CN112001460A - 信号处理方法以及装置、rfid系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种信号处理方法以及装置、RFID系统,所述信号处理方法应用于RFID电子标签,包括:对数字基带信号进行编码处理,获得编码信号;对所述编码信号进行移相键控调制处理,获得第一调制信号;对所述第一调制信号进行正交频分复用调制处理,获得第二调制信号;将所述第二调制信号发送给RFID阅读器,由所述RFID阅读器对所述第二调制信号依次进行正交频分复用解调处理、移相键控解调处理以及解码处理。本发明提供的信号处理方法以及装置、RFID系统,可以使RFID系统能够更加有效地利用带宽,从而实现信号的高速传输,还可以显著降低信号传输的误码率。
Description
技术领域
本发明涉及射频识别技术领域,具体涉及一种信号处理方法以及装置、RFID系统。
背景技术
随着物联网技术的快速发展,RFID(射频识别,Radio FrequencyIdentification)技术作为物联网感知层的关键技术之一,越来越受到人们的重视。RFID系统包括电子标签、阅读器以及应用软件系统,其基本工作原理是:电子标签进入阅读器产生的磁场后,接收阅读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息,或者由电子标签主动发送某一频率的信号,阅读器读取信息并解码后,送至应用软件系统进行相关的数据处理。电子标签向阅读器传输信号通常采用负载调制的方式进行,负载调制是按照数据流的节拍对电子标签中振荡回路的电参数进行调节,使电子标签的阻抗大小和相位随之改变。负载调制主要有电阻负载调制和电容负载调制两种方式。
图1是电阻负载调制的电路图。在电阻负载调制中,调制电阻R1和控制开关S串联后与负载电阻R0并联,控制开关S的通断由二进制数据编码控制。当二进制数据编码为“1”时,控制开关S接通,电子标签的负载为调制电阻R1和负载电阻R0并联;当二进制数据编码为“0”时,控制开关S断开,电子标签的负载为调制电阻为R1。当控制开关S接通时,电子标签的负载较小。对于并联谐振,如果并联电阻较小,将降低品质因数。也就是说,当电子标签的负载较小时,品质因数将降低,这将使谐振回路两端的电压下降。因此,控制开关S接通或断开,会使谐振回路两端的电压发生变化。当谐振回路两端的电压发生变化时,由于电感耦合,这种变化会传递给阅读器,表现为阅读器的线圈两端的电压振幅发生变化,对阅读器进行电压调幅。
图2是电容负载调制的电路图。在电容负载调制中,调制电容C1和控制开关S串联后与负载电阻R0并联。由于接入了调制电容C1,谐振回路失谐,导致阅读器也失谐。控制开关S的接通和断开,使电子标签的谐振频率在两个频率之间转换。通过定性分析可知,调制电容C1的接入使电子标签的线圈两端的电压下降,阅读器的线圈两端的电压上升。电容负载调制的波形变化,与电阻负载调制的波形变化相似,但阅读器的线圈两端的电压不仅发生振幅的变化,也发生相位的变化。
随着数据的传播速度越来越快,电子标签的容量正在逐渐加大。上述两种负载调制方式虽然简单,但无法满足爆炸式的数据传输,不适用于高速信号的传播。
发明内容
本发明所要解决的是RFID系统现有的负载调制方式不适用于高速信号的传播的问题。
本发明通过下述技术方案实现:
一种信号处理方法,应用于RFID电子标签,包括:
对数字基带信号进行编码处理,获得编码信号;
对所述编码信号进行移相键控调制处理,获得第一调制信号;
对所述第一调制信号进行正交频分复用调制处理,获得第二调制信号;
将所述第二调制信号发送给RFID阅读器,由所述RFID阅读器对所述第二调制信号依次进行正交频分复用解调处理、移相键控解调处理以及解码处理。
可选的,所述对数字基带信号进行编码处理包括:
采用格雷码编码算法对所述数字基带信号进行编码处理。
可选的,所述对所述编码信号进行移相键控调制处理包括:
