CN107749769A - 一种快速载波对消方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种快速载波对消方法及装置，方法包括：保持对消信号幅度不变，采用一维搜索的方式单独调整可控移相模块的相移，确定对消信号的最优相位，并记录对消信号最优相位时基带控制信号的同相分量幅度和正交分量幅度的比值K；保持调制模块控制信号的同相分量幅度与正交分量幅度的比值为K不变以及保持可控移相模块的相移不变，采用一维搜索的方式，应用二分法在调制模块控制信号的幅度范围内对控制信号的同相分量幅度与正交分量幅度分别进行调整，并检查解调模块的输出是否满足预设条件，若是，则保持此最优控制信号，调制模块输出最优对消信号，以对干扰信号进行抵消。本发明提供的快速载波对消方法，能够快速准确地消除载波干扰信号。

Description

一种快速载波对消方法及装置
技术领域
本发明涉及射频识别技术领域，具体涉及一种快速载波对消方法及装置。
背景技术
在超高频射频识别读写器系统中，受到器件隔离度等因素的影响，从发射端泄漏到接收端的载波对接收支路产生干扰，严重影响了读写设备的接收灵敏度，导致识读距离近。所以需要使用载波干扰抑制方案对泄漏载波进行消除。此外，由于读写器工作现场环境多变，且经常工作在跳频模式，导致干扰信号复杂多变，如果想提升读写器的性能，就要求载波对消模块能够快速、准确的对干扰信号进行消除。
现有的载波对消方案主要有以下几类：
第一种是：采用预设同相分量和正交分量合成原始抵消信号，然后采用最速下降法对其进行修正，该方法在调整过程中，同时调整了同相分量和正交分量的衰减值。该方法为一种二维的调整方法，调整次数是同相分量调整次数和正交分量调整次数的乘积，存在调整次数多，效率低下的问题。
第二种是：采用对消信号产生电路对参考信号进行调整，该方法为纯硬件实现载波对消的方法，实现精确的相位调整难度较大，存在调试及实现难度大的缺陷。
第三种是：在反射模块中通过对解调泄漏信号的正交和同相分量进行相位旋转，和同反相积分后控制反射信号作为对消信号的方法，此方法同反相积分的参数确定较困难，参数过小会导致积分速度慢，效率低下，参数过大，会导致调整精度差。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种快速载波对消方法及装置，本发明能够快速准确地消除载波干扰信号。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种快速载波对消方法，所述快速载波对消方法基于包含控制模块、调制模块、可控移相模块、信号合成模块和解调模块的快速载波对消装置，在所述快速载波对消装置中，所述控制模块的第一端与所述可控移相模块的第二端连接，第二端与所述调制模块的第一端连接，第三端与所述解调模块的第二端连接；所述调制模块的第二端与所述可控移相模块的第一端连接；所述可控移相模块的第三端与所述信号合成模块的第一端连接，所述信号合成模块的第二端与所述解调模块的第一端连接，所述信号合成模块的第三端用于连接干扰信号；其中，所述控制模块用于输出基带控制信号，所述调制模块用于输出用于抵消干扰信号的对消信号；
相应地，所述快速载波对消方法，包括：
S1、保持对消信号幅度不变，采用一维搜索的方式单独调整可控移相模块的相移，确定对消信号的最优相位，并记录对消信号最优相位时基带控制信号的同相分量幅度和正交分量幅度的比值AI/AQ＝K；
S2、根据调制模块控制信号的范围要求与当前干扰信号强度确定调制模块控制信号的幅度范围(Amin，Amax)；
S3、保持调制模块控制信号的同相分量幅度与正交分量幅度的比值为K不变以及保持可控移相模块的相移不变，采用一维搜索的方式，应用二分法在调制模块控制信号的幅度范围内对调制模块控制信号的同相分量幅度与正交分量幅度分别进行调整，并检查解调模块的输出是否满足预设条件，若是，则此时对应的调制模块控制信号为最优控制信号，保持此最优控制信号，调制模块输出最优对消信号，以对干扰信号进行抵消。
优选地，所述S1具体包括：
S11、关闭对消信号输出，所述解调模块对干扰信号进行解调后输出干扰信号基带的同相分量和正交分量；
