信号相位差为90度的第三载波信号以及与所述第二载波信号相位差为180度的第四载波信号；

接收干扰信号；

对所述第二载波信号、所述第三载波信号以及所述第四载波信号的幅值进行多次调节，以产生多个抵消信号；其中，所产生的每一抵消信号为幅值调节后的所述第二载波信号和幅值调节后的所述第三载波信号相加所得到的信号，或者为幅值调节后的所述第三载波信号和幅值调节后的所述第四载波信号相加所得到的信号；

对所述干扰信号和所述多个抵消信号分别进行相加或相减以得到多个合并信号；

检测每一合并信号的幅值，并根据所述多个合并信号的幅值变化情况确定最佳抵消信号；

使用所述最佳抵消信号对所述干扰信号进行消除。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，根据所述多个合并信号的幅值变化情况确定最佳抵消信号进一步包括：

根据所述多个抵消信号的相位变化及其对应的所述多个合并信号的幅值获得合并信号的幅值随抵消信号的相位变化的第一曲线，确定所述第一曲线上的最大值或最小值对应的抵消信号的相位为最佳相位；根据具有所述最佳相位的所述多个抵消信号的幅值变化及其对应的所述多个合并信号的幅值获得合并信号的幅值随具有所述最佳相位的抵消信号的幅值变化的第二曲线，确定所述第二曲线上的最小值对应的抵消信号为最佳抵消信号；

使用所述最佳抵消信号对所述干扰信号进行消除进一步包括：将所述干扰信号与所述最佳抵消信号进行相加或相减；其中，如果所述最佳相位对应于所述第一曲线上的最大值，则所述干扰信号与所述最佳抵消信号的运算与得到对应于所述第一曲线的所述多个合并信号的运算相反，如果所述最佳相位对应于所述第一曲线上的最小值，则所述干扰信号与所述最佳抵消信号的运算与得到对应于所述第一曲线的所述多个合并信号的运算相同。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，根据所述多个抵消信号的相位变化及其对应的所述多个合并信号的幅值获得合并信号的幅值随抵消信号的相位变化的第一曲线，确定所述第一曲线上的最大值或最小值对应的抵消信号的相位为最佳相位进一步包括：

在所述多个抵消信号的相位变化步长为第一相位差时，根据所述第一曲线确定所述最佳相位所在的相位范围；

在所述多个抵消信号的相位变化步长为第二相位差时，根据所述第一曲线在所述相位范围内确定所述最佳相位；

其中，所述第一相位差大于所述第二相位差。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，检测每一合并信号的幅值进一步包括：

在所述多个抵消信号的相位变化步长为第一相位差时，使用第一数量的采样数量检测每一合并信号的幅值；

在所述多个抵消信号的相位变化步长为第二相位差时，使用第二数量的采样数量检测每一合并信号的幅值；

其中，所述第一数量小于所述第二数量。