CN107547097A - Rfid接收器及提取编码在无线电信号的数据位的方法 - Google Patents

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Abstract

一种RFID接收器(1)包括天线(11)，所述天线(11)被配置成用于从RFID发射器(2)接收无线电信号(20)以及将从该RFID发射器(2)接收的无线电信号(20)生成电信号(110)。解码器电路(10)连接到天线(11)并且被配置成用于从所述天线(11)生成的所述电信号(110)提取编码在所述电信号(110)中的数据位。所述解码器电路(10)包括模数转换器(12)，所述模数转换器(12)直接连接到所述天线(11)并且被配置成用于从所述天线(11)生成的所述电信号(110)生成数字输入信号(13)。位提取器(14)连接到所述模数转换器(12)并且被配置成用于从所述模数转换器(12)生成的所述数字输入信号(13)提取所述数据位。

Description

RFID接收器及提取编码在无线电信号的数据位的方法
技术领域
本发明涉及一种RFID接收器以及一种提取编码在从RFID发射器接收的无线电信号中的数据位的方法。
背景技术
RFID发射器和应答器(例如，根据ISO 14443、ISO 15693或专有实施方式的RFID设备)在访问控制系统、支付系统和其他短距离和/或近场通信(NFC)应用以及物流和雷达应用中的使用和实现的增加进一步增加了RFID接收器和收发器在移动(通信)设备中的部署。尤其是，当RFID接收器和收发器在便携式移动设备(诸如移动电话(智能电话)或身体穿戴设备(例如，腕戴电子智能手表))中实现时，实现这些RFID接收器和收发器所需的电子部件对这些移动设备的总体大小和重量作出显著贡献。而且，由于移动设备的固件和软件模块的改进的和附加的特征和功能灵活地并且有规律地更新，这些移动设备的使用寿命越来越短，与此相反，RFID接收器和收发器保持不变，因为改变这些移动设备内的硬件部件太过劳动力集中和成本高昂并且因此不切实际。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种RFID接收器以及一种提取编码在从RFID发射器接收的无线电信号中的数据位的方法，该RFID接收器和方法不具有现有技术的至少一些缺点。
根据本发明，这些目的是通过独立权利要求的特征实现的。另外，其他有利实施例来自从属权利要求和说明书。
一种RFID接收器包括天线，该天线被配置成用于从RFID发射器接收无线电信号以及从于该RFID发射器接收的该无线电信号生成电信号。
根据本发明，上述目的尤其是通过以下实现的：该RFID接收器进一步包括解码器电路，该解码器电路连接到该天线并且被配置成用于从由该天线生成的该电信号中提取编码在该电信号中的数据位。该解码器电路包括模数转换器，该模数转换器直接连接到该天线并且被配置成用于从由该天线生成的该电信号生成数字输入信号。该解码器电路还包括比特提取器，该比特提取器连接到该模数转换器并且被配置成用于从该模数转换器生成的该数字输入信号提取该数据位。将该解码器电路及其模数转换器直接连接到该天线以及该解码器电路的该比特提取器从该模数转换器生成的该数字输入信号提取该数据位具有以下优点：无需在该解码器电路外部布置并实现用于信号处理(诸如解调或其他信号调节)的电子部件，诸如二极管或晶体管。
在一个实施例中，该位提取器包括脉冲提取器和位检测器，该脉冲提取器被配置成用于从由该模数转换器生成的该数字输入信号提取子位脉冲，该位检测器被配置成用于检测该子位脉冲中的数据位。
在另一个实施例中，该位提取器包括低通滤波器，该低通滤波器被配置成用于从该模数转换器生成的该数字输入信号中提取子位脉冲。
在一个实施例中，该低通滤波器被实现为移动平均滤波器。
在另一个实施例中，该位提取器包括高通滤波器，该高通滤波器被配置成用于从该数字信号去除直流分量。
在一个实施例中，该高通滤波器被配置成用于通过将该数字信号的移动最大值减去该数字输入信号的移动最小值来去除该直流分量。
在另一个实施例中，该脉冲提取器包括移动平均滤波器，该移动平均滤波器被配置成用于从该数字信号的未滤波子位脉冲生成该子位脉冲。
在一个实施例中，该脉冲提取器还包括被布置在该脉冲提取器的移动平均滤波器下游的低通滤波器。
