CN111832327A - 一种rfid读写器载波抑制方法 - Google Patents

一种rfid读写器载波抑制方法 Download PDF

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CN111832327A CN202010678047.9A CN202010678047A CN111832327A CN 111832327 A CN111832327 A CN 111832327A CN 202010678047 A CN202010678047 A CN 202010678047A CN 111832327 A CN111832327 A CN 111832327A
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Abstract

本申请提供一种RFID读写器载波抑制方法。在RFID阅读器与无源标签通信的过程中，该载波消除方法基于获取接收链路中泄漏载波的幅值以及相位，通过射频捷变收发器第二发射通道主动发射与泄漏载波幅值相同、相位相差180°的抑制载波，以抑制该泄漏载波。由于该RFID读写器能够通过第二发射通道直接对抑制载波的幅值以及相位进行调整，使得抑制载波能够对泄漏载波进行抑制，因此，可以在不依赖于外部复杂载波抑制电路的情况下，即可实现对泄漏载波的抑制，不仅降低产品整体的物料成本以及系统的复杂程度，而且提高了泄漏载波抑制比。

Description

一种RFID读写器载波抑制方法
技术领域
本申请涉及RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)技术领域，具体而言，涉及一种RFID读写器载波抑制方法。
背景技术
RFID读写器在与无源标签通信的过程中，需要持续发射无线载波信号，为无源标签提供能量。然而，在通信的过程中，读写器发射端发射的载波信号会泄漏到读写器接收端，而该泄漏载波的信号强度远大于无源标签的应答信号强度，泄漏载波会对无源标签的应答信号产生干扰，使RFID系统的读写能力变弱甚至直接丧失读写能力。
为了抑制泄漏载波对无源标签应答信号的干扰，目前主要通过耦合器从发射端口耦合得到部分载波信号，通过对耦合载波信号的幅值与相位进行调整，得到与泄漏载波幅值相等、相位差180°的抑制载波。然后将抑制载波通过合路器与泄漏载波信号进行抵消，从而实现载波抑制的功能。然而，该方法需要在RFID读写器的发射端和接收端之间增加额外的元器件和控制电路，以对耦合载波信号的幅值和相位进行调整。外部有源元器件不仅增加了RFID读写器的成本和设计复杂度，同时器件产生的热噪声和相位噪声还会降低载波抑制效果，而且载波抑制过程耗时过长。
发明内容
为了克服现有技术中的至少一个不足，本申请实施例的目的在于提供一种RFID读写器载波抑制方法，应用于与无源标签通信的RFID读写器，所述RFID读写器包括定向耦合器、射频捷变收发器，其中射频捷变收发器包括信号接收通道、第一发射通道以及第二发射通道，所述第一发射通道与所述第二发射通道分别连接所述定向耦合器的两个输入端口，所述方法包括：
通过所述第一发射通道发送第一载波信号；
从所述信号接收通道接收所述第一载波信号的泄漏载波；
载波抑制模块计算该泄漏载波的幅值以及相位，得到第一幅值和第一相位；
关闭第一发射通道，通过第二发射通道发射与所述第一载波频率相同的第二载波信号；
从所述信号接收通道接收所述第二载波信号；
载波抑制模块计算所述第二载波信号的幅值以及相位，得到第二幅值和第二相位；
根据所述第一幅值与第二幅值的比值，以及所述第一相位与第二相位的差值，计算获得第二发射通道所应发射的抑制载波的幅值与相位。
可选地，所述RFID读写器还包括幅值相位计算单元，通过所述第二发射通道发送抑制载波之前，还包括：
通过调整所述射频捷变收发器第二发射通道的链路增益，确保幅值相位计算单元计算得到的第二幅值大于第一幅值。
可选地，所述RFID读写器还包括定向耦合器以及收发天线；
所述第一发射通道与所述信号接收通道通过该定向耦合器共用该收发天线。
可选地，该RFID读写器还包括射频捷变收发器以及载波抑制模块，该射频捷变收发器包括共用本振的两个射频发射通道以及射频接收通道；
所述射频捷变收发器对所述载波抑制模块发送的第一混频信号进行上变频后获得所述第一载波信号，所述射频捷变收发器通过对所述载波抑制模块发送的第二混频信号进行上变频后获得所述第二载波信号和抑制载波；
