CN110266340B - 快速侦听干扰信号的无源uhfrfid读写器架构及其方法 - Google Patents

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Abstract

新型快速侦听干扰信号的无源UHFRFID读写器架构及其方法，包括有发射机、接收机以及微控制器，发射机还包括有产生低频正交信号的发生器和选择器，编码器与低频正交信号发生器并联于选择器，选择器与成型滤波器连接；上混频器连接有锁相环和本振信号采集器，本振信号采集器包括有驱动放大器和移相器，驱动放大器与上混频器连接，移相器与下混频器连接快速扫描出920～925MHz频带中的20个channel(通道)上的干扰信号存在情况以及功率大小，并且锁相环只需要完成一次锁定即可，并且利用查找表产生低频数字信号的时间基本上可以在几us量级，因此与传统的读写器架构及其算法相比，侦听所需要的时间大大缩小，从而提高读写器在干扰环境下的效率和性能。

Description

快速侦听干扰信号的无源UHFRFID读写器架构及其方法
技术领域
本发明涉及RFID读写器技术领域，具体涉及新型快速侦听干扰信号的无源UHFRFID读写器架构及其方法。
背景技术
在无源UHF RFID系统中，尤其是密集度读写器环境下，读写器和标签的通信会由于受到来自其他无线通信设备或者读写器设备的干扰，读取标签的效率和成功率都会大大降低。为了克服其他无线通信设备干扰的影响，读写器的会先进入侦听模式，扫描出在工作频带内所有工作频道上存在干扰功率大小，从而决定读写器工作在哪个频道上，这样的方式能够大大提高读写器的抗干扰能力。
如图1所示，传统的读写器，在侦听工作模式下，包括有发射机(包括数字模拟转换，发射滤波器，上混频器以及功率放大器)关闭，只留下微控制器(MCU)，数字基带处理，锁相环和接收机(下混频器，放大器，接收滤波器以及模拟数字转换)工作。
对于国标UHF RFID频段(920～925MHz)，每个信道带宽是250KHz，初始设置数字基带处理部分的信道选择滤波器的带宽为250KHz。如果需要检测920～925MHz频段上任意一个中心频点为fc，信道带宽是250KHz的信道是否有干扰信号和干扰的功率大小：第一步，分别让锁相环锁定在(fc+0.125)MHz和(fc-0.125)MHz两个频点，用MCU分别读出RSSI电路的功率的大小，只要其中有一次或者两次读出的RSSI电路功率均小于阈值功率，那么可以说明当前要检测的信道内没有干扰信号；第二步，当两次读出来的RSSI电路功率均大于阈值功率的话，设置数字基带部分的信道选择滤波器的带宽为125KHz，分别让锁相环锁定在(fc+0.25)MHz和(fc-0.25)MHz频率，用MCU分别读出RSSI电路功率大小，只要其中有一次或者两次读出的功率小于阈值功率的话，那么可以说明中心频率为fc的信道有干扰信号，干扰功率的大小就是在第一步读出来的RSSI电路的功率。这样，如果扫描完整20 个频道是否都有干扰，锁相环需要锁定约80次，如果每次锁相环锁定时间都是500us(一般锁相环的环路带宽比较窄约在几十KHz，该锁定时间是一个合理的估计)，那么在锁相环锁定的时间开销大概是40ms，对于需要高速盘点标签的场景是个巨大的时间开销，这也是传统架构的最大的缺点,现有技术存在改进之处。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了新型快速侦听干扰信号的无源UHFRFID读写器架构，快速扫描出920～925MHz频带中的20个channel(通道)上的干扰信号存在情况以及功率大小，并且锁相环只需要完成一次锁定即可，并且利用查找表产生低频数字信号的时间基本上可以在几us量级，因此与传统的读写器架构及其算法相比，侦听所需要的时间大大缩小，从而提高读写器在干扰环境下的效率和性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：新型快速侦听干扰信号的无源UHFRFID读写器架构，包括有发射机、接收机以及微控制器，所述发射机包括有编码器、用于处理所述编码器信号的成型滤波器、发射滤波器、上混频器、功率放大器、耦合器以及天线；所述接收机包括有与所述耦合器连接的下混频器、放大器、接收滤波器、信道选择滤波器以及解码器，所述信道选择滤波器还连接有RSSI电路，所述RSSI电路与所述微控制器连接，所述发射机还包括有产生低频正交信号的发生器和选择器，所述编码器与所述低频正交信号发生器并联于所述选择器，所述选择器与所述成型滤波器连接；所述上混频器连接有锁相环和本振信号采集器，所述本振信号采集器包括有驱动放大器和移相器，所述驱动放大器与所述上混频器连接，所述移相器与所述下混频器连接。