采用8移相键控调制算法对所述编码信号进行移相键控调制处理。
可选的,所述对所述第一调制信号进行正交频分复用调制处理包括:
为所述第一调制信号插入导频,获得第一串行信号;
对所述第一串行信号进行串并转换处理,获得N路第一并行信号,N为副载波的数量;
对所述N路第一并行信号进行快速离散傅立叶逆变换处理,获得N路第二并行信号;
对所述N路第二并行信号进行并串转换处理,获得第二串行信号;
为所述第二串行信号添加循环前缀,获得所述第二调制信号。
基于同样的发明构思,本发明还提供另一种信号处理方法,应用于RFID阅读器,包括:
从RFID电子标签接收射频信号,所述射频信号为所述RFID电子标签对数字基带信号依次进行编码处理、移相键控调制处理以及正交频分复用调制处理获得的信号;
对所述射频信号进行正交频分复用解调处理,获得第一解调信号;
对所述第一解调信号进行移相键控解调处理,获得第二解调信号;
对所述第二解调信号进行解码处理,获得所述数字基带信号。
可选的,所述对所述第一解调信号进行移相键控解调处理包括:
采用8移相键控解调算法对所述第一解调信号进行移相键控解调处理。
可选的,所述对所述第二解调信号进行解码处理包括:
采用格雷码解码算法对所述第二解调信号进行解码处理。
基于同样的发明构思,本发明还提供一种信号处理装置,应用于RFID电子标签,包括:
编码模块,用于对数字基带信号进行编码处理,获得编码信号;
移相键控调制模块,用于对所述编码信号进行移相键控调制处理,获得第一调制信号;
正交频分复用调制模块,用于对所述第一调制信号进行正交频分复用调制处理,获得第二调制信号;
发送模块,用于将所述第二调制信号发送给RFID阅读器,由所述RFID阅读器对所述第二调制信号依次进行正交频分复用解调处理、移相键控解调处理以及解码处理。
基于同样的发明构思,本发明还提供另一种信号处理装置,应用于RFID阅读器,包括:
接收模块,用于从RFID电子标签接收射频信号,所述射频信号为所述RFID电子标签对数字基带信号依次进行编码处理、移相键控调制处理以及正交频分复用调制处理获得的信号;
正交频分复用解调模块,用于对所述射频信号进行正交频分复用解调处理,获得第一解调信号;
移相键控解调模块,用于对所述第一解调信号进行移相键控解调处理,获得第二解调信号;
解码模块,用于对所述第二解调信号进行解码处理,获得所述数字基带信号。
基于同样的发明构思,本发明还提供一种RFID系统,包括RFID电子标签和RFID阅读器;
所述RFID电子标签对数字基带信号进行编码处理,获得编码信号;
所述RFID电子标签对所述编码信号进行移相键控调制处理,获得第一调制信号;
所述RFID电子标签对所述第一调制信号进行正交频分复用调制处理,获得第二调制信号;
所述RFID电子标签将所述第二调制信号发送给RFID阅读器;
所述RFID阅读器从所述RFID电子标签接收所述第二调制信号;
所述RFID阅读器对所述第二调制信号进行正交频分复用解调处理,获得第一解调信号;
所述RFID阅读器对所述第一解调信号进行移相键控解调处理,获得第二解调信号;
所述RFID阅读器对所述第二解调信号进行解码处理,获得所述数字基带信号。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
本发明提供的信号处理方法以及装置、RFID系统,在电子标签与阅读器的通信过程中使用新的调制方式,即对数字基带信号依次进行编码处理、移相键控调制处理以及正交频分复用调制处理。通过移相键控调制的调制方式,使得RFID系统能够更加有效地利用带宽,从而实现信号的高速传输。并且,随着传输速度的加快、RFID系统可能会有远距离传输或者在信道具有较大噪声的情况下传输,原本不需要注意的信道间干扰(ICI,InterChannel Interference)和符号间干扰(ISI,Inter Symbol Interference)将会影响到信号的传输,导致误码率升高。而通过编码处理和正交频分复用调制处理,可以有效抵挡信道间干扰与符号间干扰对信号传输造成的干扰,降低数据出错的可能性,因而本发明提供的信号处理方法以及装置、RFID系统还可以显著降低信号传输的误码率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1是现有的电阻负载调制的电路图;