所述RFID读写器通过所述射频接收通道对所述定向耦合器输出的信号进行下变频，得到基带信号。
相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：
本申请实施例提供一种RFID读写器载波抑制方法。在与无源标签通信的过程中，该RFID读写器通过发送第一载波，并计算泄漏载波的幅值以及相位，然后通过第二发射通道主动发射与泄漏载波幅值相等、相位差为180°的抑制载波，以达到载波抑制的效果。由于载波抑制模块集成在RFID读写器内部，该RFID读写器能够实时对抑制载波的幅值以及相位进行调整，在不依赖捷变收发器外部的复杂电路对信号进行处理的情况下，即可实现对泄漏载波的抑制，不仅可以降低产品整体的物料成本以及系统的复杂程度，而且提高了载波抑制比，缩短了载波抑制过程的时间。本系统的实测泄漏载波抑制效果可以达到-56dBc，而整个载波抑制过程可以在0.5ms的时间内完成。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例所适用的RFID读写器的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的载波抑制系统的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的RFID读写器载波抑制方法的步骤流程图。
图标：10-RFID读写器；120-基带信号处理器；130-射频捷变收发器；140-通信天线；160-处理模块；170-可编程逻辑模块；180-载波抑制模块、150-载波抑制系统；1801-数据选择器MUX；1501-第一发射通道；1502-信号接收通道；1503-第二发射通道；1508-定向耦合器。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
如背景技术所介绍，为了抑制泄漏载波对接收信号的干扰，目前主要通过新增额外的元器件(例如，衰减器、定向耦合器等)对泄漏载波进行消减。然而，新增额外的元器件必定会带来物料成本以及系统复杂程度的增加。
鉴于此，本申请实施例提供一种RFID读写器载波抑制方法，应用于所述RFID读写器。请参照图1，为本申请实施例所适用的RFID读写器10的硬件结构示意图。该RFID读写器10包括基带信号处理器120、射频捷变收发器130以及通信天线140。
其中，基带信号处理器120、射频捷变收发器130以及通信天线140各元件相互之间直接或间接地通信连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。
所述基带信号处理器120具有信号处理能力。该基带信号处理器120可以包括处理模块160和可编程逻辑模块170。该处理模块160能够运行Linux操作系统或者是硬件控制驱动程序，用于实现对系统的控制。可编程逻辑模块170用于实现对UHF(Ultra HighFrequency，特高频)RFID协议的解析和射频捷变收发器130的控制，本申请实施例中，将载波抑制模块180通过现场可编程门阵列实现。其中，载波抑制模块180与射频捷变收发器130以及通信天线140构成了载波抑制系统150。
每次RFID读写器10与无源标签通信之前，载波抑制模块180将设置抑制载波的幅值和相位，而在通信过程中载波抑制模块180将通过第二发射通道1503发射抑制载波，以减少泄漏载波对系统通信的干扰。
所述射频捷变收发器130包括两个射频发送通道和一个射频接收通道。射频发送通道将基带待发送的I/Q基带信号转换成模拟信号，并经过上变频由通信天线140发射到无源标签，即用于实现数模转换与调制功能，将基带的数字信号转换为模拟信号并调制到RFID的发射频段。
射频接收通道将通信天线140接收到的信号，通过下变频和采样后发送给基带信号处理器120进行信号处理，即用于接收并解调无源标签返回来的信号，并将模拟信号进行模数转换后发送到基带信号处理器120进行处理。
所述通信天线140的频率接收范围需要符合UHFRFID协议要求。
请参照图2，为本申请实施例所适用的载波抑制系统150的结构示意图，该载波抑制系统150包括第一发射通道1501、信号接收通道1502、第二发射通道1503、通信天线140、定向耦合器1508以及载波抑制模块180。
