CN106301458A - 自干扰对消系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自干扰对消系统，包括：一耦合器，从发射信号中提取一个参考信号用于自干扰载波对消；一环形器，与耦合器相连接，用于发射信号和接收信号的隔离；一移相电路，与耦合器相连接，用于从参考信号生成自干扰抵消信号，该自干扰抵消信号与接收信号中泄露的载波幅度相同相位相反；一第一合路器，与移相电路和环形器相连接，用于将对消信号和接收信号进行合并，完成自干扰抵消；一解调器，与移相电路和第一合路器相连接，对接收信号完成解调，产生两路正交的基带信号，分别用来控制移相网络通道的幅度调整及相位切换。本发明还公开了一种自干扰对消的方法。本发明能够简单有效的抑制超高频阅读器中的自干扰信号，提高系统灵敏度。

Description

自干扰对消系统和方法

技术领域

本发明涉及超高频无源射频识别系统中射频电路技术领域，特别是涉及一种自干扰载波对消系统。本发明还涉及一种自干扰对消的方法。

背景技术

在超高频(UHF，Ultrahigh Frequency)无源射频识别(RFID，radiofrequency identification)系统中，标签自身是不储存能量的，其启动和工作所需的能量需要从阅读器提供的持续的载波中获取，标签通过调制反射将信息回传给阅读器，因此阅读器接收标签的信号的同时还需要保持载波的发射。受限于实际射频电路的收发隔离度、端口匹配情况等等，阅读器持续发射的前向射频载波会泄漏到阅读器反向接收信号中，并且泄露的载波信号比接受的信号大很多，这种干扰称为自干扰。

阅读器通常采用环形器或者定向耦合器来实现前向信号和反向信号的隔离。器件在实际电路中通常能提供20dB～30dB的收发隔离度，这个隔离度对于系统来说是远远不够的。例如一个1W发射功率的阅读器，按照这个隔离度其载波功率泄露能达到0～10dBm，而接收的信号幅度往往比泄露功率还要小60dB以上，可以说接收信号是淹没在其中的。

目前市场上低端的超高频阅读器通常不考虑自干扰的抵消，灵敏度较低，读写距离较近。而中高端的超高频阅读器往往采用集成电路芯片，某些高端的集成自干扰抵消功能的芯片价格昂贵，接口协议封闭。下面是两篇关于这方面的专利。

中国发明专利ZL201010265065.0(申请日：2010年08月20日)公开了一种抑制载波泄漏的系统和方法，采用反射式对消节抑制载波方法。其中的反射电路要实现精准的90°移相，不同的反射点之间的移相误差是累积的，对设计要求非常高，同样需要配合接收的I/Q解调，通过处理器计算当前接收的信号I/Q的相位和幅度，选择对应的移相节点做幅度调整，以改变反射信号的幅度和相位，达到完全抵消自干扰信号的目的。

中国发明专利ZL201010283448.0(申请日：2010年09月15日)公开了一种实现射频泄漏对消的装置及方法和射频识别阅读器，采用的是一种模拟方式进行移相和载波对消的方法。其原理是分别将将接收信号和参考信号分解成I-、I+、Q-、Q+四路相位，接收的四路信号通过积分得到控制信号分别去控制参考信号分解成的I-、I+、Q-、Q+的相位调整，最后将调整后的信号与接收信号合路到一起，完成相位抵消。此方案的电路结构非常复杂，实现难度比较大，成本较高，可行性一般。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种自干扰对消系统，能够简单有效的抑制超高频阅读器中的自干扰信号，提高系统灵敏度；为此，本发明还要提供一种自干扰对消的方法。

