CN203708233U - 一种射频识别数据通信中新型解码器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种射频识别数据通信中新型解码器。现有的数据信号处理难以实现对多频率下的低延迟低功耗的数据信号进行高准确度解码。本实用新型采用了具有流水线结构的系数固定的多频率滤波器对接收信号进行处理，通过一阶微分器达到边沿检测效果，获取边沿信息，然后分别输入到峰值检测器和信号重构器，峰值检测器通过阀值选择器和累加器计数累加获得接收到的峰值的电压值，信号重构器用来将比较器输出的信号理想化地恢复出来。最后，信号选择器将峰值检测器得到的两路结果作比较并决定接收哪一路信号，输入到解码模块，进行解码处理。本实用新型实现了在较差环境下多频率的接收数据信号的低延迟高精准解码处理。

Description

一种射频识别数据通信中新型解码器

技术领域

本实用新型属于RFID技术领域，涉及一种支持EPC-C1G2协议的在射频识别数据通信中用于接收端数据信号的处理的新型解码器。

背景技术

UHF（Ultra High Frequency，超高频）射频标签识别技术是指工作在860～960MHz的射频识别技术，该技术具有可读距离长、阅读速度快、防碰撞能力强与作用范围广的特点，可广泛应用于物流管理、门禁、交通管理等领域。目前RFID技术已经在全球各地域形成各自的统一标准，这种标准化的发展将推动RFID技术走向更大规模的应用。

根据协议以及结合射频端情况，接收端数据信号具有以下特征：

（1）信号可以采用ASK调制形式；

（2）信号接收频率由系统设定，可以为多种频率；

（3）数据可以选择采用FM0编码或Miller编码；

（4）数据在编码后存在FM0或Miller前导码；

（5）射频端带来的其他干扰因素。

根据协议具体规定，标签返回给阅读器的信息可以为ASK调制方式，标签返回信号的频率与阅读器发送的前导码中的TRcal（Tag to Readercalibration）参数有关。具体关系如下：

LF=DR/TRcal

式中，LF（Link Frequency）表示标签返回的链接频率，DR（Divide Ratio）表示频率分频系数。随着DR、TRcal的变化，链路频率可从40Khz到640Khz变化。

数据的编码方面，标签可以根据阅读器的命令选择使用FM0或者Miller系列的编码方式，标签返回的信息同时附带前导码，依据阅读器发送的命令中的参数TRext可以有选择地附加前导码。具体如图2的FM0前导码以及图3的Miller系列前导码所示。

在无线通信系统中，传输信号总是会受到很多外界信号的干扰，由于标签是通过反向散射阅读器提供的连续载波的方式将信息回传，所以该信号的能量大小受到空间电磁波、标签与阅读器之间的距离以及其他一些因素影响，考虑到发射端与接收端的信号隔离，设计中采用环形器进行隔离，由于环行器的特性，会对接收信号存在较强的干扰。

总之，采用简单的低通滤波和解调解码难以实现对多频率下的低延迟低功耗的数据信号进行高准确度解码。

发明内容

本实用新型的目的就是针对现有技术的不足，提供涉及一种支持EPC-C1G2协议的射频识别数据通信中接收端数据信号处理的新型解码器。

本实用新型包括两路信号预处理模块、信号选择器和解码模块。两路信号预处理模块中的一路输入I信号，另一路输入Q信号，两路信号预处理模块结构相同，均包括低通滤波器、微分器、峰值检测器和信号重构器，经低通滤波器滤波后的信号送入微分器，微分器的输出分成两路，其中一路输入至峰值检测器，另一路输入至信号重构器，峰值检测器和信号重构器的输出均连接至信号选择器；信号选择器输出连接至解码模块。

本实用新型的有益效果：本实用新型采用具有流水线结构的系数固定的多频率滤波器对接收的数据信号进行滤波处理，此设计降低了设计复杂度，有效的减低了数据处理中的延迟，并节约资源的消耗，同时能够处理多频率的接收信号。此新型解码器满足了对于时延的要求，针对较差环境中射频电路返回信号的失真，也能够进行准确的数据解码。解决了采用简单的低通滤波和解调解码难以实现对多频率下的低延迟低消耗的数据信号进行高准确度解码的难题。