S12、所述控制模块对干扰信号基带的同相分量和正交分量的幅度进行相同倍数的放大后作为基带控制信号控制所述调制模块进行输出；
S13、所述控制模块控制所述可控移相模块进行从1°到359°的移相，查看对应相移下所述解调模块输出信号的幅度，当所述解调模块输出信号的幅度最小时记录对应的相位为最优相位，同时记录最优相位时所述基带控制信号的同相分量幅度和正交分量幅度的比值AI/AQ＝K。
优选地，所述S2具体包括：
选取调制模块规定的幅度最小值和最大值作为调制模块控制信号的幅度范围(Amin，Amax)。
优选地，所述S3具体包括：
S31、设置调制模块控制信号的同相分量幅度为3(Amax+Amin)/4，正交分量幅度为3K(Amax+Amin)/4，记录解调模块输出干扰信号的幅度AH；
S32、判断AH是否小于或等于第一预设阈值，若是，则停止调整调制模块控制信号，此时对应的调制模块控制信号为最优控制信号，直接跳转到S38，否则执行下一步骤；
S33、设置调制模块控制信号的同相分量幅度为(Amax+Amin)/4，正交分量幅度为K(Amax+Amin)/4，记录解调模块输出干扰信号的幅度AL；
S34、判断AL是否小于或等于第一预设阈值，若是，则停止调整调制模块控制信号，此时对应的调制模块控制信号为最优控制信号，直接跳转到S38，否则执行下一步骤；
S35、判断AH与AL的大小与解调模块输出的同相和正交分量符号的变化，若AH小于AL且解调模块输出的同相和正交分量符号没有发生变化，则跳转到S36，否则跳转到S37；
S36、调整新的同相分量幅度的范围Amin＝(Amax+Amin)/2，Amax＝Amax，正交分量幅度的范围在同相分量幅度的范围上乘以K即可，然后继续执行S31，直到找到最优控制信号；
S37、调整新的同相分量幅度的范围Amin＝Amin，Amax＝(Amax+Amin)/2，正交分量幅度的范围在同相分量幅度的范围上乘以K即可，然后继续执行S31直到找到最优控制信号；
S38、循环检测解调模块输出干扰信号的幅度是否大于第一预设阈值，若是，则重新启动载波对消流程，否则继续检测解调模块输出干扰信号的幅度。
优选地，所述S13中控制模块在控制所述可控移相模块进行从1°到359°的移相时，每次移相角度为1°至5°可调。
第二方面，本发明还提供了一种快速载波对消装置，包括：控制模块、调制模块、可控移相模块、信号合成模块和解调模块；所述控制模块的第一端与所述可控移相模块的第二端连接，第二端与所述调制模块的第一端连接，第三端与所述解调模块的第二端连接；所述调制模块的第二端与所述可控移相模块的第一端连接；所述可控移相模块的第三端与所述信号合成模块的第一端连接，所述信号合成模块的第二端与所述解调模块的第一端连接，所述信号合成模块的第三端用于连接干扰信号；其中，所述控制模块用于输出基带控制信号，所述调制模块用于输出用于抵消干扰信号的对消信号；
所述快速载波对消装置采用如上面任一项所述的快速载波对消方法实现载波干扰信号的对消。
由上述技术方案可知，本发明至少具有以下的有益效果：
本发明提供的快速载波对消方法，将一个二维的幅度和相位的调节简化成两个一维的调节过程，缩减了算法的复杂度，提升了载波对消的效率，将调整次数从m(相位调整次数)乘以n(幅度调整次数)次简化为m加n次。本发明采用了二分法对对消信号的幅度进行调整，提升了幅度搜索的速度和精度，可以使载波对消时间缩短到1ms以内。此外，本发明采用可控移相模块，增加了对消信号相位调节的精度，且当所述可控移相模块采用压控移相模块实现时，可以使相位调节精度小于1°，从而可以进一步提升载波对消的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的快速载波对消装置的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的快速载波对消方法的流程图；
图3是本发明一实施例提供的步骤101的具体实现过程示意图；