为解决上述技术问题，本发明的自干扰对消系统，包括：

一耦合器，从发射信号中提取一个参考信号用于自干扰载波对消；

一环形器，与所述耦合器相连接，用于发射信号和接收信号的隔离；

一移相电路，与所述耦合器相连接，用于从参考信号生成自干扰抵消信号，该自干扰抵消信号与接收信号中泄露的载波幅度相同相位相反；

一第一合路器，与所述移相电路和环形器相连接，用于将对消信号和接收信号进行合并，完成自干扰抵消；

一解调器，与所述移相电路和第一合路器相连接，对接收信号完成解调，产生两路正交的基带信号，分别用来控制移相网络通道的幅度调整及相位切换。

本发明所述自干扰对消的方法，包括以下步骤：

第一步，接收信号从环形器的接收端输出；

第二步，利用正交解调器解调出接收信号基带I和基带Q两路正交的信号；

第三步，从发射通道耦合出一个参考信号，并通过3dB(分贝)电桥，将其分成幅度相等，相位正交的I和Q路信号；

第四步，将基带I路信号幅度提取成I路直流控制信号，控制移相网络的I路信号衰减及移相网络选择；将基带Q路信号幅度提取成Q路直流控制信号，控制移相网络的Q路信号衰减及移相网络选择；

第五步，将经过调整的参考信号I路和Q路信号(即步骤4所形成的经幅度衰减、移相后的I路信号和Q路信号)合路，形成对消信号；

第六步，将对消信号与接收信号合路，完成对消。

采用本发明所述系统和方法，电路原理简单，结构紧凑，改善了常规无源阅读器工作时，自干扰信号影响阅读器反向接收性能的缺陷，提高了无源RFID(射频识别)无源阅读器的灵敏度。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是所述自干扰对消系统结构示意图；

图2是图1中移相电路结构示意图；

图3是矢量合成直角坐标系示意图。

具体实施方式

参见图1所示，所述自干扰对消系统在下面的实施例中，包括：一耦合器、一环形器、一移相电路、第一合路器和一解调器。

所述耦合器，用于从发射信号中提取一个参考信号用于自干扰载波对消。超高频无源射频识别系统中的功放模块，输出前向射频载波信号，经过所述耦合器的输入端口，然后从输出端口输出到环形器。而耦合端口则耦合出一个射频载波信号，连接对消网络。通过耦合器耦合出的参考信号可以表示为F_R＝A₀*cos(ωt)。

所述环形器，用于发射信号和接收信号的隔离。发射信号可以通过环形器天线端口到达天线，同时接收的信号经由环形器天线端口到达接收对消电路。环形器是具有方向性导通特性器件，通常可以提供20～30dB的收发信号隔离度。

在天线的驻波和环形器隔离度的共同作用下，一部分射频载波信号泄漏到环形器的接收端口，形成自干扰信号，表示为F_N＝A_N*cos(ωt+φ₀)。

在本发明中，功放模块、耦合器、环形器和天线并不需要特殊的限定，可以采用一般常用的符合设备工作频率的功率放大器、耦合器、环形器和天线即可。

所述移相电路，用于根据参考信号生成自干扰抵消信号，这个信号与接收信号中泄露的载波幅度相同，相位相反。

结合图2所示，所述移相电路在一实施例中包括：

一3dB电桥，用于将参考信号分解成幅度相同的两路信号，一路为基准相位的I路信号，另一路为正交的Q路信号。

一可调衰减器，与所述3dB电桥相连接，用于调节I路和Q路信号的功率衰减。其中，第一可调衰减器用于调节I路信号的幅度，第二可调衰减器用于调节Q路信号的幅度，控制信号与调节关系为线性关系。

一二选一开关组，与所述可调衰减器相连接，为成对使用，用于实现不同移相网络的选择；其中第一开关1与第二开关2用于对I路度的第一移相网络和度的第二移相网络选择，第三开关3与第四开关4用于对Q路度的第三移相网络和度的第四移相网络选择。

一移相网络，与所述二选一开关组相连接，I路和Q路的两对移相网络完全相同，每一路信号中的移相网络为成对实现，之间的相位相差180度；其中第一移相网络对I路信号进行相位为度的移相，第二移相网络对I路信号进行相位为度移相，第三移相网络对Q路信号进行相位为度的移相，第四移相网络对Q路信号进行相位为度移相。

