CN107770106A - 一种自干扰对消的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自动载波抵消系统，无需软件控制。包括：一定向耦合器，提取对消信号和接收信号；一可调衰减器用于调节对消信号幅度；一可调移相器用于调节泄露信号幅度；第二、第三耦合器，与第一功率检测器相连，分别提取对消信号和泄露信号；一功率检测器与运算放大器相连，用于功率检测；一运算放大器用来比较两路功率检波值大小，并控制可调衰减器；一合路器，分别与第二、第三及第四耦合器相连，用于信号合并完成泄露载波抵消；第四耦合器，提取接收信号；第二功率检测器与第四耦合器、可调移相器相连，对泄露信号的相位进行调节。本发明还公开了一种载波抵消的方法。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

一种自干扰对消的系统和方法

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，radio frequencyidentification)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ZLCN 201010283448.0（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

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术中存在的载波对消受到软件算法的限制，对消速度取决于软件的计算速度，提供一种模拟电路自动对消的方法和装置。

本发明的目的是提供一种实现电路自动载波对消的系统及方法，能较简单的解决现有技术的射频识别阅读器载波泄露对接收影响的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下的射频泄漏对消的技术方案。

本发明所述的抑制载波泄漏的系统包括：定向耦合器1、可调衰减器、耦合器2、可调移相器、耦合器3、功率检测器1、运算放大器、合路器、耦合器4、功率检测器2，还包括接收电路、发射电路及天线电路部分。

其中，所述定向耦合器，用于将泄漏的射频载波信号从隔离端口输出到接收通道，从耦合端口输出一个对消信号。

所述的可调衰减器，用于调整对消信号幅度。

所述耦合器2，用于从对消信号中耦合出一路用于功率检测的信号。

所述的可调移相器，用于调整接收信号的相位。

所述的耦合器3，用于从接收信号中耦合出一路用于功率检测的信号。

所述的功率检测器1，是一个双路功率检测器，用于检测对消信号和接收信号幅度，输出两路功率模拟电压值。

所述运算放大器，用于比较对消和接收功率检波值的差值，并控制可调衰减器。

所述的合路器，用于将调整后的对消信号和接收信号进行合并。

所述的耦合器4，用于从合并后的信号中耦合出一路用于功率检测的信号。

所述的功率检测器2，用于检测合并后的信号的幅度，并控制可调移相器。

本发明所述载波抵消的方法包括以下步骤：

第一步，电路发射载波，定向耦合器1从耦合端耦合出对消信号，从接收端耦合出泄露信号（接收通道）。

第二步，对消信号经过可调衰减器后，由耦合器2耦合出一路信号至功率检测器1，输出对应的功率电平A；泄露信号经可调移相器后，由耦合器3耦合出一路信号至功率检测器1，输出对应的功率电平B；

第三步，功率电平A和功率电平B，经过运算放大器相减并放大差值电平C，功率电压A越大，对应差值电平C越大，可调衰减器的衰减越大。经过这个负反馈过程，最终使得功率电平A和功率电平B相等。类似于锁相环的过程。

第四步，调整后的对消信号和泄露（接收）信号合路，合路后的接收信号经过耦合器4，耦合出一路信号至功率检测器2，输出对应的功率电平D，控制可调移相器，调整泄露信号的相位。经过这个负反馈过程，最终使得合路前的两路信号相位相反，合路后的信号功率最小（通常可以达到-30dBm），完成载波抵消。

有益效果：采用本发明所述方法和装置，与现有技术相比，处理的过程不需要处理器或者FPGA参与，全部是模拟电路实现，实时性高。信号经过处理，能达到抵消载波的目的，提高接收信号的动态范围，降低噪声。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1 是本系统的电路结构示意图

具体实施方式

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述：

本系统的硬件电路包括：定向耦合器1、可调衰减器、耦合器2、可调移相器、耦合器3、功率检测器1、运算放大器、合路器、耦合器4、功率检测器2，还包括接收电路、发射电路及天线电路部分。

所述定向耦合器，是一个四端口网络，输入端连发射电路，输出端连天线，耦合端连可调衰减器，隔离端连可调移相器。耦合端从发射通道上耦合出对消初始信号，隔离端是接收信号通过端，同时也会带有发射信号泄露过来的载波，这个载波就是本系统需要抵消掉的干扰。此定向耦合器需要有比较好的方向性，以获得尽量小的载波泄露。