在另一个实施例中，该位提取器包括子采样模块，该子采样模块被配置成用于按照降低的采样率对由该脉冲提取器提取的该子位脉冲进行采样，该降低的采样率低于由该模数转换器用来生成该数字信号时的采样率。
在一个实施例中，该位提取器被配置成用于生成用于从该子位脉冲确定数据位的移动决策阈值。
在另一个实施例中，该位提取器被配置成用于使用该移动决策阈值确定变化的采样点以及使用该变化的采样点对该子位脉冲进行采样。使用根据该移动决策阈值在时间上变化的采样点具有以下优点：该RFID接收器更能容忍从该RFID发射器接收的该无线电信号中的载频(相位调制)和/或振幅(振幅调制)的波动。
在一个实施例中，该模数转换器包括电子电路，该电子电路被配置成用于从该天线生成的该电信号生成该数字输入信号；并且该电子电路通过无二极管的电连接连接到该天线。
在另一个实施例中，该位提取器包括处理器和计算机程序代码，该计算机程序代码被配置成用于指示该处理器从该模数转换器生成的该数字输入信号提取该数据位。通过计算机程序代码实现该位提取器使得能够灵活地用新的和/或改进的特征和/或功能更新该位提取器。
在一个实施例中，该天线被配置成用于从RFID应答器的RFID发射器接收无线电信号以及将从该RFID应答器的该RFID发射器接收的该无线电信号生成电信号。
除了该RFID接收器之外，本发明还涉及一种提取编码在从RFID发射器接收的无线电信号中的数据位的方法。该方法包括：在RFID接收器的天线中从于该RFID发射器接收的该无线电信号生成电信号；将该天线直接连接到模数转换器；在该模数转换器中从由该天线生成的该电信号生成数字输入信号；将位提取器连接到该模数转换器；以及该位提取器从由该模数转换器生成的该数字输入信号提取该数据位。
附图说明
将通过示例参照附图更详细地解释本发明，其中，
图1为示意性地示出包括天线、模数转换器和位提取器的RFID接收器的框图。
图2为示意性地示出包括脉冲提取器和位检测器的位提取器的框图。
图3为示意性地示出包括子采样模块、阈值模块、符号检测模块和位解码器的位检测器的框图。
图4为示出从所接收的无线电信号生成的数字输入信号的示例的图。
图5为示出从所接收的无线电信号生成的数字输入信号中提取的未滤波子位脉冲的示例的图。
图6为示出从数字输入信号的未滤波子位脉冲滤波的无直流子位脉冲的示例的图。
图7为示出从数字输入信号的无直流子位脉冲中提取的子位脉冲的示例的图。
图8为示出从数字输入信号的子位脉冲中提取的低通滤波子位脉冲的示例的图。
图9为示出应用于从数字输入信号提取的子位脉冲和从数字输入信号提取的数据子位的变化采样点示例的图。
图10为示出提取编码在从RFID发射器接收的无线电信号中的数据位的步骤顺序的流程图。
具体实施方式
在图1中，参考标号1指代用于从RFID发射器2接收无线电信号20的RFID接收器。根据该配置，无线电发射器2是(有源或无源)RFID应答器或有源RFID收发器的一部分。例如，无线电发射器2根据RFID标准(诸如ISO 14443(106Kbits/sec下的ISO 14443A和ISO14443B)和ISO 15693)或根据专用RFID协议进行配置。相应地，来自RFID发射器2的并且由RFID接收器1接收并处理的无线电信号20具有范围在100KHz至60+GHz的载频；尤其是，载频被设置为RFID系统的工作频率，例如6.78MHz、13.56MHz或27.12MHz(或另一个频率)。
如图1所示，RFID接收器1包括天线11(例如，环形天线)和与天线11电连接的解码器电路10。
解码器电路10包括与接收器的天线11直接连接的模数转换器12。换言之，被配置成用于将模拟输入信号转换成数字输出信号的模数转换器12的电路与天线11之间存在直接电连接，而不会在天线11和模数转换器的电路之间布置任何中间二极管、晶体管等用于信号处理，诸如解调或其他信号调节。简言之，接收器的天线11与模数转换电路12之间存在无二极管的电连接，即，不具有串联或并联(GND)的任何中间二极管的电连接。响应于天线11从RFID发射器2接收的无线电信号20，天线11生成相应的电信号110。在其输入端处，模数转换器12通过该直接电连接从天线11接收电信号110，并且生成在模数转换器12的输出端处可用的相应的数字输入信号13。