图2是现有的电容负载调制的电路图;
图3为本发明一种实施例的信号处理方法的流程图;
图4为本发明实施例的8移相键控调制的示意图;
图5为本发明实施例的正交频分复用调制方法的流程图;
图6为本发明另一种实施例的信号处理方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
本发明实施例提供一种信号处理方法,应用于RFID电子标签。图3是所述信号处理方法的流程图,所述信号处理方法包括:
步骤S31,对数字基带信号进行编码处理,获得编码信号;
步骤S32,对所述编码信号进行移相键控调制处理,获得第一调制信号;
步骤S33,对所述第一调制信号进行正交频分复用调制处理,获得第二调制信号;
步骤S34,将所述第二调制信号发送给RFID阅读器。
具体地,所述数字基带信号是RFID电子标签需要发送给RFID阅读器的数据对应的信号,由RFID电子标签的控制电路产生。对所述数字基带信号进行编码处理是进行信道编码,信道编码可以提高数据传输的稳定性,克服无线信道的路径损耗、多径、以及阴影等问题。在本发明实施例中,采用格雷码编码算法对所述数字基带信号进行编码处理。当然,也可以采用RS编码算法、卷积码编码算法等其他编码算法对所述数字基带信号进行编码处理,本发明实施例对此不进行限定。
获得所述编码信号后,对所述编码信号进行移相键控(PSK,Phase Shift Keying)调制处理。在本发明实施例中,采用8移相键控(8PSK)调制算法对所述编码信号进行移相键控调制处理。图4为8移相键控调制的示意图,对于8移相键控调制,8个符号分别对应复数平面的8个相位。二进制信息被编码为8个符号,每个符号可以编码为3个比特位,能够极大地提高数据传输速率。
由于移相键控调制会产生较大的符号间干扰,因而获得所述第一调制信号后,对所述第一调制信号进行正交频分复用调制处理,以降低符号间干扰造成的影响。图5是对所述第一调制信号进行正交频分复用调制处理的流程图,对所述第一调制信号进行正交频分复用调制处理包括:
步骤S51,为所述第一调制信号插入导频,获得第一串行信号;
步骤S52,对所述第一串行信号进行串并转换处理,获得N路第一并行信号,N为副载波的数量;
步骤S53,对所述N路第一并行信号进行快速离散傅立叶逆变换处理,获得N路第二并行信号;
步骤S54,对所述N路第二并行信号进行并串转换处理,获得第二串行信号;
步骤S55,为所述第二串行信号添加循环前缀,获得所述第二调制信号。
由于信道噪声的随机性和信道多径的影响,为了恢复原始数据,在RFID阅读器中需要对信道进行估计,获得正交频分复用符号每个子载波上的绝对参考相位和幅值,以便准确无误地恢复原始数据。信道估计的准确性直接影响到整个正交频分复用调制的性能,在本发明实施例中,通过插入导频来估计信道信息。无线信道在随时间变化,信道对不同频率的信号影响不同,要知道信号实际幅度和相位,就需要求得信道对信号造成的幅度和相位变化。通过为所述第一调制信号插入导频,导频和需要发送给RFID阅读器的数据一起被发送至RFID阅读器。RFID阅读器通过对其接收的信号进行分析,就可以知道信号的幅度和相位变化。导频是已知的一串数据,为所述第一调制信号插入导频,就是将导频插入所述第一调制信号的几个特定频率处。在RFID阅读器中对这几个特定频率处的数据进行处理,可以由这几个位置的信道状况来推算整个信道的状况。需要说明的是,特定频率可以根据实际应用场景进行选取,只要使得导频的能量与需要发送给RFID阅读器的数据能量能够被有效地区别开即可。
