CN1318992C - 以循环移位方式实现的多址接入、防碰撞方法 - Google Patents

Abstract

以循环移位方式实现的多址接入、防碰撞方法是一种可以应用于射频识别的射频卡多址接入方案，本发明的基本思想是：发送端生成1024bit(或者其他长度)的Gold序列，并使用二相键控(BPSK)或幅值键控(ASK)等其他调制方式将信号调制发送。接收端将信号解调之后以2倍的Gold序列发送速率进行采样，假设采样分辨率为12bit，并将采样值压入一个2×1024×12bit的采样数据存储队列。该方法的复杂度、成本开销保持在允许的范围内，防碰撞性能大大提高。

Description

以循环移位方式实现的多址接入、防碰撞方法

技术领域

本发明专利是一种可以应用于射频识别的射频卡多址接入方案，属于通讯技术与电子技术中的射频识别技术领域。

背景技术

在射频识别技术的发展过程中，防碰撞技术是信号识别与处理的关键技术之一。当在读写器的天线区域中有多个射频卡到达时，它们几乎同时发送信号，产生信道争用，信号互相干扰，即发生了碰撞。这种情况在超市的售货系统中，多个带有RFID标识的商品被同一个读取设备同时读取时很常见。防碰撞技术设计的优劣很大程度上决定了射频识别(RFID)系统性能。

通常的防碰撞技术利用排队论及抗噪声技术解决碰撞问题，主要是通过规避和检索的算法来实现。采用这类方法虽然能够使得系统的设计简单、成本低且易于修改，但响应时间相对较长，在同时需要被读取的卡的数目比较大时读取过程的实时性难以保证。例如在远距离读取移动通过的集装箱内的所有带有RFID标识物品时，由于物品的数目可能很大，而读取的时间有限，要求必须在货车集装箱通过时间内完成所有物品的标识读取。在这样的情况下，传统的单纯的通过规避或者检索算法的RFID防碰撞方法就不满足要求。此外，也有的系统采用硬件实现采用时分多址接入(TDMA)、频分多址接入(FDMA)等多址识别技术，虽然可以有较小的时延，但是系统复杂性和成本有很大程度的增加。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种以循环移位方式实现的多址接入、防碰撞方法，该方法的复杂度、成本开销保持在允许的范围内，防碰撞性能大大提高。

技术方案：本发明的基本思想是：发送端生成1024bit(或者其他长度)的Gold序列，并使用二相键控(BPSK)或幅值键控(ASK)等其他调制方式将信号调制发送。接收端将信号解调之后以2倍的Gold序列发送速率进行采样，(假设采样分辨率为12bit)并将采样值压入一个2×1024×12bit的采样数据存储队列。

读卡接收端(Reader)将接收到并解调的信号，依次与接收端的本地Gold序列发生器所产生1024bit的Gold序列进行相关运算，并根据计算结果进行判决是否存在某个Gold序列所对应的发送端，即为射频识别号。

由于受到实现成本限制，歌德码的长度有限，本发明采用通常不超过10比特的歌德码序列，所以标识的总体个数是有限的。但是可以采用与传统的基于规避或者检索的方法相结合的方法，将射频识别的标识号码(ID)分成前后两段，以本发明所提出的以循环移位方式实现的多址接入防碰撞方法实现RFID前段ID号的读取，对于读取范围内的大量的RFID进行分类，在此基础上再采用传统的规避或者检索的方法对于具有相同的前段ID号的标识进行后段ID的读取，可以读取很大范围内的RFID标签，同时具有较高的实时性。

本发明的以循环移位方式实现的多址接入、防碰撞方法为：

1)读取设备以200毫秒间隔向标识发送一段433MHz的未调制载波，持续时间为100ms以上，大于标识上传1024比特歌德码序列的时间；

2)标识在收到读取设备所发载波后被唤醒，并将所收到的载波倍频后为参考产生本地载波，以此将自身对应的歌德码调制并发送，这样，所有标识采用相同频率调制歌德码；

3)标识内部控制和歌德序列发生部分，标识包含载波恢复电路将接收的载波经过无源的声表滤波利用开环放大整形成为同频/幅值相同的方波然后使用倍频、锁相成为标识的发射载波，这个载波频率为接收频率的2倍；