其中，第一发射通道1501用于发射第一载波信号；第二发射通道1503用于发射第二载波信号和抑制载波；信号接收通道1502用于接收无源标签的应答信号，应答信号由天线接收，经过耦合器耦合到信号接收通道1502。
由于定向耦合器1508隔离度有限，泄露载波由第一发射通道1501泄露到信号接收通道1502。
载波抑制模块180包含第一控制信号发生器、第二控制信号发生器、第一混频器、第二混频器、第三混频器、第四混频器、第五混频器、第一DDS(Direct Digital Synthesis，直接数字频率合成器)、第二DDS、数据选择器MUX1801、幅值相位计算单元。同时，由于该RFID读写器10在不同的通信阶段需要发射不同的通信信号，该载波抑制模块180还包括常数C单元以及基带信号单元。数据选择器MUX1801在载波抑制配置的状态下，选择常数C单元产生的常数信号与第一混频器以及第二混频器的信号相乘，而在正常通信状态下，选择该基带信号单元产生的与无源标签通信的基带信号与第一混频器以及第二混频器的信号相乘。应该理解的是，载波抑制模块180中所有的混频器用于实现复数信号乘法功能。
其中，第一控制信号发生器和第二控制信号发生器，分别用于控制第一发射通道1501和第二发射通道1503中信号的初始幅值和相位。由于射频捷变收发器130对零中频信号有滤除效果，所以在本发明中加入了第一DDS用于产生一个频率为ω0的复单音信号
Figure BDA0002584697140000061
实现基带对第一控制信号的上变频，从而在射频接收通道的输出端得到一个频率为ω0的复单音信号。
第二DDS用于产生一个频率为-ω0的复单音信号
Figure BDA0002584697140000062
实现基带对射频接收通道输出端信号的下变频。
请参照图3，为本申请实施例提供的应用于RFID读写器10的载波抑制方法的步骤流程图。
步骤S100，关闭读写器的第二发射通道1503，数据选择器MUX 1801选择常数C，第一控制信号发生器生成第一控制信号。其中，第一控制信号表示为复常数
Figure BDA0002584697140000071
该第一控制信号依次通过第一混频器、第二混频器、射频发射通道得到第一载波信号。第一载波信号经过定向耦合器被泄漏到信号接收通道中。第一载波信号的泄漏载波经过定向耦合器1508、射频接收通道、第五混频器以及所述幅值相位计算单元获得该泄漏载波的相位
Figure BDA0002584697140000072
以及幅值Ae1。
步骤S200，关闭读写器的第一发射通道1501，数据选择器MUX 1801选择常数C，第二控制信号发生器生成第二控制信号。其中，第二控制信号表示为复常数
Figure BDA0002584697140000073
该第二控制信号依次通过第三混频器、第四混频器、射频发射通道得到第二载波信号。第二载波信号经过第二发射通道1503、定向耦合器1508、射频接收通道、第五混频器以及所述幅值相位计算单元获得该泄漏载波的相位
Figure BDA0002584697140000074
以及幅值Ae2。
步骤S300，同时开启读写器第一发射通道1501和第二发射通道1503，数据选择器MUX 1801选择常数C。根据所述相位
Figure BDA0002584697140000075
Figure BDA0002584697140000076
以及幅值Ae1、Ae2，将第二控制信号设置为
Figure BDA0002584697140000077
在第二发射通道1503即得到抑制载波；保持第一控制信号为
Figure BDA0002584697140000078
不变，泄漏载波和抑制载波即可在信号接收通道1502中相互抵消。
步骤S400，载波抑制过程完成后，数据选择器MUX 1801选择基带信号，RFID读写器与无源标签开始通信。
应理解的是，由于抑制载波与泄漏载波传输到幅值相位计算单元时，均需要经过射频接收通道以及第五混频器，从定向耦合器1508输出端至所述幅值相位计算单元该段链路对相同频率的信号产生相同的幅值衰减和附加相移。因此，基于泄漏载波的幅值和相位所发射的抑制载波，能够在信号接收通道1502中对泄漏载波进行抑制。
为了对泄漏载波取得最佳的抑制效果，在所述信号接收通道，抑制载波与所述泄漏载波的幅值应相等，相位相差180°。