图4是本发明一实施例提供的步骤103的具体实现过程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一实施例提供了一种快速载波对消方法，所述快速载波对消方法基于如图1所示的包含控制模块401、调制模块402、可控移相模块403、信号合成模块404和解调模块405的快速载波对消装置，参见图1，在所述快速载波对消装置中，所述控制模块401的第一端与所述可控移相模块403的第二端连接，第二端与所述调制模块402的第一端连接，第三端与所述解调模块405的第二端连接；所述调制模块402的第二端与所述可控移相模块403的第一端连接；所述可控移相模块403的第三端与所述信号合成模块404的第一端连接，所述信号合成模块404的第二端与所述解调模块405的第一端连接，所述信号合成模块404的第三端用于连接干扰信号；其中，所述控制模块401用于输出基带控制信号，所述调制模块402用于输出用于抵消干扰信号的对消信号；
通过理论和实际验证，对消信号和干扰信号在信号合成模块的输入端的相位差是由电路的器件和带线的相位特性决定的，是一个常数。所以保持调制模块402输出信号的相位恒定，调整可控移相模块403的相位偏移，使对消信号与干扰信号在信号合成模块输入端相位相反就可以找到最优相位；保持调制模块402输出信号的相位恒定只需要保持控制信号的同相和正交分量的比值恒定即可。
基于上述分析，参见图2，本实施例提供的快速载波对消方法具体包括如下步骤：
步骤101：保持对消信号幅度不变，采用一维搜索的方式单独调整可控移相模块的相移，确定对消信号的最优相位，并记录对消信号最优相位时基带控制信号的同相分量幅度和正交分量幅度的比值AI/AQ＝K。
在本步骤中，在保证对消信号幅度不变的前提下，单独对相位进行调整，以寻找对消信号的最优相位。
在本实施例中，参见图3，上述步骤101优选采用如下方式实现：
步骤1011：关闭对消信号输出，所述解调模块对干扰信号进行解调后输出干扰信号基带的同相分量和正交分量。
步骤1012：所述控制模块对干扰信号基带的同相分量和正交分量的幅度进行相同倍数的放大后作为基带控制信号控制所述调制模块进行输出。
步骤1013：所述控制模块控制所述可控移相模块进行从1°到359°的移相，查看对应相移下所述解调模块输出信号的幅度，当所述解调模块输出信号的幅度最小时记录对应的相位为最优相位，同时记录最优相位时所述基带控制信号的同相分量幅度和正交分量幅度的比值AI/AQ＝K。
可以理解的是，选择关闭对消信号输出时，解调模块对纯干扰信号进行解调时输出的同相分量幅度与正交分量幅度的比值为K。
需要说明的是，控制模块在控制所述可控移相模块进行从1°到359°的移相时，每次移相角度为1°至5°可调。此外，所述可控移相模块优选采用压控移相模块实现，这样可以使相位调节精度小于1°，从而可以提升载波对消的准确度。
步骤102：根据调制模块控制信号的范围要求与当前干扰信号强度确定调制模块控制信号的幅度范围(Amin，Amax)。
在本步骤中，优选选取调制模块规定的幅度最小值和最大值作为调制模块控制信号的幅度范围(Amin，Amax)。例如，调制模块控制信号的幅度最大值Amax为500mv，最小值Amin为-500mv。
步骤103：保持调制模块控制信号的同相分量幅度与正交分量幅度的比值为K不变(即保持调制模块输出信号相位不变)以及保持可控移相模块的相移不变，采用一维搜索的方式，应用二分法在调制模块控制信号的幅度范围内对调制模块控制信号的同相分量幅度与正交分量幅度分别进行调整，并检查解调模块的输出是否满足预设条件，若是，则此时对应的调制模块控制信号为最优控制信号，保持此最优控制信号，调制模块输出最优对消信号，以对干扰信号进行抵消。
由于上述步骤101已确定出最优相位，故在本步骤中，在保持调制模块输出信号相位不变的前提下，单独对幅度进行调整，从而将一个二维的幅度和相位的调节简化成两个一维的调节过程，缩减了算法的复杂度，提升了载波对消的效率，将调整次数从m(相位调整次数)乘以n(幅度调整次数)次简化为m加n次。
在本实施例中，参见图3，上述步骤103优选采用如下方式实现：
步骤1031：设置调制模块控制信号的同相分量幅度为3(Amax+Amin)/4，正交分量幅度为3K(Amax+Amin)/4，记录解调模块输出干扰信号的幅度AH。
步骤1032：判断AH是否小于或等于第一预设阈值，若是，则停止调整调制模块控制信号，此时对应的调制模块控制信号为最优控制信号，直接跳转到步骤1038，否则执行下一步骤。