解码器电路10还包括位提取器14，该位提取器14连接到模数转换器12的输出端并且被配置成用于从模数转换器12接收数字输入信号13。位提取器14包括被配置成用于从数字信号提取数据位的电子电路。在其位于RFID发射器2的起点处，数据位被编码在所发射的无线电信号20中，然后编码在由天线11生成的相应的电信号110和由模数转换器12生成的相应的数字输入信号中。取决于实施例，位提取器14的电子电路是逻辑单元，诸如专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)或独立逻辑阵列(ULA)，或者如图1所示的包括程序代码14b的编程处理器14a，该程序代码14b指示处理器14a从于模数转换器12接收的数字输入信号13提取数据位。
如图10所示，在步骤S1中，在RFID接收器1的天线11处接收来自RFID发射器2的无线电信号20。
在步骤S2中，天线11响应于所接收的无线电信号20生成电信号110。
在步骤S3中，在模数转换器12的输入端处接收电信号110。
在步骤S4中，模数转换器12从所接收的电信号110生成数字信号13。
在步骤S5中，在位提取器14的输入端处接收来自模数转换器12的数字信号13。
在步骤S6中，位提取器14提取编码在所接收的无线电信号20中或编码在从模数转换器12接收的相应的数字输入信号13中的数据子位1000。
在步骤S7中，位提取器14通过应用适当的解码标准(诸如曼彻斯特解码)对来自所提取的数据子位的数据位进行解码。
如图2所示，位提取器14包括若干个功能模块和子模块。尤其是，位提取器14包括脉冲提取器140和位检测器144。脉冲提取器140被配置成用于从由模数转换器12生成的数字输入信号13提取子位脉冲17a/17b。位检测器144被配置成用于检测子位脉冲17a/17b中的数据位。
在图2的实施例中，脉冲提取器140包括低通滤波器141、高通滤波器142和布置在高通滤波器142下游的移动平均滤波器/低通滤波器块143a/143b。
如图3所示，位检测器144包括子采样模块145、阈值模块146、符号检测模块147和位解码器148。
如以上作为整体结合位提取器14所解释的，位提取器14的功能模块和子模块被相应地实现为逻辑单元或实现为具有程序代码14b的编程软件模块，该程序代码14b被配置成用于控制处理器14a实现并执行各个模块或子模块的功能。
图4示出由模数转换器12从与在天线11处接收的无线电信号20相对应的电信号110生成的数字输入信号13的示例。由于范围在100KHz至60+GHz的高载频，未在图4中描述RFID发射的负载调制的太多细节。
图5示出由低通滤波器141从于所接收的无线电信号20或天线11处的相应的电信号110生成的数字输入信号13提取未滤波子位脉冲15的示例。低通滤波器141被实现为移动平均滤波器。在ISO 14443的背景下，移动平均滤波器例如结合ISO 14443对最小(最短)的信号单位进行求平均，移动平均滤波器在八个13.56MHZ振荡的时间段上建立平均数(本领域技术人员将认识到可以使用满足各个其他标准的要求的其他设置)。低通滤波器141用有限脉冲响应(FIR滤波器)来实现。可选地，脉冲提取器14包括被配置成用于执行绝对值函数Abs()的绝对值模块，该绝对值模块被布置在低通滤波器141的下游并且仅将未滤波子位脉冲15简化为正值。
图6示出由高通滤波器142从数字输入信号13的未滤波子位脉冲15滤波的无直流子位脉冲16的示例。高通滤波器142被配置成用于去除分别包括在数字输入信号13或相应的电信号110中的直流部分。尤其是，高通滤波器142被配置成用于通过从数字输入信号13的移动最大值减去数字输入信号13的移动最小值来去除直流分量。去除直流分量具有如下优点：发射期间的负载抓举不具有干扰影响。脉冲提取器140还包括触发器模块(未示出)，该触发器模块被配置成用于掩盖或抑制未拟合到RFID发射器2的通信时隙内的信号，例如，在ISO 14443的背景下，这些时间段包括保护时间TR0、同步时间TR1和帧延迟时间FDT。抑制这些信号部分使得能够抑制干扰瞬变并且还节约能量(电路未被计时)。触发器模块包括斜率检测器(具有施密特触发器的高通滤波器)。优选地，触发器模块被布置在高通滤波器142和移动平均滤波器/低通滤波器块143a/143b之间，如下所述。可替代地，触发器模块被布置在高通滤波器142的上游。