一第二合路器，与所述二选一开关组相连接，用于将经过幅度和相位调整的I路和Q信号合路，产生可以用来抵消的信号。

一控制模块，用于提取解调的接收电路I、Q基带信号的幅度信息，并用来控制对消模块中的幅度调节和相位网络选择。

所述第一合路器，用于将对消信号和接收信号进行合并，完成自干扰抵消。

所述解调器，用于将接收信号完成解调，产生两路正交的基带信号，分别用来控制移相网络通道的幅度调整及相位切换。解调后的IQ基带信号可以表示为I_B＝A_B*cos(φ)，Q_B＝A_B*sin(φ)；通过耦合器耦合出的参考信号可以表示为F_R＝A₀*cos(ωt)；经过3dB电桥，参考信号分解成I_R＝A_R*cos(ωt+θ₀)和Q_R＝A_R*sin(ωt+θ₀)，分析中假设IQ两路的通道延时一致。

经过可调衰减器，信号分别表示为I_R＝A_R*f(I_B)cos(ωt+θ₁)和Q_R＝A_R*f(Q_B)sin(ωt+θ₁)，其中f(I_B)和f(Q_B)分别表示I_B与Q_B的幅度的函数，具体关系需要根据实际设计的可调衰减器控制端特性来确定。

如果φ在0～π/2第一象限范围，则I_B的幅值为正，Q_B的幅值为正(实际意义为相对与差分输出的参考电平之差)，I_R信号经第一移相网络后变成Q_R信号经第三移相网络后变成

如果φ在π/2～π第二象限范围，则I_B的幅值为正，Q_B的幅值为负(实际意义为相对与差分输出的参考电平之差)，I_R信号经第一移相网络后变成Q_R信号经第四移相网络后变成

如果φ在π～3π/2第三象限范围，则I_B的幅值为负，Q_B的幅值为负(实际意义为相对与差分输出的参考电平之差)，I_R信号经第二移相网络后变成Q_R信号经第四移相网络后变成

如果φ在3π/2～2π第四象限范围，则I_B的幅值为负，Q_B的幅值为正(实际意义为相对与差分输出的参考电平之差)，I_R信号经第二移相网络后变成Q_R信号经第三移相网络后变成

通过幅度控制，IR和QR信号经过第二合路器矢量合成，总是能形成一个与自干扰信号F_N＝A_N*cos(ωt+φ₀)幅度相同，相位相反的信号F_c＝A_N*cos(ωt+π+φ₀)，F_N和F_C再经过第一合路器的矢量合成，完成自干扰载波抵消。

需要特别指出的是系统中实际存在的是两个矢量坐标系，如图3所示。一个是接收通道的IQ直角矢量坐标系，由正交解调器构建[参见图3(a)，即解调器构建的坐标系]；另外一个是移相模块的IQ直角矢量坐标系，由3dB电桥与四路移相网络构建[参见图3(b)，即对消电路构建的坐标系]；以上的对消分析均基于两个坐标系方向重合，即对消通道的相位延时，与接收信号通道延时相差2π的整数倍。需要设计时做好链路延时控制，或者仔细设计四路移相网络的移相量。

另外一种方法是移相电路中的控制模块中对解调的I_B和Q_B的信号进行矢量旋转[参见图3(c)]，抵消接收信号通道和对消信号通道的固有延时或者相位差，可以使得两个坐标系方向重合，使得