步骤1033：设置调制模块控制信号的同相分量幅度为(Amax+Amin)/4，正交分量幅度为K(Amax+Amin)/4，记录解调模块输出干扰信号的幅度AL。
步骤1034：判断AL是否小于或等于第一预设阈值，若是，则停止调整调制模块控制信号，此时对应的调制模块控制信号为最优控制信号，直接跳转到步骤1038，否则执行下一步骤。
步骤1035：判断AH与AL的大小与解调模块输出的同相和正交分量符号的变化，若AH小于AL且解调模块输出的同相和正交分量符号没有发生变化，则跳转到步骤1036，否则跳转到步骤1037。
步骤1036：调整新的同相分量幅度的范围Amin＝(Amax+Amin)/2，Amax＝Amax，正交分量幅度的范围在同相分量幅度的范围上乘以K即可，然后继续执行步骤1031，直到找到最优控制信号。
步骤1037：调整新的同相分量幅度的范围Amin＝Amin，Amax＝(Amax+Amin)/2，正交分量幅度的范围在同相分量幅度的范围上乘以K即可，然后继续执行步骤1031直到找到最优控制信号。
步骤1038：循环检测解调模块输出干扰信号的幅度是否大于第一预设阈值，若是，则重新启动载波对消流程，否则继续检测解调模块输出干扰信号的幅度。
由上面描述可知，本发明实施例提供的快速载波对消方法，将一个二维的幅度和相位的调节简化成两个一维的调节过程，缩减了算法的复杂度，提升了载波对消的效率，将调整次数从m(相位调整次数)乘以n(幅度调整次数)次简化为m加n次。本发明实施例采用了二分法对对消信号的幅度进行调整，提升了幅度搜索的速度和精度，可以使载波对消时间缩短到1ms以内。此外，本发明实施例采用可控移相模块，增加了对消信号相位调节的精度。经过实验验证，采用本实施例提供的快速载波对消方法，使得载波对消时间可以小于500us，干扰信号幅度下降35dB以上。
本发明另一实施例还提供了一种快速载波对消装置，参见图1，快速载波对消装置包括：控制模块401、调制模块402、可控移相模块403、信号合成模块404和解调模块405；
所述控制模块401的第一端与所述可控移相模块403的第二端连接，第二端与所述调制模块402的第一端连接，第三端与所述解调模块405的第二端连接；所述调制模块402的第二端与所述可控移相模块403的第一端连接；所述可控移相模块403的第三端与所述信号合成模块404的第一端连接，所述信号合成模块404的第二端与所述解调模块405的第一端连接，所述信号合成模块404的第三端用于连接干扰信号；其中，所述控制模块401用于输出基带控制信号，所述可控移相模块403用于对调制模块402输出的信号相位进行调整，使对消信号始终与干扰信号保持反相；所述调制模块402用于输出用于抵消干扰信号的对消信号；所述信号合成模块404用于将对消信号和干扰信号进行合成；所述解调模块405用于对合成后的信号进行解调并将解调后的信号输出至控制模块401以形成反馈回路。
其中，本实施例提供的快速载波对消装置采用上面实施例所述的快速载波对消方法实现载波干扰信号的对消。
由于本实施例提供的快速载波对消装置采用如上面实施例所述的快速载波对消方法实现载波干扰信号的对消，因此其工作原理和技术效果类似，故此处不再详述。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种快速载波对消方法，其特征在于，所述快速载波对消方法基于包含控制模块、调制模块、可控移相模块、信号合成模块和解调模块的快速载波对消装置，在所述快速载波对消装置中，所述控制模块的第一端与所述可控移相模块的第二端连接，第二端与所述调制模块的第一端连接，第三端与所述解调模块的第二端连接；所述调制模块的第二端与所述可控移相模块的第一端连接；所述可控移相模块的第三端与所述信号合成模块的第一端连接，所述信号合成模块的第二端与所述解调模块的第一端连接，所述信号合成模块的第三端用于连接干扰信号；其中，所述控制模块用于输出基带控制信号，所述调制模块用于输出用于抵消干扰信号的对消信号；
相应地，所述快速载波对消方法，包括如下步骤：
S1、保持对消信号幅度不变，采用一维搜索的方式单独调整可控移相模块的相移，确定对消信号的最优相位，并记录对消信号最优相位时基带控制信号的同相分量幅度和正交分量幅度的比值AI/AQ＝K；