移动平均滤波器/低通滤波器块143a/143b被布置在高通滤波器142的下游并且包括移动平均滤波器143a以及可选地布置在该移动平均滤波器142a下游的低通滤波器143b。
图7示出由移动平均滤波器143a分别从数字输入信号13的或相应的电信号110的无直流子位脉冲16提取的子位脉冲17a的示例。图8示出从无直流子位脉冲16提取的低通滤波子位脉冲17b的示例。如图7和图8可见，现在有区别地呈现具有长脉冲和短脉冲的信号。例如，在ISO 14443的背景下，低通滤波器143b被配置成用于处理106Kbits/sec信号(Fpass＝50KHz，Fstop＝200KHz，Astop＝12dB)。
在图3的实施例中，位检测器144包括子采样模块145。子采样模块145被配置成用于对由位提取器140提取的子位脉冲17a/17a进行下采样，例如，因数ds＝64。所消除的采样点不包含相关的其他信息并且无需用于位检测器144。结果是，被布置在子采样模块145下游的位检测器144的功能模块能够按照更低的时钟速率操作，进一步节约能量。在图9的上图中示出的子采样子位脉冲18被提供给阈值模块146。
阈值模块146被配置成用于确定移动决策阈值。为此目的，阈值模块146从子采样子位脉冲18确定移动最小值181、移动最大值182和从移动最小值181和移动最大值182计算的移动平均值183。如图9所示，移动最小值181和移动最大值182被保持在其各自的最小绝对值或最大绝对值持续预定的保持时间(max-hold)。由此，信号帧或符号期间的信号值波动不具有负面影响。移动决策阈值由移动平均值183限定。子采样子位脉冲18和移动平均值183或移动决策阈值分别被提供给符号检测模块147。
符号检测模块147被配置成用于使用移动平均值183或移动决策阈值分别检测子采样位脉冲18中的信令符号。尤其是，符号检测模块147分别根据子采样子位脉冲18与移动平均值183或移动决策阈值的交点185来确定子采样子位脉冲18中的信令符号。在图9示出的实施例中，通过根据该交点185确定采样实例(采样点的时间)来检测信令符号。在图9中，采样实例184由(细)竖线示出。左侧的第一条(粗)竖线示出帧开始180。帧开始180由符号检测模块147通过检查子采样子位脉冲18是否超过帧开始阈值来确定。在帧开始180之后的一个限定的(标准化)符号持续时间s处设置第一采样实例184。接下来，采样实例184由采样检测模块147按照交点185之后的限定的采样偏移o设置，采样偏移o是符号持续时间s的一半；除非在符号持续时间s的时间段内不存在交点185，在这种情况下，在前一个采样实例184之后的一个符号持续时间s处设置采样实例184。以此方式，如图9的示例可见，采样实例184的定时随着时间改变，使得RFID接收器1更能容忍从RFID发射器2接收的无线电信号20中的载频(相位调制)和/或振幅(振幅调制)的波动。而且，RFID接收器1更能容忍例如由另一个RFID发射器或应答器的存在所导致的无线电信号20的减少，以及从RFID发射器2接收的无线电信号20的低通影响的边沿。采样信号100被提供给位解码器148。
位解码器148被配置成用于将数据位从采样信号100中解码。在图9的下部分中，示出了从采样信号100提取的子数据位1000。使用曼彻斯特解码执行检测数据子位1000中的数据位。在替代实施例中，通过参照其定时及其各自的增加或减少，分析子采样子位脉冲18的斜率来确定符号和数据子位。
应当认识到，在说明书中，计算机程序代码已经与特定的功能模块相关联并且已经按照特定的顺序以特定顺序呈现，然而，本领域技术人员将认识到该计算机程序代码可以按照不同的方式构造以及可以更改至少一些步骤的顺序而不背离本发明的范围。

Claims (15)

1.一种RFID接收器(1)，包括：
天线(11)，所述天线(11)被配置成用于接收来自RFID发射器(2)的无线电信号(20)，以及将从所述RFID发射器(2)接收的所述无线电信号(20)生成电信号(110)；以及
解码器电路(10)，所述解码器电路(10)连接到所述天线(11)并且被配置成用于从由所述天线(11)生成的所述电信号(110)提取编码在所述电信号(110)中的数据位，其中，所述解码器电路(10)包括：
模数转换器(12)，所述模数转换器(12)直接连接到所述天线(11)并且被配置成用于从所述天线(11)生成的所述电信号(110)生成数字输入信号(13)，以及