所述的可调衰减器，是一个模拟可调衰减器，可以是一颗集成芯片，也可以是PIN管（参本征半导体层二极管PIN Diode）管等搭建的分立电路。它可以根据控制电压大小，提供不同的衰减值，一般可以提供2~30dB的衰减范围。由于功率调节部分是一个自动负反馈过程，极大的降低了对可调衰减器的电压-衰减的线性度这个重要指标要求。

所述耦合器2，与可调衰减器、合路器相连，可以用简单的微带电路实现，从幅度调整后的对消信号中耦合出一路小信号，用于信号功率检测。

所述的可调移相器，是一个模拟可调移相器，可以是一颗集成芯片，也可以是变容二极管等搭建的分立电路。它可以根据控制电压的大小，提供不同的相位延时，一般可以提供0~2PI的范围。由于相位调节部分是一个自动负反馈过程，极大的降低了对可调移相器的电压-相位的线性度这个重要指标的要求。

所述的耦合器3，与可调移相器、合路器相连，可以用简单的微带电路实现，从相位调整后的对消信号中耦合出一路小信号，用于信号功率检测。

所述的功率检测器1，是一个双路功率检测器，可以是双路的功率检测IC，也可以用二极管等分立器件搭建的幅度检波电路，用于检测对消信号和接收信号幅度，输出两路功率模拟电压值。

所述运算放大器，与功率检测器1和可调衰减器相连。用于比较对消功率检波电平A和泄露功率检波电平B的差值，输出控制电平C并控制可调衰减器。实际电路中的控制电平C还需要配合电压增益控制及射级跟随电路的微调才能控制可调衰减器。

所述的合路器，与耦合器2、耦合器3和耦合器4相连。用于将调整后的对消信号和接收信号进行合并。可以根据电路面积和成本选择芯片，或者微带电路或者电感电容分立器件实现的威金森电路。

所述的耦合器4，与接收电路、合路器相连，可以用简单的微带电路实现。从合路后的接收信号中耦合出一路小信号，用于抵消后的信号功率检测。

所述的功率检测器2，与耦合器4和可调移相器相连，用于检测合并后的信号的幅度，输出检测功率电平D并控制可调移相器。可以是功率检测IC，也可以用二极管等分立器件搭建的幅度检波电路。实际电路中功率电平D还需要配合电压增益控制及射级跟随电路的微调才能控制可调移相器。

流程部分的处理步骤如下：

第一步，接收状态下系统通过天线发射载波给标签供电，同时标签反射的调制的反射信号经天线接收到系统。发射信号经定向耦合器1从耦合端耦合出对消信号，从接收端耦合接收信号同时叠加发射的泄露信号，泄露信号远大于接收信号（在完成载波抵消过程前，此信号暂称为泄露信号）。

第二步，对消信号经过可调衰减器调整幅度后，经耦合器2耦合出一路信号至功率检测器1，输出对应的功率电平A；泄露信号经可调移相器调整相位后，由耦合器3耦合出一路信号至功率检测器1，输出对应的功率电平B；

第三步，功率电平A和功率电平B经过运算放大器相减并将差值放大，输出电平C。功率电压A越大，对应差值电平C越大，可调衰减器的衰减越大。这是一个负反馈过程，最终使得功率电平A和功率电平B相等。此过程类似于锁相环的反馈控制过程。

第四步，调整幅度后的对消信号和泄露信号合路，通过幅度相位的矢量叠加后行成接收信号，合路后的接收信号再经过耦合器4，耦合出一路信号至功率检测器2，输出对应的功率电平D，控制可调移相器，调整泄露信号的相位。这是一个负反馈过程，最终使得合路前的两路信号相位相反，合路后的信号功率最小（通常可以达到-30dBm），完成载波抵消。

经过载波抵消后的信号，接收信号的信号噪声比大大提高，并且总的幅度降低后，可以充分利用接收电路中的模数转换器的动态性能，减少失真，达到提高接收灵敏度的目的。

本发明所述的系统和方法，尤其适用于有时间要求的快速载波抵消场景，不需要软件介入，同时电路可以由分立器件搭建，成本低，系统由两套闭环的负反馈控制，稳定可靠控制简单。

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 (3)

1.一种自干扰对消的系统和方法，其特征在于，所述的载波抵消系统，具有定向耦合器、幅度调整单元和相位调整单元、合路单元。

2.如权利要求1所述的幅度调整单元利用对消通路和泄露通路的检波功率电平值进行比较，差值电平控制可调衰减器，直至两部分功率电平值相等。

3.如权利要求1所述的相位调整单元利用合路后信号的检波功率电平值调整可调移相器，直至合路后的信号功率值收敛到最小。