S2、根据调制模块控制信号的范围要求与当前干扰信号强度确定调制模块控制信号的幅度范围(Amin，Amax)；
S3、保持调制模块控制信号的同相分量幅度与正交分量幅度的比值为K不变以及保持可控移相模块的相移不变，采用一维搜索的方式，应用二分法在调制模块控制信号的幅度范围内对调制模块控制信号的同相分量幅度与正交分量幅度分别进行调整，并检查解调模块的输出是否满足预设条件，若是，则此时对应的调制模块控制信号为最优控制信号，保持此最优控制信号，调制模块输出最优对消信号，以对干扰信号进行抵消。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1具体包括：
S11、关闭对消信号输出，所述解调模块对干扰信号进行解调后输出干扰信号基带的同相分量和正交分量；
S12、所述控制模块对干扰信号基带的同相分量和正交分量的幅度进行相同倍数的放大后作为基带控制信号控制所述调制模块进行输出；
S13、所述控制模块控制所述可控移相模块进行从1°到359°的移相，查看对应相移下所述解调模块输出信号的幅度，当所述解调模块输出信号的幅度最小时记录对应的相位为最优相位，同时记录最优相位时所述基带控制信号的同相分量幅度和正交分量幅度的比值AI/AQ＝K。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2具体包括：
选取调制模块规定的幅度最小值和最大值作为调制模块控制信号的幅度范围(Amin，Amax)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3具体包括：
S31、设置调制模块控制信号的同相分量幅度为3(Amax+Amin)/4，正交分量幅度为3K(Amax+Amin)/4，记录解调模块输出干扰信号的幅度AH；
S32、判断AH是否小于或等于第一预设阈值，若是，则停止调整调制模块控制信号，此时对应的调制模块控制信号为最优控制信号，直接跳转到S38，否则执行下一步骤；
S33、设置调制模块控制信号的同相分量幅度为(Amax+Amin)/4，正交分量幅度为K(Amax+Amin)/4，记录解调模块输出干扰信号的幅度AL；
S34、判断AL是否小于或等于第一预设阈值，若是，则停止调整调制模块控制信号，此时对应的调制模块控制信号为最优控制信号，直接跳转到S38，否则执行下一步骤；
S35、判断AH与AL的大小与解调模块输出的同相和正交分量符号的变化，若AH小于AL且解调模块输出的同相和正交分量符号没有发生变化，则跳转到S36，否则跳转到S37；
S36、调整新的同相分量幅度的范围Amin＝(Amax+Amin)/2，Amax＝Amax，正交分量幅度的范围在同相分量幅度的范围上乘以K即可，然后继续执行S31，直到找到最优控制信号；
S37、调整新的同相分量幅度的范围Amin＝Amin，Amax＝(Amax+Amin)/2，正交分量幅度的范围在同相分量幅度的范围上乘以K即可，然后继续执行S31直到找到最优控制信号；
S38、循环检测解调模块输出干扰信号的幅度是否大于第一预设阈值，若是，则重新启动载波对消流程，否则继续检测解调模块输出干扰信号的幅度。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S13中控制模块在控制所述可控移相模块进行从1°到359°的移相时，每次移相角度为1°至5°可调。
6.一种快速载波对消装置，其特征在于，包括：控制模块、调制模块、可控移相模块、信号合成模块和解调模块；所述控制模块的第一端与所述可控移相模块的第二端连接，第二端与所述调制模块的第一端连接，第三端与所述解调模块的第二端连接；所述调制模块的第二端与所述可控移相模块的第一端连接；所述可控移相模块的第三端与所述信号合成模块的第一端连接，所述信号合成模块的第二端与所述解调模块的第一端连接，所述信号合成模块的第三端用于连接干扰信号；其中，所述控制模块用于输出基带控制信号，所述调制模块用于输出用于抵消干扰信号的对消信号；
所述快速载波对消装置采用如权利要求1～5任一项所述的快速载波对消方法实现载波干扰信号的对消。
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