请再次参照图2，该载波抑制系统在做载波抑制的过程中，第一控制信号和第二控制信号在传输通道中的变化过程，可以通过如下数学公式进行表示。以第一控制信号为例，可以表示为：
Figure BDA0002584697140000081
式中，A为第一控制信号的幅值，
Figure BDA0002584697140000082
为第一控制信号的相位。
第一DDS产生的单音信号表示为：
Figure BDA0002584697140000083
式中，ω0为第一DDS产生的单音信号的频率。
第一控制信号和第一DDS产生的单音信号经过第一混频器相乘后表示为：
Figure BDA0002584697140000084
数据选择器MUX1801选择常数C单元产生的常数信号和S1相乘，这里的常数C单元的取值为实数1，则S1经过第二混频器不发生变化。
经过射频发送通道进行载波调制后，第一发射通道1501中的第一载波信号可以表示为：
Figure BDA0002584697140000085
式中，A2为载波信号的幅值，ω0+ω1为第一载波信号的频率。其中，ω1为射频发射通道的本振频率。
第一发射通道1501中的第一载波信号经过定向耦合器泄漏到信号接收通道1502中产生的泄漏载波可以表示为：
Figure BDA0002584697140000086
式中，
Figure BDA0002584697140000087
表示泄漏载波在信号接收通道1502时的相位。该泄漏载波经射频接收通道下变频后可以表示为：
Figure BDA0002584697140000091
S4通过第五混频器与第二DDS产生的单音信号相乘后可以表示为：
Figure BDA0002584697140000092
其对应的IQ信号可以表示为：
Figure BDA0002584697140000093
Figure BDA0002584697140000094
其中，第二DDS产生的单音信号可以表示为：
Figure BDA0002584697140000095
幅值相位计算单元对IQ信号进行处理得到第一控制信号最终的相位
Figure BDA0002584697140000096
以及幅值Ae1：
Figure BDA0002584697140000097
Figure BDA0002584697140000098
基于同样的原理，可以测得第二控制信号发生器经过第二发射通道1503后，在幅值相位计算单元计算得到最终的相位
Figure BDA0002584697140000099
以及幅值Ae2。
为了使第二发射通道1503中的抑制载波，经过第二发射通道1503的幅值衰减以及相位延迟作用后，在信号接收通道1502的位置刚好能够消除泄漏载波。设置第一控制信号发生器为
Figure BDA00025846971400000910
不变，调整第二控制信号发生器为
Figure BDA00025846971400000911
其中，若第一控制信号表示为：
Figure BDA00025846971400000912
则第二控制信号可以表示为：
Figure BDA00025846971400000913
因此，第一控制信号发生器经过基带单元和射频上变频后将在RFID读写器10的第一发射通道1501产生载波信号，载波信号经过定向耦合器泄漏的泄漏载波传输到信号接收通道1502时，可以表示为
Figure BDA00025846971400000914
第二控制信号发生器经过基带单元和射频上变频后将在RFID读写器10的第二发射通道1503产生抑制载波传输到信号接收通道时，可以表示为
Figure BDA0002584697140000101
即在信号接收通道，泄漏载波信号和抑制载波幅度相同，相位相差180°，从而实现载波消除效果。
本申请实施例还提供一种RFID读写器。该RFID读写器包括处理器以及存储器。该存储器中存储有机器可执行指令。该机器可执行指令被处理器执行时，实现上述的RFID读写器载波抑制方法。