图3中A表示对消信号，B表示原始泄露。

所述自干扰对消的方法，包括以下步骤：

第一步，接收信号(含泄露的载波信号)从环形器的接收端输出。

第二步，利用正交解调器解调出接收信号基带I和基带Q两路正交的信号。

第三步，从发射通道耦合出一个参考信号，并通过3dB电桥，将其分成幅度相等，相位正交的I和Q路信号。

第四步，将基带I路信号幅度提取成I路直流控制信号，控制移相网络的I路信号衰减及移相网络选择；同时同理生产Q路的直流控制信号。

第五步，将经过调整的参考信号I路和Q路信号合路，形成对消信号。

第六步，将对消信号与接收信号合路，完成对消。

实际上，整个过程为一个闭环反馈系统，系统会一直调整，直到检测的泄露信号信号幅度足够小，即基带I²+Q²收敛到一个比较小(即合理的)的阈值。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自干扰对消系统，其特征在于，包括：

一耦合器，从发射信号中提取一个参考信号用于自干扰载波对消；

一环形器，与所述耦合器相连接，用于发射信号和接收信号的隔离；

一移相电路，与所述耦合器相连接，用于从参考信号生成自干扰抵消信号，该自干扰抵消信号与接收信号中泄露的载波幅度相同相位相反；

一第一合路器，与所述移相电路和环形器相连接，用于将对消信号和接收信号进行合并，完成自干扰抵消；

一解调器，与所述移相电路和第一合路器相连接，对接收信号完成解调，产生两路正交的基带信号，分别用来控制移相网络通道的幅度调整及相位切换。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述移相电路包括：

一3dB电桥，用于将参考信号分解成幅度相同的两路信号，一路为基准相位的I路信号，另一路为正交的Q路信号；

一可调衰减器，与所述3dB电桥相连接，用于调节I路和Q路信号的功率衰减；其中，第一可调衰减器用于调节I路信号的幅度，第二可调衰减器用于调节Q路信号的幅度，控制信号与调节关系为线性关系；

一二选一开关组，与所述可调衰减器相连接，成对使用，用于实现不同移相网络的选择；其中第一开关与第二开关用于对I路度的第一移相网络和度的第二移相网络选择，第三开关与第四开关用于对Q路度的第三移相网络和度的第四移相网络选择；

一移相网络，与所述二选一开关组相连接，I路和Q路的两对移相网络完全相同，每一路信号中的移相网络为成对实现，之间的相位相差180度；其中第一移相网络对I路信号进行相位为度的移相，第二移相网络对I路信号进行相位为度移相，第三移相网络对Q路信号进行相位为度的移相，第四移相网络对Q路信号进行相位为度移相；

一第二合路器，与所述二选一开关组相连接，用于将经过幅度和相位调整的I路和Q信号合路，产生可以用来抵消的信号；

一控制模块，与所述可调衰减器和二选一开关组相连接，用于提取解调的接收电路I、Q基带信号的幅度信息，并用来控制可调衰减器的幅度调节和二选一开关组相位网络选择；

其中，大于等于0。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述控制模块调节幅度衰减量是根据正交解调器解调的基带IQ信号确定，根据不同实施情况，运用延时或者移相实现同步控制。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述对消是运用I、Q直角矢量坐标系，产生两个IQ矢量坐标系，一个为解调器构建，一个为由可调衰减器、二选一开关组和移相网络构成的对消电路构建。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述两个直角矢量坐标系之间存在相差，对解调的基带I、Q信号进行整体移相或者称为矢量坐标旋转，使得两个矢量坐标系方向相同。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述移相电路利用3dB电桥，二选一开关组、相差为180度移相网络对，构建对消I、Q矢量合成移相。

7.一种自干扰对消的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，接收信号从环形器的接收端输出；

第二步，利用正交解调器解调出接收信号基带I和基带Q两路正交的信号；

第三步，从发射通道耦合出一个参考信号，并通过3dB电桥，将其分成幅度相等，相位正交的I和Q路信号；

第四步，将基带I路信号幅度提取成I路直流控制信号，控制移相网络的I路信号衰减及移相网络选择；将基带Q路信号幅度提取成Q路直流控制信号，控制移相网络的Q路信号衰减及移相网络选择；

第五步，将经过调整的参考信号I路和Q路信号合路，形成对消信号；

第六步，将对消信号与接收信号合路，完成对消。