本发明进一步设置为：所述发射机还包括有设置在所述成型滤波器与所述发射滤波器之间的数字模拟转换器，所述接收机还包括有设置在所述接收滤波器与所述信道选择滤波器之间的数字模拟转换器。
为了实现无源UHFRFID读写器快速识别出干扰信号，本发明还提供了新型快速侦听干扰信号的无源UHFRFID算法架构，包括有如下步骤：
S1、侦听F1～F2MHz频段之间的干扰信号，设定所述锁相环的工作频率为F0＝(F2-F1) /2；
S2、所述接收机当前采集到的信号为fc，判断fc是否大于F0，若fc大于等于F0执行S3，否则执行S4；
S3、计算delta(fb)＝(fc-F0)；低频正交信号发生器产生delta(fb)+0.125的 sin信号和cos信号；记录RSSI电路的功率为P1；低频正交信号发生器产生delta(fb) -0.125的sin信号和cos信号；记录RSSI电路的功率为P2；
S4、计算delta(fb)＝(F0-fc)；低频正交信号发生器产生delta(fb)+0.125的 sin信号和cos信号；记录RSSI电路的功率为P1；低频正交信号发生器产生delta(fb) -0.125的sin信号和cos信号；记录RSSI电路的功率为P2；
S5、判断“P1是否等于P2”且“P1或P2是否大于阈值”，若满足两判断条件则记录当前频道有干扰并记录干扰频率P1，否则记录当前频道无干扰。。
综上所述，本发明具有以下效果：
1、可以快速扫描出920～925MHz频带中的20个channel[通道]上的干扰信号存在情况以及功率大小；
2、锁相环只需要完成一次锁定就可以，并且利用查找表产生低频数字信号的时间基本上可以在几us量级，减少侦听所需要的时间大大缩小，从而提高读写器在干扰环境下的效率和性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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。
图1为传统的读写器架构；
图2为新型的读写器结构；
图3为快速侦听干扰信号的算法架构。
图中：1、发射机；11、编码器；12、成型滤波器；13、发射滤波器；14、上混频器； 15、功率放大器；16、耦合器；17、天线；18、发生器；19、选择器；2、接收机；21、下混频器；22、放大器；23、接受滤波器；24、信道选择滤波器；25、解码器；3、模拟数字转换器；4、RSSI电路；5、微控制器；6、锁相环；7、本振信号采集器；71、驱动放大器； 72、移相器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
与图1所示的传统的读写器架构相比，本发明提出的读写器架构有以下两个方面的不同：
1)接收机的下混频器所需要的正交本振信号sin(ωct)和cos(ωct)是由上混频的输出经过驱动放大器和移相器(产生0/90)提供；
2)数字基带处理的发射部分除了信号通路外，增加一个低频正交信号产生电路，可以由 Cordic或者查找表实现，其输出产生低频正交信号sin(ωbt)和cos(ωbt)，或者反过来正交输出cos(ωbt)和sin(ωbt)。每路正交输出分别送给MUX(选择器)；
如图2所示，新型快速侦听干扰信号的无源UHFRFID读写器架构，包括有发射机、接收机以及微控制器，所述发射机包括有编码器、用于处理所述编码器信号的成型滤波器、发射滤波器、上混频器、功率放大器、耦合器以及天线；所述接收机包括有与所述耦合器连接的下混频器、放大器、接收滤波器、信道选择滤波器以及解码器，所述信道选择滤波器还连接有RSSI电路，所述RSSI电路与所述微控制器连接，所述发射机还包括有产生低频正交信号的发生器和选择器，所述编码器与所述低频正交信号发生器并联于所述选择器，所述选择器与所述成型滤波器连接；所述上混频器连接有锁相环和本振信号采集器，所述本振信号采集器包括有驱动放大器和移相器，所述驱动放大器与所述上混频器连接，所述移相器与所述下混频器连接。
进一步的，所述发射机还包括有设置在所述成型滤波器与所述发射滤波器之间的数字模拟转换器，所述接收机还包括有设置在所述接收滤波器与所述信道选择滤波器之间的数字模拟转换器。
如图3所示，新型快速侦听干扰信号的无源UHFRFID算法架构，包括有如下步骤：
S1、侦听F1～F2MHz频段之间的干扰信号，设定所述锁相环的工作频率为F0＝(F2-F1) /2；
S2、所述接收机当前采集到的信号为fc，判断fc是否大于F0，若fc大于等于F0执行S3，否则执行S4；
S3、计算delta(fb)＝(fc-F0)；低频正交信号发生器产生delta(fb)+0.125的 sin信号和cos信号；记录RSSI电路的功率为P1；低频正交信号发生器产生delta(fb) -0.125的sin信号和cos信号；记录RSSI电路的功率为P2；
