CN107276638A - 基于直接欠采样数字正交解调方案的声表面波阅读器接收链路结构及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于直接欠采样数字正交解调方案的声表面波阅读器接收链路结构及其工作方法。传统的声表面波阅读器接收链路采用超外差或者零中频结构，通常基于过采样硬件模拟正交解调方案，不仅结构复杂、成本高，而且还存在着I、Q两路信号幅相不平衡等问题。与之相比，基于直接欠采样数字正交解调方案的声表面波阅读器接收链路不仅结构简单、成本低，而且针对脉冲时延结合相位编码的声表面波标签，相位解算更加稳定、准确。本发明的结构包括收发隔离模块、低噪声射频放大器模块、带通滤波器模块、射频信号直接欠采样模块、数字正交解调模块。本发明只需更换带通滤波器的通带范围，便可涵盖433MHz、920MHz、2.4GHz等ISM频段。

Description

基于直接欠采样数字正交解调方案的声表面波阅读器接收链 路结构及其工作方法

技术领域：

本发明涉及一种基于直接欠采样数字正交解调方案的声表面波阅读器接收链路结构及其工作方法，属于射频识别领域。

背景技术：

声表面波射频识别系统如图1所示，主要包括声表面波标签和阅读器两部分，工作原理如下：阅读器1发射的射频查询脉冲2经标签天线3接收进入叉指换能器4，通过逆压电效应将电信号转换为声表面波信号，声表面波在沿基片5传播的过程中遇到反射栅6产生反射，反射信号由叉指换能器4经正压电效应转换为脉冲回波信号经标签天线3发射回阅读器1。由于反射栅6排列的不同，阅读器1接收到的回波脉冲串7也各不相同，由此可以通过对回波脉冲串的信号处理来获得声表面波标签的反射栅编码。

脉冲时延结合相位编码是一种大容量的声表面波标签编码方案。标签结构如图2所示，标签共八个反射栅，包括一个起始反射栅和一个截止反射栅，其他六个反射栅分属于六个数据区，每个数据区具有三个时隙，分别以“0”、“1”、“2”区分，每个时隙具有四个相隙，分别以“A”、“B”、“C”、“D”区分。如图2所示的声表面波标签，其数据区1的反射栅编码为“2C”。上述脉冲时延结合相位编码方案的编码容量为(3×4)⁶＝2985984，与脉冲幅度编码和脉冲时延编码方案相比，其编码容量要大得多，应用前景也更为广泛。但是，与对时隙的解码相比，该编码方案对相隙的解码更为关键，因此对反射栅相位测量的精度要求也更高。

传统的声表面波阅读器接收链路采用超外差或者零中频结构，通常基于过采样硬件模拟正交解调方案，存在以下不足：

1、具有硬件下变频模块，结构相对复杂、成本较高。

2、硬件模拟正交解调采用的是模拟本振，其幅度和相位易受静电、温度等环境因素影响，导致两路本振信号幅相不平衡。

3、基带信号的放大和滤波也会引入I、Q两路增益、延时不平衡，两个支路不可避免地存在幅相不平衡，从而对后续声表面波标签的反射栅相位解算带来一定误差。

发明内容：

本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种基于直接欠采样数字正交解调方案的声表面波阅读器接收链路结构及其工作方法，不仅结构简单、成本低，而且针对脉冲时延结合相位编码的大容量声表面波标签，相位解算更加稳定、准确。

本发明采用如下技术方案：一种基于直接欠采样数字正交解调方案的声表面波阅读器接收链路结构，包括收发隔离模块、低噪声射频放大器模块、带通滤波器模块、射频信号直接欠采样模块以及数字正交解调模块；所述收发隔离模块将发射信号与声表面波标签回波信号隔离开，并在接收链路工作时，将声表面波标签回波信号接入接收链路的低噪声射频放大器模块的输入端，低噪声射频放大器模块的输出端连接带通滤波器模块的输入端，带通滤波器模块的输出端连接射频信号直接欠采样模块的输入端，射频信号直接欠采样模块的输出端接入数字正交解调模块。

进一步地，所述射频信号直接欠采样模块直接对放大和滤波后的声表面波标签回波信号进行欠采样，采样频率小于声表面波标签回波信号最高频率的2倍，大于声表面波标签回波信号带宽的2倍，且满足欠采样定理。

进一步地，所述数字正交解调模块包括数字控制振荡器模块、数字基带信号处理模块、第一数字混频器模块、第二数字混频器模块、第一数字低通滤波器模块、第二数字低通滤波器模块以及第三数字低通滤波器模块，所述第一数字低通滤波器模块的输入端为整个数字正交解调模块的输入端，第一数字低通滤波器模块的两个输出端分别连接第一数字混频器模块和第二数字混频器模块的其中一个输入端，数字控制振荡器模块的两个输出端分别连接第一数字混频器模块和第二数字混频器模块的另一个输入端，第一数字混频器模块的输出端和第二数字混频器模块的输出端分别连接第二数字低通滤波器模块的输入端和第三数字低通滤波器模块的输入端，第二数字低通滤波器模块的输出端和第三数字低通滤波器模块的输出端分别连接数字基带信号处理模块的两个输入端。