4)标识将接收到的载波进行检波放大，A/D转换后得到与距离平方成反比的信息，以此控制双极性电平的幅值，从而控制上传信号的增益；

5)读取设备端包含发射天线与接收天线、放大、下变频解调、A/D采样、移位存储队列、歌德码发生逻辑和移位累加逻辑单元；

6)读取设备中，歌德码用一对优选的周期和速率均相同的M序列模二加后得到，(注：“M序列”是一种国际规定的随机序列名称。)M序列发生器的级数相同，如果两个M序列相对相移不同，所得到的是不同的歌德码序列；对n级M序列，(其中n为M序列的级数，从实现复杂度和能够产生的序列个数两方面均衡考虑，我们这里取7～10)，共有2^n-1个不同相位，所以通过模二加后可得到2^n-1个歌德码序列，这些码序列的周期均为2^n-1；采用每次将歌德码发生逻辑的其中一个M序列发生器初始值进行不同的设置来获得不同的歌德码，歌德码用循环移位结构实现。根据应用需要，只取与射频识别前段标识号数目相对应数目的歌德码；

7)采样分辨率为12bit，接收端将信号解调之后以2倍的歌德序列发送速率进行采样，并将采样值压入一个2×1024×12bit的采样数据存储队列，同时，接收端有一个本地歌德序列发生器，产生1024bit的歌德序列，当采样数据存储队列每移入2个采样值，歌德序列发生器将依次生成N个待分辨的歌德序列，并分别扩展为2048bit，各自与采样数据存储队列一一对应的相乘并累加，这就完成了每个序列与信号相关运算的一个基本单元步骤，当采样信号移入2048个值后，一共可以得到N个长度为1024的相关运算结果，与N个歌德序列相对应；

8)进行判决是否存在某个歌德序列所对应的标识端，与射频识别前段标识号相对应；

9)在分析出射频识别的前段标识号后，再利用规避或者检索的方法，逐一识别出相同前段标识的标签各自的后段标识号，从而得到完整的射频识别标识号。

有益效果：

1、实现RFID标识的同时读取，比传统的基于分时处理的防碰撞机制减少了读取时间。

2、能够与传统的规避或者检索的方法相结合，在本发明的基础之上使用规避或者检索的方法，实现大量的RFID标识的快速读取。

3、由于本发明采用了循环移位的原理产生歌德码序列和进行相关计算，使得读取设备的资源消耗减少，降低了读取设备的成本。

4、采用国内外主流的芯片技术，制造复杂度降低。

5、使用循环移位的原理产生歌德码(Gold)序列和相关计算，使得接收端资料消耗降低。

6、提供了多个卡(Tag)之间同时接入、避免碰撞的功能。

附图说明

图1是发送端实现结构示意图。

图2是接收端实现结构示意图。

图3是接收端Gold码生成实现结构示意图。

具体实现方式

1、读取设备以200毫秒(ms)间隔向标识发送一段433MHz的未调制载波，持续时间为100ms以上，大于标识上传1024比特bit歌德码(Gold)序列的时间。

2、标识在收到读取设备所发载波后被唤醒，并将所收到的载波倍频后为参考产生本地载波，以此将自身对应的Gold码调制并发送。这样，所有标识采用相同频率调制Gold码。

3、标识内部控制和Gold序列发生部分，使用超低功耗单片机，美国德州仪器公司(TI)16位MSP430系列，在工作频率1MHz状态下，其功耗电流为160μA，工作电压2.2V，带有8bit数模转换电路。标识包含载波恢复电路将接收的载波经过无源的声表滤波利用开环放大整形成为同频/幅值相同的方波然后使用倍频、锁相成为标识的发射载波，这个载波频率为接收频率的2倍。

4、标识将接收到的载波进行检波放大，A/D转换后得到与距离平方成反比的信息。以此控制双极性电平的幅值，从而控制上传信号的增益。

5、读取设备端包含发射天线与接收天线、放大、下变频解调、A/D采样(20KHz Sample/s，12bits)、移位存储队列(长度2046，12bits)、Gold码发生逻辑和移位累加(相关运算)逻辑单元。

