CN105049387A - 一种消除rfid系统后向链路载波干扰的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消除RFID系统后向链路载波干扰的装置和方法。装置包括天线、多相滤波器、放大倍数可控的功率放大器、第一和第二相加器、残留干扰载波检测模块和控制电路；方法包括初始化、建立配置点、生成抵消信号、确定最佳消除点、判断残留载波信号是否小于设定的警戒残留量，如果是设置功率放大器增益，如果否，更新配置点，在当前最佳消除点附近精细搜索最佳消除点。本发明通过耦合前向链路的载波抵消后向链路存在的载波干扰，有效提高了发射路径和接收路径的隔离度，确保接收路径中含有的前向载波信号尽量小，提高了接收机的灵敏度。

Description

一种消除RFID系统后向链路载波干扰的方法

技术领域

本发明涉及一种消除波干扰的装置和方法，尤其是一种消除RFID系统后向链路载波干扰的装置和方法，属于无线射频技术领域。

背景技术

射频识别技术(RFID)的系统主要是阅读器、标签、后台服务器三部分构成。识别过程主要分为三个部分：阅读器发射载波，标签激活后反射接收到的载波，阅读器识别标签反射回来的载波。一般的阅读器使用单天线结构，与发射路径和接收路径同时相连，通过定向耦合器或者环形器等隔离器件来实现隔离发射路径到接收路径的载波干扰。但是定向耦合器和环形器的隔离度有限，仍然会有部分信号泄露至接收路径，而标签发射信号非常微弱，这影响了标签发射信号的识别，为了更好的识别，需要发射路径和接收路径有很好的隔离度，使接收路径中含有的载波信号尽量小。

传统的减小载波泄露的方法主要有两种：一是承受载波泄漏的设计。这类读写器通常利用高隔离度的环形器来衰减载波泄漏，通过设计无源高线性度的接收前端来承受载波泄漏信号的干扰，但无源前端噪声性能较差，影响灵敏度；另一种方法是利用衰减器减小载波泄漏。通过衰减器减少读模式时的载波泄漏信号，但同时衰减器也同比例减小了有用信号，从而降低了读写器接收灵敏度。以上两种方法下阅读器的接收机灵敏度都不高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种消除RFID系统后向链路载波干扰的装置和方法。

技术方案一：

一种消除RFID系统后向链路载波干扰的装置，包括天线、多相滤波器、放大倍数可控的功率放大器、第一和第二相加器、残留干扰载波检测模块和控制电路；

所述发射机耦合前向载波信号，将其输入至所述多相滤波器，所述多相滤波器将前向载波信号分别偏移0°/90°/180°/270°相位，生成同相相同相位信号、同相相反相位信号、正交相同相位信号和正交相反相位信号；所述同相相同相位信号、同相相反相位信号、正交相同相位信号和正交相反相位信号经所述功率放大器放大后输出至所述第一相加器；所述控制电路依据所述同相相同相位信号、同相相反相位信号、正交相同相位信号和正交相反相位信号的预设增益调整范围和调整步长设置配置点，依次输出与所述各配置点相对应的所述同相相同相位信号、同相相反相位信号、正交相同相位信号和正交相反相位信号的增益控制信号至所述功率放大器；所述功率放大器分别按照所述控制电路设定的所述同相相同相位信号、同相相反相位信号、正交相同相位信号和正交相反相位信号增益放大相应信号；所述第一相加器将所述同相相同相位信号、同相相反相位信号、正交相同相位信号和正交相反相位信号相加，生成的抵消信号，将所述抵消信号输出至所述第二相加器，所述第二相加器将接所述抵消信号和后向载波信号相加生成残留载波信号，将所述残留载波信号输出至所述残留载波检测模块；所述残留干扰载波检测模块实时检测所述残留载波信号的功率，将其输出至所述控制电路；所述控制电路接收各与所述各配置点对应的所述残留载波信号的功率，计算其幅值，求取最佳配置点，使用与最佳配置点对应的放大倍数控制所述功率放大器放大所述同相相同相位信号、同相相反相位信号、正交相同相位信号和正交相反相位信号；所述后向载波信号为标签发射信号和泄露想想载波信号的混合信号。