位提取器(14)，所述位提取器(14)连接到所述模数转换器(12)并且被配置成用于从所述模数转换器(12)生成的所述数字输入信号(13)提取所述数据位。
2.如权利要求1所述的RFID接收器(1)，其中，所述位提取器(14)包括脉冲提取器(140)和位检测器(144)，所述脉冲提取器(140)被配置成用于从由所述模数转换器(12)生成的所述数字输入信号(13)提取子位脉冲(17a，17b)，所述位检测器(144)被配置成用于检测所述子位脉冲(17a，17b)中的数据位。
3.如权利要求1或2之一所述的RFID接收器(1)，其中，所述位提取器(14)包括低通滤波器(141)，所述低通滤波器(141)被配置成用于从所述模数转换器(12)生成的所述数字输入信号(13)提取子位脉冲(15)。
4.如权利要求3所述的RFID接收器(1)，其中，所述低通滤波器(141)被实现为移动平均滤波器。
5.如权利要求1至4之一所述的RFID接收器(1)，其中，所述位提取器(14)包括高通滤波器(142)，所述高通滤波器(142)被配置成用于从所述数字信号(13)去除直流分量。
6.如权利要求5所述的RFID接收器(1)，其中，所述高通滤波器(142)被配置成用于通过将所述数字信号(13)的移动最大值减去所述数字输入信号(13)的移动最小值来去除所述直流分量。
7.如权利要求2至6之一所述的RFID接收器(1)，其中，所述脉冲提取器(140)包括移动平均滤波器(143a)，所述移动平均滤波器(143a)被配置成用于从所述数字信号(13)的未滤波子位脉冲(15)生成所述子位脉冲(17a，17b)。
8.如权利要求7所述的RFID接收器(1)，其中，所述脉冲提取器(140)还包括设置在所述脉冲提取器的移动平均滤波器(143a)下游的低通滤波器(143b)。
9.如权利要求2至8之一所述的RFID接收器(1)，其中，所述位提取器(14)包括子采样模块(145)，所述子采样模块(145)被配置成用于按照降低的采样率对所述脉冲提取器(140)提取的所述子位脉冲(17a，17b)进行采样，所述降低的采样率低于所述模数转换器(12)用来生成所述数字信号(13)时的采样率。
10.如权利要求1至9之一所述的RFID接收器(1)，其中，所述位提取器(14)被配置成用于生成用于从所述子位脉冲(17a，17b)确定数据位的移动决策阈值(183)。
11.如权利要求2至10之一所述的RFID接收器(1)，其中，所述位提取器(14)被配置成用于使用所述移动决策阈值(183)确定变化的采样点(184)，以及使用所述变化的采样点(184)对所述子位脉冲(17a，17b)进行采样。
12.如权利要求1至11之一所述的RFID接收器(1)，其中，所述模数转换器(12)包括电子电路，所述电子电路被配置成用于从所述天线(11)生成的所述电信号(110)生成所述数字输入信号(13)；并且所述电子电路通过无二极管的电连接连接到所述天线(1)。
13.如权利要求1至12之一所述的RFID接收器(1)，其中，所述位提取器(14)包括处理器(14a)和计算机程序代码(14b)，所述计算机程序代码(14b)被配置成用于指示所述处理器(14a)从所述模数转换器(12)生成的所述数字输入信号(13)提取所述数据位。
14.如权利要求1至13之一所述的RFID接收器(1)，其中，所述天线(11)被配置成用于从RFID应答器的RFID发射器(2)接收无线电信号(20)，以及从于所述RFID应答器的所述RFID发射器(2)接收的所述无线电信号(20)生成电信号(110)。
15.一种提取编码在从RFID发射器(2)接收的无线电信号(20)中的数据位的方法，所述方法包括：
在RFID接收器(1)的天线(11)中将从所述RFID发射器(2)接收的所述无线电信号(20)生成电信号(110)；
将所述天线(11)直接连接到模数转换器(12)；
在所述模数转换器(12)中从所述天线(11)生成的所述电信号(110)生成数字输入信号(13)；
将位提取器(14)连接到所述模数转换器(12)；以及
所述位提取器(14)从所述模数转换器(12)生成的所述数字输入信号(13)提取所述数据位。
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