综上所述，本申请实施例提供一种应用于RFID读写器的载波抑制方法。在与RFID无源标签通信的过程中，该RFID读写器基于获取到信号接收通道中泄漏载波的幅值以及相位，通过第二发射通道1503主动发射与泄漏载波幅值相同、相位相差180°的抑制载波，以抑制该泄漏载波。由于载波抑制模块集成在RFID读写器内部，该RFID读写器能够实时对抑制载波的幅值以及相位进行调整，使得泄漏载波得到抑制，因此，可以不依赖于复杂的载波抑制电路对信号进行处理，即可实现对泄漏载波的抑制效果，不仅可以降低产品整体的物料成本以及系统的复杂程度，而且提高了泄漏载波抑制比，缩短了载波抑制时间。本系统的实测泄漏载波抑制效果可以达到-56dBc，而整个载波抑制过程可以在0.5ms的时间内完成。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述，仅为本申请的各种实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种RFID读写器载波抑制方法，其特征在于，应用于与无源标签通信的RFID读写器，所述RFID读写器包括定向耦合器、信号接收通道、第一发射通道以及第二发射通道，所述第一发射通道与所述第二发射通道分别连接所述定向耦合器的两个输入端口，所述方法包括：
检测信号传输通道对信号产生的影响，确定待发送抑制载波的幅值以及相位；
通过所述第一发射通道发送载波信号；
从所述信号接收通道接收所述无源标签发射的应答信号，其中，所述应答信号中携带有所述载波信号泄漏到所述信号接收通道中的泄漏载波；
通过所述第二发射通道发送所述抑制载波，使得该抑制载波传输到所述定向耦合器时，该泄漏载波的幅值与所述泄漏载波的幅值相同，该泄漏载波的频率与所述泄漏载波的频率相同，该泄漏载波的相位与所述泄漏载波的相位相差180°。
2.根据权利要求1所述的RFID读写器载波抑制方法，其特征在于，所述RFID读写器包括载波抑制模块，所述载波抑制模块包括幅值相位计算单元，所述检测信号传输通道对信号产生的影响，确定待发送抑制载波的幅值以及相位的步骤，包括：
通过所述第一发射通道发射第一载波信号，从所述信号接收通道接收所述第一载波信号的泄漏载波；
通过所述幅值相位计算单元计算所述第一载波信号的泄漏载波传输到所述幅值相位计算单元时，该第一载波信号的泄漏载波的第一幅值以及第一相位；
关闭所述第一发射通道；
通过所述第二发射通道发射与所述第一载波频率相同的第二载波信号；
通过所述幅值相位计算单元计算所述第二载波信号传输到所述幅值相位计算单元时，该第二载波信号的第一幅值以及第一相位；
根据所述第一幅值与第二幅值的比值，以及所述第一相位与第二相位的差值，确定所述抑制载波的幅值以及相位。
3.根据权利要求2所述的RFID读写器载波抑制方法，其特征在于，所述RFID读写器还包括射频捷变收发器，所述射频捷变收发器包括共用本振的两个射频发射通道，以及射频接收通道；
所述两个射频发射通道分别与所述第一发射通道以及所述第二发射通道连接；
所述射频接收通道与所述定向耦合器的输出端连接。
4.根据权利要求3所述的RFID读写器载波抑制方法，其特征在于，所述通过所述第二发射通道发送与所述泄漏载波频率相同的抑制载波之前，所述方法还包括：
通过所述射频捷变收发器调整所述第二发射通道的链路增益，使得所述幅值相位计算单元计算得到的所述第二幅值大于所述第一幅值。
5.根据权利要求3所述的RFID读写器载波抑制方法，其特征在于，所述通过所述第一发射通道发射第一载波信号的步骤，包括：
通过所述射频捷变收发器对所述载波抑制模块发送的第一混频信号进行上变频后获得所述第一载波信号；
通过所述第一发射通道发射所述第一载波信号。
6.根据权利要求3所述的RFID读写器载波抑制方法，其特征在于，所述通过所述第二发射通道发射与所述第一载波频率相同的第二载波信号的步骤，包括：
通过射频捷变收发器通过对所述载波抑制模块发送的第二混频信号进行上变频后获得所述第二载波信号；
通过所述第二发射通道发射所述第二载波信号。
7.根据权利要求3所述的RFID读写器载波抑制方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过所述射频接收通道对所述定向耦合器输出的信号进行下变频，得到基带信号。
8.根据权利要求1所述的RFID读写器载波抑制方法，其特征在于，所述RFID读写器还包括定向耦合器以及收发天线；
所述第一发射通道与所述信号接收通道通过该定向耦合器共用该收发天线。
9.一种RFID读写器，其特征在于，所述RFID读写器包括处理器以及存储器，所述存储器中存储有机器可执行指令，所述机器可执行被所述处理器执行时，实现如权利要求1-8任意一项所述的RFID读写器载波抑制方法。
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