技术方案二：

一种消除RFID系统后向链路载波干扰的方法，由以下具体步骤组成：

步骤1：初始化：设定残留载波信号的警戒残留量，设定前向载波信号中同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)的增益范围和增益步长；

步骤2：建立配置点：所述配置点的配置为(N_I+、N_I-、N_Q+、N_Q-)，N_I+、N_I-、N_Q+、N_Q-分别为同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)的增益，为所述前向载波信号同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)的增益范围内增益步长整数倍的组合，并确定各配置点扫描顺序；

步骤3：生成抵消信号：根据配置点扫描顺序，依次生成各配置点的抵消信号：由以下子步骤组成：

步骤3-1：在发射机发射前向载波信号后耦合部分前向载波信号X(t)＝xsin(wt+θ_carrier)，将其输入至所述多相滤波器；

步骤3-2：所述多相滤波器将前向载波信号分别偏移0°/90°/180°/270°相位，生成同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)；

I₊(t)＝·x·sin(wt+θ_carrier)

I_-(t)＝·x·sin(wt+θ_carrier+180°)(1)

Q₊(t)＝·x·sin(wt+θ_carrier+90°)

Q_-(t)＝·x·sin(wt+θ_carrier+270°)

其中，θ_carrier为发射路径载波相位，w为载波频率，x为载波幅度；

步骤3-3：在所述当前配置点的配置(N_I+、N_I-、N_Q+、N_Q-)控制下，所述功率放大器放大所述同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)；生成所述同相相同相位放大信号I'₊(t)、同相相反相位放大信号Q'₊(t)、正交相同相位放大信号I'_-(t)和正交相反相位放大信号Q'_-(t)；

I'₊(t)＝N_I+·x·sin(wt+θ_carrier)

I'_-(t)＝N_I-·x·sin(wt+θ_carrier+180°)

(2)

Q'₊(t)＝N_Q-·x·sin(wt+θ_carrier+90°)

Q'_-(t)＝N_Q-·x·sin(wt+θ_carrier+270°)

步骤3-4：所述第一相加器将所述同相相同相位放大信号I'₊(t)、同相相反相位放大信号Q'₊(t)、正交相同相位放大信号I'_-(t)和正交相反相位放大信号Q'_-(t)相加，生成抵消信号，输出所述抵消信号至所述第二相加器；

步骤3-5：所述第二相加器将接收的所述抵消信号与后向载波信号相加生成残留载波信号，输出至所述残留干扰载波检测模块；所述后向载波信号为标签发射信号和泄露想想载波信号的混合信号；

步骤3-6：所述残留干扰载波检测模块实时检测所述残留载波信号的功率，将其输出至所述控制电路；

步骤3-7：所述控制电路记录所述残留载波信号的幅度值；

步骤3-8：所述控制电路判断当前配置点是否为最后一个配置点，如果是，转向步骤4，如果否，更新当前配置点的配置，转向步骤3-3；

步骤4：确定最佳消除点：所述控制电路选取所述各配置点残留载波信号幅度中最小和次最小的两个配置点(I₁,Q₁)和(I₂,Q₂)；分别以其为圆心，相应的幅值R₁,R₂为半径做圆，求所述两圆交点(x,y)作为最佳消除点：

$\left\{\begin{array}{c}{(x-I_1)}^2+{(y-Q_1)}^2=R_1^2\\ {(x-I_2)}^2+{(y-Q_2)}^2=R_2^2\end{array}\right.---\left(3\right)$

步骤5：判断残留载波信号是否小于设定的警戒残留量，如果是，转向步骤7；如果否，转向步骤6；

步骤6：更新前向载波信号的增益范围和增益步长，所述更新后同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)的增益范围分别为当前同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)的增益步长；所述更新后同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)的增益步长为其更新后增益范围的一半，转向步骤2；

步骤7：设置功率放大器增益：将当前配置点的配置设置为所述功率放大器放大所述相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)的增益；转向步骤8；