由于无线信道中存在多径现象,一束信号从发送端经过多条路径到达接收端,多条路径由于距离不同会导致信号传播的时延不同。不同时延的信号叠加在一起,会导致码元间的相互干扰。为了解决由多径引起的码元间串扰问题,可以增加码元时间。当码元时间远远大于信道的时延时,码元间串扰对于码元判决的影响将大大减小,但随之而来的是使码元传输速度降低。为了有效地降低码元间串扰的影响,同时尽可能地减少对码元自身传输速率的影响,可以在每个正交频分复用符号之间插入保护问隔,该保护间隔长度通常大于无线信道的最大时延扩展,这样一个符号的多径分量就不会对下一个符号造成干扰。在本发明实施例中,为了不破坏子载波的正交性,采用循环前缀的方式来插入保护间隔,将正交频分复用符号的一部分移到符号之前进行发送。
需要说明的是,在正交频分复用调制过程中,符号周期、载波频率间距以及副载波个数,可根据实际应用场景来进行选择。根据通信系统的相关知识可知,符号周期的长短影响载波间距以及编码调制的延迟时间。若采用固定的数字调制,则符号周期越长,系统的抗干扰能力越强,但是所需的载波数量和运算规模也越大。
获得所述第二调制信号之后,将所述第二调制信号发送给RFID阅读器,由RFID阅读器对所述第二调制信号依次进行正交频分复用解调处理、移相键控解调处理以及解码处理。
本发明实施例提供的信号处理方法,在RFID电子标签与RFID阅读器的通信过程中使用新的调制方式,即对所述数字基带信号依次进行编码处理、移相键控调制处理以及正交频分复用调制处理。通过移相键控调制的调制方式,使得RFID系统能够更加有效地利用带宽,从而实现信号的高速传输。并且,随着传输速度的加快、RFID系统可能会有远距离传输或者在信道具有较大噪声的情况下传输,原本不需要注意的信道间干扰和符号间干扰将会影响到信号的传输,导致误码率升高。而通过编码处理和正交频分复用调制处理,可以有效抵挡信道间干扰与符号间干扰对信号传输造成的干扰,降低数据出错的可能性,因而本发明提供的信号处理方法还可以显著降低信号传输的误码率。
基于同样的发明构思,本发明实施例还提供一种信号处理方法,应用于RFID阅读器。图6是所述信号处理方法的流程图,所述信号处理方法包括:
步骤S61,从RFID电子标签接收射频信号;
步骤S62,对所述射频信号进行正交频分复用解调处理,获得第一解调信号;
步骤S63,对所述第一解调信号进行移相键控解调处理,获得第二解调信号;
步骤S64,对所述第二解调信号进行解码处理,获得所述数字基带信号。
具体地,所述射频信号为RFID电子标签对数字基带信号依次进行编码处理、移相键控调制处理以及正交频分复用调制处理获得的信号,即为前述实施例所描述的第二调制信号。
对所述射频信号进行正交频分复用解调处理,与前述实施例描述的对所述第一调制信号进行正交频分复用调制处理对应。在本发明实施例中,所述对所述射频信号进行正交频分复用解调处理包括:
去除所述射频信号中的循环前缀,获得第三串行信号;
对所述第三串行信号进行串并转换处理,获得N路第三并行信号;
对所述N路第三并行信号进行快速离散傅立叶变换处理,获得N路第四并行信号;
对所述N路第四并行信号进行并串转换处理,获得第四串行信号;
对所述第四串行信号进行信道估计,获得所述第一解调信号。
对所述第一解调信号进行移相键控解调处理,与前述实施例描述的对所述编码信号进行移相键控调制处理对应。在本发明实施例中,所述对所述第一解调信号进行移相键控解调处理包括:采用8移相键控解调算法对所述第一解调信号进行移相键控解调处理。
对所述第二解调信号进行解码处理,与前述实施例描述的对所述数字基带信号进行编码处理对应。在本发明实施例中,所述对所述第二解调信号进行解码处理包括:采用格雷码解码算法对所述第二解调信号进行解码处理。
基于同样的发明构思,本发明实施例还提供一种信号处理装置,应用于RFID电子标签,所述信号处理装置包括:
编码模块,用于对数字基带信号进行编码处理,获得编码信号;