S4、计算delta(fb)＝(F0-fc)；低频正交信号发生器产生delta(fb)+0.125的 sin信号和cos信号；记录RSSI电路的功率为P1；低频正交信号发生器产生delta(fb) -0.125的sin信号和cos信号；记录RSSI电路的功率为P2
S5、判断“P1是否等于P2”且“P1或P2是否大于阈值”，若满足两判断条件则记录当前频道有干扰并记录干扰频率P1，否则记录当前频道无干扰。
具体实施过程：
新型读写器架构在进行侦听模式的之前，先进行下面三个设置：
1)关闭发射部分的功率放大器
2)数字基带信号处理部分的MUX选择1输出端
3)数字基带信号处理部分的信道选择滤波器的带宽设置为250KHz 进入侦听模式后，如果需要检测920～925MHz频段上任意一个中心频点为fc(单位，MHz)， 250KHz频道是否有干扰信号和干扰的功率大小。
S1、设定所述锁相环的工作频率为F0＝922.375MHz；
S2、所述接收机当前采集到的信号为fc，判断fc是否大于F0，若fc大于等于F0执行S3，否则执行S4；
S3、计算delta(fb)＝(fc-922.375)；低频正交信号发生器产生delta(fb)+0.125的sin信号和cos信号；记录RSSI电路的功率为P1；低频正交信号发生器产生delta(fb) -0.125的sin信号和cos信号；记录RSSI电路的功率为P2；
S4、计算delta(fb)＝(922.375-fc)；低频正交信号发生器产生delta(fb)+0.125的sin信号和cos信号；记录RSSI电路的功率为P1；低频正交信号发生器产生delta(fb) -0.125的sin信号和cos信号；记录RSSI电路的功率为P2
S5、判断“P1是否等于P2”且“P1或P2是否大于阈值”，若满足两判断条件则记录当前频道有干扰并记录干扰频率P1，否则记录当前频道无干扰。
新的读写器架构按照图3给出的算法可以快速扫描出920～925MHz频带中的20个channel(通道)上的干扰信号存在情况以及功率大小，并且锁相环只需要完成一次锁定就可以，并且利用查找表产生低频数字信号的时间基本上可以在几us量级，所以与传统的读写器架构及其算法相比，侦听所需要的时间大大缩小，从而提高读写器在干扰环境下的效率和性能。
应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.快速侦听干扰信号的无源UHFRFID读写器架构，包括有发射机、接收机以及微控制器，所述发射机包括有编码器、用于处理所述编码器信号的成型滤波器、发射滤波器、上混频器、功率放大器、耦合器以及天线；所述接收机包括有与所述耦合器连接的下混频器、放大器、接收滤波器、信道选择滤波器以及解码器，所述信道选择滤波器还连接有RSSI电路，所述RSSI电路与所述微控制器连接，其特征在于，所述发射机还包括有产生低频正交信号的发生器和选择器，所述编码器与所述低频正交信号发生器并联于所述选择器，所述选择器与所述成型滤波器连接；所述上混频器连接有锁相环和本振信号采集器，所述本振信号采集器包括有驱动放大器和移相器，所述驱动放大器与所述上混频器连接，所述移相器与所述下混频器连接。
2.根据权利要求1所述的快速侦听干扰信号的无源UHFRFID读写器架构，其特征在于，所述发射机还包括有设置在所述成型滤波器与所述发射滤波器之间的数字模拟转换器，所述接收机还包括有设置在所述接收滤波器与所述信道选择滤波器之间的数字模拟转换器。
3.基于权利要求1或2中所述快速侦听干扰信号的无源UHFRFID读写器架构的方法，其特征在于，包括有如下步骤：
S1、侦听F1～F2MHz频段之间的干扰信号，设定所述锁相环的工作频率为F0＝(F2-F1)/2；
S2、所述接收机当前采集到的信号为fc，判断fc是否大于F0，若fc大于等于F0执行S3，否则执行S4；
S3、计算delta(fb)＝(fc-F0)；低频正交信号发生器产生delta(fb)+0.125的sin信号和cos信号；记录RSSI电路的功率为P1；低频正交信号发生器产生delta(fb)-0.125的sin信号和cos信号；记录RSSI电路的功率为P2；
S4、计算delta(fb)＝(F0-fc)；低频正交信号发生器产生delta(fb)+0.125的sin信号和cos信号；记录RSSI电路的功率为P1；低频正交信号发生器产生delta(fb)-0.125的sin信号和cos信号；记录RSSI电路的功率为P2；
S5、判断“P1是否等于P2”且“P1或P2是否大于阈值”，若满足两判断条件则记录当前频道有干扰并记录干扰频率P1，否则记录当前频道无干扰。
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