步骤8：延时预设时间后转向步骤5。

本发明的有益效果在于：

本发明通过耦合前向链路的载波抵消后向链路存在的载波干扰，有效提高了发射路径和接收路径的隔离度，确保接收路径中含有的前向载波信号尽量小，提高了接收机的灵敏度。

附图说明

图1是本发明实施例1的原理框图；

图2是本发明实施例2的流程图；

图3是本发明实施例2步骤3的流程图。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，一种消除RFID系统后向链路载波干扰的装置，包括天线、多相滤波器、放大倍数可控的功率放大器、第一和第二相加器、残留干扰载波检测模块和控制电路；

所述发射机耦合前向载波信号，将其输入至所述多相滤波器，所述多相滤波器将前向载波信号分别偏移0°/90°/180°/270°相位，生成同相相同相位信号、同相相反相位信号、正交相同相位信号和正交相反相位信号；所述同相相同相位信号、同相相反相位信号、正交相同相位信号和正交相反相位信号经所述功率放大器放大后输出至所述第一相加器；所述控制电路依据所述同相相同相位信号、同相相反相位信号、正交相同相位信号和正交相反相位信号的预设增益调整范围和调整步长设置配置点，依次输出与所述各配置点相对应的所述同相相同相位信号、同相相反相位信号、正交相同相位信号和正交相反相位信号的增益控制信号至所述功率放大器；所述功率放大器分别按照所述控制电路设定的所述同相相同相位信号、同相相反相位信号、正交相同相位信号和正交相反相位信号增益放大相应信号；所述第一相加器将所述同相相同相位信号、同相相反相位信号、正交相同相位信号和正交相反相位信号相加，生成的抵消信号，将所述抵消信号输出至所述第二相加器，所述第二相加器将接所述抵消信号和后向载波信号相加生成残留载波信号，将所述残留载波信号输出至所述残留载波检测模块；所述残留干扰载波检测模块实时检测所述残留载波信号的功率，将其输出至所述控制电路；所述控制电路接收各与所述各配置点对应的所述残留载波信号的功率，计算其幅值，求取最佳配置点，使用与最佳配置点对应的放大倍数控制所述功率放大器放大所述同相相同相位信号、同相相反相位信号、正交相同相位信号和正交相反相位信号；所述后向载波信号为标签发射信号和泄露想想载波信号的混合信号。

实施例2：

如图2所示，一种消除RFID系统后向链路载波干扰的方法，由以下具体步骤组成：

步骤1：初始化：设定残留载波信号的警戒残留量，设定前向载波信号中同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)的增益范围和增益步长；

步骤2：建立配置点：所述配置点的配置为(N_I+、N_I-、N_Q+、N_Q-)，N_I+、N_I-、N_Q+、N_Q-分别为同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)的增益，为所述前向载波信号同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)的增益范围内增益步长整数倍的组合，并确定各配置点扫描顺序；

步骤3：生成抵消信号：根据配置点扫描顺序，依次生成各配置点的抵消信号：由以下子步骤组成：

步骤3-1：在发射机发射前向载波信号后耦合部分前向载波信号X(t)＝xsin(wt+θ_carrier)，将其输入至所述多相滤波器；

步骤3-2：所述多相滤波器将前向载波信号分别偏移0°/90°/180°/270°相位，生成同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)；

I₊(t)＝·x·sin(wt+θ_carrier)

I_-(t)＝·x·sin(wt+θ_carrier+180°)(1)

Q₊(t)＝·x·sin(wt+θ_carrier+90°)

Q_-(t)＝·x·sin(wt+θ_carrier+270°)

其中，θ_carrier为发射路径载波相位，w为载波频率，x为载波幅度；

步骤3-3：在所述当前配置点的配置(N_I+、N_I-、N_Q+、N_Q-)控制下，所述功率放大器放大所述同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)；生成所述同相相同相位放大信号I'₊(t)、同相相反相位放大信号Q'₊(t)、正交相同相位放大信号I'_-(t)和正交相反相位放大信号Q'_-(t)；

I'₊(t)＝N_I+·x·sin(wt+θ_carrier)

I'_-(t)＝N_I-·x·sin(wt+θ_carrier+180°)

(2)

Q'₊(t)＝N_Q-·x·sin(wt+θ_carrier+90°)