移相键控调制模块,用于对所述编码信号进行移相键控调制处理,获得第一调制信号;
正交频分复用调制模块,用于对所述第一调制信号进行正交频分复用调制处理,获得第二调制信号;
发送模块,用于将所述第二调制信号发送给RFID阅读器,由所述RFID阅读器对所述第二调制信号依次进行正交频分复用解调处理、移相键控解调处理以及解码处理。
在一种可选实现方式中,所述编码模块采用格雷码编码算法对所述数字基带信号进行编码处理。
在一种可选实现方式中,所述移相键控调制模块采用8移相键控调制算法对所述编码信号进行移相键控调制处理。
在一种可选实现方式中,所述正交频分复用调制模块包括:
插入模块,用于为所述第一调制信号插入导频,获得第一串行信号;
第一串并转换模块,用于对所述第一串行信号进行串并转换处理,获得N路第一并行信号,N为副载波的数量;
快速离散傅立叶逆变换模块,用于对所述N路第一并行信号进行快速离散傅立叶逆变换处理,获得N路第二并行信号;
第一并串转换模块,用于对所述N路第二并行信号进行并串转换处理,获得第二串行信号;
前缀添加模块,用于为所述第二串行信号添加循环前缀,获得所述第二调制信号。
基于同样的发明构思,本发明实施例还提供另一种信号处理装置,应用于RFID阅读器,所述信号处理装置包括:
接收模块,用于从RFID电子标签接收射频信号,所述射频信号为所述RFID电子标签对数字基带信号依次进行编码处理、移相键控调制处理以及正交频分复用调制处理获得的信号;
正交频分复用解调模块,用于对所述射频信号进行正交频分复用解调处理,获得第一解调信号;
移相键控解调模块,用于对所述第一解调信号进行移相键控解调处理,获得第二解调信号;
解码模块,用于对所述第二解调信号进行解码处理,获得所述数字基带信号。
在一种可选实现方式中,所述正交频分复用解调模块包括:
去前缀模块,用于去除所述射频信号中的循环前缀,获得第三串行信号;
第二串并转换模块,用于对所述第三串行信号进行串并转换处理,获得N路第三并行信号;
快速离散傅立叶变换模块,用于对所述N路第三并行信号进行快速离散傅立叶变换处理,获得N路第四并行信号;
第二并串转换模块,用于对所述N路第四并行信号进行并串转换处理,获得第四串行信号;
信道估计模块,用于对所述第四串行信号进行信道估计,获得所述第一解调信号。
在一种可选实现方式中,所述移相键控解调模块采用8移相键控解调算法对所述第一解调信号进行移相键控解调处理。
在一种可选实现方式中,所述解码模块采用格雷码解码算法对所述第二解调信号进行解码处理。
基于同样的发明构思,本发明实施例还提供一种RFID系统,包括RFID电子标签和RFID阅读器;
所述RFID电子标签对数字基带信号进行编码处理,获得编码信号;
所述RFID电子标签对所述编码信号进行移相键控调制处理,获得第一调制信号;
所述RFID电子标签对所述第一调制信号进行正交频分复用调制处理,获得第二调制信号;
所述RFID电子标签将所述第二调制信号发送给RFID阅读器;
所述RFID阅读器从所述RFID电子标签接收所述第二调制信号;
所述RFID阅读器对所述第二调制信号进行正交频分复用解调处理,获得第一解调信号;
所述RFID阅读器对所述第一解调信号进行移相键控解调处理,获得第二解调信号;
所述RFID阅读器对所述第二解调信号进行解码处理,获得所述数字基带信号。
所述RFID阅读器和所述RFID电子标签执行操作的具体方式,已经在前述实施例中进行了详细描述,此处将不做详细阐述说明。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不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,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种信号处理方法,应用于RFID电子标签,其特征在于,包括:
对数字基带信号进行编码处理,获得编码信号;