本发明还采用如下技术方案：一种基于直接欠采样数字正交解调方案的声表面波阅读器接收链路工作方法，工作步骤如下：

步骤A，当阅读器发射射频查询脉冲之后，收发隔离模块的开关置于接收回路，低噪声射频放大器模块将接收到的声表面波标签回波信号进行放大；

步骤B，声表面波标签回波信号经过低噪声放大后进入带通滤波器模块，以滤除标签带宽以外的干扰频率，防止欠采样发生频谱混叠；

步骤C，声表面波标签回波信号经过带通滤波后进入射频信号直接欠采样模块，通过欠采样将声表面波标签回波信号的频谱搬移到第一奈奎斯特区域，获得声表面波标签回波数字信号；

步骤D，将射频信号直接欠采样模块采得的声表面波标签回波数字信号送入数字正交解调模块，通过第一数字低通滤波器模块进行低通滤波，滤除欠采样引入的镜像频率；

步骤E，数字控制振荡器模块产生两路正交的数字本振信号，通过第一数字混频器模块和第二数字混频器模块分别与声表面波标签回波数字信号进行混频；

步骤F，混频后的两路数字信号分别通过第二数字低通滤波器和第三数字低通滤波器进行低通滤波，滤除混频引入的高频信号，得到I、Q两路数字基带信号；

步骤G，将两路数字基带信号I、Q送入数字基带信号处理模块进行信号处理，以获得声表面波标签的各反射栅时隙和相隙编码

本发明具有如下有益效果：

(1)不存在任何硬件下变频模块，也不存在基带调理电路，直接对放大和滤波后的声表面波标签回波信号进行欠采样并进入数字信号处理环节，结构相对简单、成本较低；

(2)避免了模拟本振受静电、温度等环境因素影响而导致的两路本振信号幅相不平衡；

(3)消除了声表面波标签回波由于基带调理电路带来的I、Q两路幅相不平衡的问题，从而对标签的反射栅相位解算更加稳定、准确；

(4)电路更加灵活方便，只需更换带通滤波器的通带范围，便可涵盖433MHz、920MHz、2.4GHz等ISM频段。

附图说明：

图1为声表面波射频识别系统的工作原理。

图2为采用脉冲时延结合相位编码的声表面波标签结构。

图3为本发明基于直接欠采样数字正交解调方案的声表面波阅读器接收链路结构的模块框图。

图4为本发明基于直接欠采样数字正交解调方案的声表面波阅读器接收链路结构的数字正交解调模块框图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

请参照图3所示，本发明基于直接欠采样数字正交解调方案的声表面波阅读器接收链路结构包括收发隔离模块、低噪声射频放大器模块、带通滤波器模块、射频信号直接欠采样模块以及数字正交解调模块；其中：收发隔离模块将发射信号与声表面波标签回波信号隔离开，并在接收链路工作时，将声表面波标签回波信号接入接收链路的低噪声射频放大器模块的输入端，低噪声射频放大器模块的输出端连接带通滤波器模块的输入端，带通滤波器模块的输出端连接射频信号直接欠采样模块的输入端，射频信号直接欠采样模块的输出端接入数字正交解调模块。

请参照图3所示，本发明基于直接欠采样数字正交解调方案的声表面波阅读器接收链路不存在任何硬件下变频模块，射频信号直接欠采样模块直接对放大和滤波后的声表面波标签射频回波信号进行欠采样，采样频率小于声表面波标签回波信号最高频率的2倍，但大于声表面波标签回波信号带宽的2倍，且满足欠采样定理。

请参照图4所示，本发明基于直接欠采样数字正交解调方案的声表面波阅读器接收链路结构的数字正交解调模块包括数字控制振荡器模块、数字基带信号处理模块、第一数字混频器模块、第二数字混频器模块、第一数字低通滤波器模块、第二数字低通滤波器模块以及第三数字低通滤波器模块；其中：第一数字低通滤波器模块的输入端为整个数字正交解调模块的输入端，第一数字低通滤波器模块的两个输出端分别连接第一数字混频器模块和第二数字混频器模块的其中一个输入端，数字控制振荡器模块的两个输出端分别连接第一数字混频器模块和第二数字混频器模块的另一个输入端，第一数字混频器模块的输出端和第二数字混频器模块的输出端分别连接第二数字低通滤波器模块的输入端和第三数字低通滤波器模块的输入端，第二数字低通滤波器模块的输出端和第三数字低通滤波器模块的输出端分别连接数字基带信号处理模块的两个输入端。

请参照图3结合图4所示，本发明基于直接欠采样数字正交解调方案的声表面波阅读器接收链路工作方法，工作步骤如下：

步骤A，当阅读器发射射频查询脉冲之后，收发隔离模块的开关置于接收回路，低噪声射频放大器模块将接收到的声表面波标签回波信号进行放大；

步骤B，声表面波标签回波信号经过低噪声放大后进入带通滤波器模块，以滤除标签带宽以外的干扰频率，防止欠采样发生频谱混叠；

步骤C，声表面波标签回波信号经过带通滤波后进入射频信号直接欠采样模块，通过欠采样将声表面波标签回波信号的频谱搬移到第一奈奎斯特区域，获得声表面波标签回波数字信号；