Q'_-(t)＝N_Q-·x·sin(wt+θ_carrier+270°)

步骤3-4：所述第一相加器将所述同相相同相位放大信号I'₊(t)、同相相反相位放大信号Q'₊(t)、正交相同相位放大信号I'_-(t)和正交相反相位放大信号Q'_-(t)相加，生成抵消信号，输出所述抵消信号至所述第二相加器；

步骤3-5：所述第二相加器将接收的所述抵消信号与后向载波信号相加生成残留载波信号，输出至所述残留干扰载波检测模块；所述后向载波信号为标签发射信号和泄露想想载波信号的混合信号；

步骤3-6：所述残留干扰载波检测模块实时检测所述残留载波信号的功率，将其输出至所述控制电路；

步骤3-7：所述控制电路记录所述残留载波信号的幅度值；

步骤3-8：所述控制电路判断当前配置点是否为最后一个配置点，如果是，转向步骤4，如果否，更新当前配置点的配置，转向步骤3-3；

步骤4：确定最佳消除点：所述控制电路选取所述各配置点残留载波信号幅度中最小和次最小的两个配置点(I₁,Q₁)和(I₂,Q₂)；分别以其为圆心，相应的幅值R₁,R₂为半径做圆，求所述两圆交点(x，y)作为最佳消除点：

$\left\{\begin{array}{c}{(x-I_1)}^2+{(y-Q_1)}^2=R_1^2\\ {(x-I_2)}^2+{(y-Q_2)}^2=R_2^2\end{array}\right.---\left(3\right)$

步骤5：判断残留载波信号是否小于设定的警戒残留量，如果是，转向步骤7；如果否，转向步骤6；

步骤6：更新前向载波信号的增益范围和增益步长，所述更新后同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)的增益范围分别为当前同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)的增益步长；所述更新后同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)的增益步长为其更新后增益范围的一半，转向步骤2；

步骤7：设置功率放大器增益：将当前配置点的配置设置为所述功率放大器放大所述相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)的增益；转向步骤8。

在本实施例中，阅读器以30dBm强度发射载波，经过20dB的隔离器件后，会有10dBm的载波泄露至接收路径，变成后向载波信号，在步骤1中向载波信号中同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)的增益范围均为0～10dBm和增益步长，增益步长均为3.3dBm。

Claims (2)

1.一种消除RFID系统后向链路载波干扰的装置，其特征在于：包包括天线、多相滤波器、放大倍数可控的功率放大器、第一和第二相加器、残留干扰载波检测模块和控制电路；

所述发射机耦合前向载波信号，将其输入至所述多相滤波器，所述多相滤波器将前向载波信号分别偏移0°/90°/180°/270°相位，生成同相相同相位信号、同相相反相位信号、正交相同相位信号和正交相反相位信号；所述同相相同相位信号、同相相反相位信号、正交相同相位信号和正交相反相位信号经所述功率放大器放大后输出至所述第一相加器；所述控制电路依据所述同相相同相位信号、同相相反相位信号、正交相同相位信号和正交相反相位信号的预设增益调整范围和调整步长设置配置点，依次输出与所述各配置点相对应的所述同相相同相位信号、同相相反相位信号、正交相同相位信号和正交相反相位信号的增益控制信号至所述功率放大器；所述功率放大器分别按照所述控制电路设定的所述同相相同相位信号、同相相反相位信号、正交相同相位信号和正交相反相位信号增益放大相应信号；所述第一相加器将所述同相相同相位信号、同相相反相位信号、正交相同相位信号和正交相反相位信号相加，生成的抵消信号，将所述抵消信号输出至所述第二相加器，所述第二相加器将接所述抵消信号和后向载波信号相加生成残留载波信号，将所述残留载波信号输出至所述残留载波检测模块；所述残留干扰载波检测模块实时检测所述残留载波信号的功率，将其输出至所述控制电路；所述控制电路接收各与所述各配置点对应的所述残留载波信号的功率，计算其幅值，求取最佳配置点，使用与最佳配置点对应的放大倍数控制所述功率放大器放大所述同相相同相位信号、同相相反相位信号、正交相同相位信号和正交相反相位信号；所述后向载波信号为标签发射信号和泄露想想载波信号的混合信号。