对所述编码信号进行移相键控调制处理,获得第一调制信号;
对所述第一调制信号进行正交频分复用调制处理,获得第二调制信号;
将所述第二调制信号发送给RFID阅读器,由所述RFID阅读器对所述第二调制信号依次进行正交频分复用解调处理、移相键控解调处理以及解码处理。
2.根据权利要求1所述的信号处理方法,其特征在于,所述对数字基带信号进行编码处理包括:
采用格雷码编码算法对所述数字基带信号进行编码处理。
3.根据权利要求1所述的信号处理方法,其特征在于,所述对所述编码信号进行移相键控调制处理包括:
采用8移相键控调制算法对所述编码信号进行移相键控调制处理。
4.根据权利要求1所述的信号处理方法,其特征在于,所述对所述第一调制信号进行正交频分复用调制处理包括:
为所述第一调制信号插入导频,获得第一串行信号;
对所述第一串行信号进行串并转换处理,获得N路第一并行信号,N为副载波的数量;
对所述N路第一并行信号进行快速离散傅立叶逆变换处理,获得N路第二并行信号;
对所述N路第二并行信号进行并串转换处理,获得第二串行信号;
为所述第二串行信号添加循环前缀,获得所述第二调制信号。
5.一种信号处理方法,应用于RFID阅读器,其特征在于,包括:
从RFID电子标签接收射频信号,所述射频信号为所述RFID电子标签对数字基带信号依次进行编码处理、移相键控调制处理以及正交频分复用调制处理获得的信号;
对所述射频信号进行正交频分复用解调处理,获得第一解调信号;
对所述第一解调信号进行移相键控解调处理,获得第二解调信号;
对所述第二解调信号进行解码处理,获得所述数字基带信号。
6.根据权利要求5所述的信号处理方法,其特征在于,所述对所述第一解调信号进行移相键控解调处理包括:
采用8移相键控解调算法对所述第一解调信号进行移相键控解调处理。
7.根据权利要求5所述的信号处理方法,其特征在于,所述对所述第二解调信号进行解码处理包括:
采用格雷码解码算法对所述第二解调信号进行解码处理。
8.一种信号处理装置,应用于RFID电子标签,其特征在于,包括:
编码模块,用于对数字基带信号进行编码处理,获得编码信号;
移相键控调制模块,用于对所述编码信号进行移相键控调制处理,获得第一调制信号;
正交频分复用调制模块,用于对所述第一调制信号进行正交频分复用调制处理,获得第二调制信号;
发送模块,用于将所述第二调制信号发送给RFID阅读器,由所述RFID阅读器对所述第二调制信号依次进行正交频分复用解调处理、移相键控解调处理以及解码处理。
9.一种信号处理装置,应用于RFID阅读器,其特征在于,包括:
接收模块,用于从RFID电子标签接收射频信号,所述射频信号为所述RFID电子标签对数字基带信号依次进行编码处理、移相键控调制处理以及正交频分复用调制处理获得的信号;
正交频分复用解调模块,用于对所述射频信号进行正交频分复用解调处理,获得第一解调信号;
移相键控解调模块,用于对所述第一解调信号进行移相键控解调处理,获得第二解调信号;
解码模块,用于对所述第二解调信号进行解码处理,获得所述数字基带信号。
10.一种RFID系统,其特征在于,包括RFID电子标签和RFID阅读器;
所述RFID电子标签对数字基带信号进行编码处理,获得编码信号;
所述RFID电子标签对所述编码信号进行移相键控调制处理,获得第一调制信号;
所述RFID电子标签对所述第一调制信号进行正交频分复用调制处理,获得第二调制信号;
所述RFID电子标签将所述第二调制信号发送给RFID阅读器;
所述RFID阅读器从所述RFID电子标签接收所述第二调制信号;
所述RFID阅读器对所述第二调制信号进行正交频分复用解调处理,获得第一解调信号;
所述RFID阅读器对所述第一解调信号进行移相键控解调处理,获得第二解调信号;
所述RFID阅读器对所述第二解调信号进行解码处理,获得所述数字基带信号。
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