6、读取设备中，Gold码用一对优选的周期和速率均相同的M序列模二加后得到。M序列发生器的级数相同。如果两个M序列相对相移不同，所得到的是不同的Gold码序列。对n级M序列，共有(2^n-1)个不同相位，所以通过模二加后可得到(2^n-1)个Gold码序列，这些码序列的周期均为(2^n-1)。这里，本发明采用每次将Gold码发生逻辑的其中一个M序列发生器初始值进行不同的设置来获得不同的Gold码。本发明的Gold码生成结构采用附图三的结构。根据应用需要，本发明只取与RFID前段ID数目相对应数目的Gold码。

7、接收端将信号解调之后以2倍的Gold序列发送速率进行采样，(假设采样分辨率为12bit)并将采样值压入一个2×1024×12bit的采样数据存储队列。同时，接收端有一个本地Gold序列发生器，产生1024bit的Gold序列。当采样数据存储队列每移入2个采样值，Gold序列发生器将依次生成N个(待分辨的)Gold序列，并分别扩展为2048bit，各自与采样数据存储队列一一对应的相乘并累加，这就完成了每个序列与信号相关运算的一个基本单元步骤。当采样信号移入2048个值后，一共可以得到N个长度为1024的相关运算结果，与N个Gold序列相对应。

8、据此，进行判决是否存在某个Gold序列所对应的标识端(射频识别前段ID)。

9、本发明中，接收端FPGA采用Altera公司的EP1K50QC208，具体实施也可采用别的公司类似产品。

10、在分析出射频识别的前段ID后，可以利用规避或者检索的方法，逐一识别出相同前端ID标识各自的后段ID，从而得到完整的射频识别ID。

Claims (1)

1.一种以循环移位方式实现的多址接入、防碰撞方法，其特征在于实现方法为：

1)读取设备以200毫秒间隔向标识发送一段433MHz的未调制载波，持续时间为100ms以上，大于标识上传1024比特歌德码序列的时间；

2)标识在收到读取设备所发载波后被唤醒，并将所收到的载波倍频后为参考产生本地载波，以此将自身对应的歌德码调制并发送，这样，所有标识采用相同频率调制歌德码；

3)标识内部控制和歌德序列发生部分，标识包含载波恢复电路，将接收的载波经过无源的声表滤波利用开环放大整形，成为同频/幅值相同的方波，然后使用倍频、锁相成为标识的发射载波，这个载波频率为接收频率的2倍；

4)标识将接收到的载波进行检波放大，A/D转换后得到与距离平方成反比的信息，以此控制双极性电平的幅值，从而控制上传信号的增益；

5)读取设备端包含发射天线与接收天线、放大、下变频解调、A/D采样、移位存储队列、歌德码发生逻辑和移位累加逻辑单元；

6)读取设备中，歌德码用一对优选的周期和速率均相同的M序列模二加后得到，M序列发生器的级数相同，如果两个M序列相对相移不同，所得到的是不同的歌德码序列；对n级M序列，共有2^n-1个不同相位，所以通过模二加后可得到2^n-1个歌德码序列，这些码序列的周期均为2^n-1；采用每次将歌德码发生逻辑的其中一个M序列发生器初始值进行不同的设置来获得不同的歌德码，歌德码用循环移位结构实现，根据应用需要，只取与射频识别前段标识号数目相对应数目的歌德码；

7)采样分辨率为12bit，接收端将信号解调之后以2倍的歌德序列发送速率进行采样，并将采样值压入一个2×1024×12bit的采样数据存储队列，同时，接收端有一个本地歌德序列发生器，产生1024bit的歌德序列，当采样数据存储队列每移入2个采样值，歌德序列发生器将依次生成N个待分辨的歌德序列，并分别扩展为2048bit，各自与采样数据存储队列一一对应的相乘并累加，这就完成了每个序列与信号相关运算的一个基本单元步骤，当采样信号移入2048个值后，一共可以得到N个长度为1024的相关运算结果，与N个歌德序列相对应；

8)进行判决是否存在某个歌德序列所对应的标识端，与射频识别前段标识号相对应；

9)在分析出射频识别的前段标识号后，再利用规避或者检索的方法，逐一识别出相同前段标识的标签各自的后段标识号，从而得到完整的射频识别标识号。

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