步骤D，将射频信号直接欠采样模块采得的声表面波标签回波数字信号送入数字正交解调模块，通过第一数字低通滤波器模块进行低通滤波，滤除欠采样引入的镜像频率；

步骤E，数字控制振荡器模块产生两路正交的数字本振信号，通过第一数字混频器模块和第二数字混频器模块分别与声表面波标签回波数字信号进行混频；

步骤F，混频后的两路数字信号分别通过第二数字低通滤波器和第三数字低通滤波器进行低通滤波，滤除混频引入的高频信号，得到I、Q两路数字基带信号；

步骤G，将两路数字基带信号I、Q送入数字基带信号处理模块进行信号处理，以获得声表面波标签的各反射栅时隙和相隙编码。

与传统的采用超外差或者零中频结构，基于过采样硬件模拟正交解调方案的声表面波阅读器接收链路相比，本发明基于直接欠采样数字正交解调方案的接收链路不存在任何硬件下变频模块，也不存在基带调理电路，直接对放大和滤波后的声表面波标签回波信号进行欠采样并进入数字域环节，结构相对简单、成本较低；避免了模拟本振受静电、温度等环境因素影响而导致的两路本振信号幅相不平衡，消除了声表面波标签回波信号由于基带调理电路带来的I、Q两路幅相不平衡，从而对标签的反射栅相位解算更加稳定、准确；电路更加灵活方便，只需更换带通滤波器的通带范围，便可涵盖433MHz、920MHz、2.4GHz等ISM频段。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于直接欠采样数字正交解调方案的声表面波阅读器接收链路结构，其特征在于：包括收发隔离模块、低噪声射频放大器模块、带通滤波器模块、射频信号直接欠采样模块以及数字正交解调模块；所述收发隔离模块将发射信号与声表面波标签回波信号隔离开，并在接收链路工作时，将声表面波标签回波信号接入接收链路的低噪声射频放大器模块的输入端，低噪声射频放大器模块的输出端连接带通滤波器模块的输入端，带通滤波器模块的输出端连接射频信号直接欠采样模块的输入端，射频信号直接欠采样模块的输出端接入数字正交解调模块。

2.如权利要求1所述的基于直接欠采样数字正交解调方案的声表面波阅读器接收链路结构，其特征在于：所述射频信号直接欠采样模块直接对放大和滤波后的声表面波标签回波信号进行欠采样，采样频率小于声表面波标签回波信号最高频率的2倍，大于声表面波标签回波信号带宽的2倍，且满足欠采样定理。

3.如权利要求1所述的基于直接欠采样数字正交解调方案的声表面波阅读器接收链路结构，其特征在于：所述数字正交解调模块包括数字控制振荡器模块、数字基带信号处理模块、第一数字混频器模块、第二数字混频器模块、第一数字低通滤波器模块、第二数字低通滤波器模块以及第三数字低通滤波器模块，所述第一数字低通滤波器模块的输入端为整个数字正交解调模块的输入端，第一数字低通滤波器模块的两个输出端分别连接第一数字混频器模块和第二数字混频器模块的其中一个输入端，数字控制振荡器模块的两个输出端分别连接第一数字混频器模块和第二数字混频器模块的另一个输入端，第一数字混频器模块的输出端和第二数字混频器模块的输出端分别连接第二数字低通滤波器模块的输入端和第三数字低通滤波器模块的输入端，第二数字低通滤波器模块的输出端和第三数字低通滤波器模块的输出端分别连接数字基带信号处理模块的两个输入端。

4.一种基于直接欠采样数字正交解调方案的声表面波阅读器接收链路工作方法，其特征在于：工作步骤如下：

步骤A，当阅读器发射射频查询脉冲之后，收发隔离模块的开关置于接收回路，低噪声射频放大器模块将接收到的声表面波标签回波信号进行放大；

步骤B，声表面波标签回波信号经过低噪声放大后进入带通滤波器模块，以滤除标签带宽以外的干扰频率，防止欠采样发生频谱混叠；

步骤C，声表面波标签回波信号经过带通滤波后进入射频信号直接欠采样模块，通过欠采样将声表面波标签回波信号的频谱搬移到第一奈奎斯特区域，获得声表面波标签回波数字信号；

步骤D，将射频信号直接欠采样模块采得的声表面波标签回波数字信号送入数字正交解调模块，通过第一数字低通滤波器模块进行低通滤波，滤除欠采样引入的镜像频率；

步骤E，数字控制振荡器模块产生两路正交的数字本振信号，通过第一数字混频器模块和第二数字混频器模块分别与声表面波标签回波数字信号进行混频；

步骤F，混频后的两路数字信号分别通过第二数字低通滤波器和第三数字低通滤波器进行低通滤波，滤除混频引入的高频信号，得到I、Q两路数字基带信号；

步骤G，将两路数字基带信号I、Q送入数字基带信号处理模块进行信号处理，以获得声表面波标签的各反射栅时隙和相隙编码。