2.一种消除RFID系统后向链路载波干扰的方法，其特征在于：由以下具体步骤组成：

步骤1：初始化：设定残留载波信号的警戒残留量，设定前向载波信号中同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)的增益范围和增益步长；

步骤2：建立配置点：所述配置点的配置为(N_I+、N_I-、N_Q+、N_Q-)，N_I+、N_I-、N_Q+、N_Q-分别为同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)的增益，为所述前向载波信号同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)的增益范围内增益步长整数倍的组合，并确定各配置点扫描顺序；

步骤3：生成抵消信号：根据配置点扫描顺序，依次生成各配置点的抵消信号：由以下子步骤组成：

步骤3-1：在发射机发射前向载波信号后耦合部分前向载波信号X(t)＝xsin(wt+θ_carrier)，将其输入至所述多相滤波器；

步骤3-2：所述多相滤波器将前向载波信号分别偏移0°/90°/180°/270°相位，生成同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)；

I₊(t)＝·x·sin(wt+θ_carrier)

I_-(t)＝·x·sin(wt+θ_carrier+180°)

(1)

Q₊(t)＝·x·sin(wt+θ_carrier+90°)

Q_-(t)＝·x·sin(wt+θ_carrier+270°)

其中，θ_carrier为发射路径载波相位，w为载波频率，x为载波幅度；

步骤3-3：在所述当前配置点的配置(N_I+、N_I-、N_Q+、N_Q-)控制下，所述功率放大器放大所述同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)；生成所述同相相同相位放大信号I'₊(t)、同相相反相位放大信号Q'₊(t)、正交相同相位放大信号I'_-(t)和正交相反相位放大信号Q'_-(t)；

I'₊(t)＝NI₊·x·sin(wt+θ_carrier)

I'_-(t)＝N_I-·x·sin(wt+θ_carrier+180°)

(2)

Q'₊(t)＝N_Q-·x·sin(wt+θ_carrier+90°)

Q'_-(t)＝N_Q-·x·sin(wt+θ_carrier+270°)

步骤3-4：所述第一相加器将所述同相相同相位放大信号I'₊(t)、同相相反相位放大信号Q'₊(t)、正交相同相位放大信号I'_-(t)和正交相反相位放大信号Q'_-(t)相加，生成抵消信号，输出所述抵消信号至所述第二相加器；

步骤3-5：所述第二相加器将接收的所述抵消信号与后向载波信号相加生成残留载波信号，输出至所述残留干扰载波检测模块；所述后向载波信号为标签发射信号和泄露想想载波信号的混合信号；

步骤3-6：所述残留干扰载波检测模块实时检测所述残留载波信号的功率，将其输出至所述控制电路；

步骤3-7：所述控制电路记录所述残留载波信号的幅度值；

步骤3-8：所述控制电路判断当前配置点是否为最后一个配置点，如果是，转向步骤4，如果否，更新当前配置点的配置，转向步骤3-3；

步骤4：确定最佳消除点：所述控制电路选取所述各配置点残留载波信号幅度中最小和次最小的两个配置点(I₁,Q₁)和(I₂,Q₂)；分别以其为圆心，相应的幅值R₁,R₂为半径做圆，求所述两圆交点(x,y)作为最佳消除点：

$\{\begin{array}{c}{(x-I_1)}^2+{(y-Q_1)}^2=R_1^2\\ {(x-I_2)}^2+{(y-Q_2)}^2=R_2^2\end{array}---\left(3\right)$

步骤5：判断残留载波信号是否小于设定的警戒残留量，如果是，转向步骤7；如果否，转向步骤6；

步骤6：更新前向载波信号的增益范围和增益步长，所述更新后同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)的增益范围分别为当前同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)的增益步长；所述更新后同相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)的增益步长为其更新后增益范围的一半，转向步骤2；

步骤7：设置功率放大器增益：将当前配置点的配置设置为所述功率放大器放大所述相相同相位信号I₊(t)、同相相反相位Q₊(t)信号、正交相同相位信号I_-(t)和正交相反相位信号Q_-(t)的增益；转向步骤8。