附图说明

图1为新型解码器设计整体框图；

图2为FM0编码数据的前导码示意图；

图3为Miller编码数据的前导码示意图；

图4为一阶微分器结构图；

图5为峰值检测器结构图；

图6为信号重构器结构图；

图7为信号重构器输入输出波形图；

图8为N为奇数时对称结构的FIR滤波器；

图9为使用流水线结构的滤波器；

图10为一阶微分器的频率响应；

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示为新型解码器设计的整体结构框图，LPF完成对输入信号的低通滤波。本实用新型采用自行设计的具有流水线结构的系数固定的多频率低通滤波器。滤波器采用FIR数字滤波器的设计方法实现，设计的滤波器具有线性相位，而对线性相位滤波器而言它的权值是对称的，因此设计中可以通过减少权值乘法链路而减少硬件的面积开支。利用对称的滤波器结构，可以得到滤波器结构如图8。其中，该滤波器的输入输出关系为：

y(n)＝x(n)h(0)+x(n-1)h(1)+...+x(n-16)h(16)

式中,h(0),h(1),…,h(16)是17个滤波器系数。加法器与乘法器可以使用流水线结构设计，从而减少关键路径延时，添加流水线后的加法器与乘法器结构如图9所示（其中，虚线即为添加的寄存器位置）。滤波器系数的设计，为了减少资源的消耗以及满足系统传输协议的需求等。采样频率Fs的设定不能过大，需要与滤波器的阶数N以及输入滤波器的信号的频率Fs联合考虑，一个比较好的参考关系如下：

$4N\left(\frac{1}{\mathrm{Fs}}\right)>\frac{1}{\mathrm{Fsig}}$

Fsig是输入的信号频率。本实用新型使用一种特定的Q值量化法，首先确定Q值，假设需要转换的最大值为|max|，需要取一个整数，使之满足：

2^n-1<|max|<2ⁿ

n为整数。进一步则有：

2^-Q=2^-15×2ⁿ=2^-(15-n)

其中2^-15考虑到设定的系数宽度为16位，将|max|用滤波器的系数中绝对值最大的系数代替可得n，因此有Q，从而可得到量化后的系数。

本实用新型设计的解码部分由预处理模块与解码模块两部分组成。预处理模块接收两路经LPF后的I/Q信号，同时送入微分器，微分器在此处相当于一个高通滤波器，接收到的信号每一路都分两路分别进入信号重构器和峰值检测器。信号的重构用来将微分器出来的信号重新构成一个信号，而峰值检测器则计数并累加接收到的峰值的电压值。然后，在信号选择器中通过对峰值检测器的结果作比较并决定接收哪一路信号，最后将选择后的信号输入到解码模块。

微分器的设计，使用微分器有效地处理了直流偏移的问题，同时带来的延迟很小，使用的硬件资源也比较少。图4是微分器的结构图，图4中，REG表示移位寄存器组，该微分器的频率响应函数如下：

$\frac{y\left(k\right)}{x\left(k\right)}=1-z^{-1}$

该响应函数的频率响应图10所示，从图中可以看到，一阶微分器的频率响应可以抑制低频信号，在功能上类似高通滤波器。在实际设计高通滤波器时会耗费大量资源同时带来一定的延迟，即使添加流水线也额外带来流水线的延迟，而利用这种结构能够有效减少硬件的开支而完成接收端的需求。在使用微分器中的关键是选择好采样频率，其与信号传输的速率密切相关。

峰值检测器能够自适应地将微分器输出的脉冲从噪声检测出来，并且取一定数量的脉冲，累加其幅值大小，最终将累加结果输出给信号选择器。其具体结构如图5所示，图中，阈值选择器用于将脉冲从一阶微分器的输出中分离出来。这个阈值是从平稳段（没有脉冲的数据段）的数据中提取出来的。具体方法是，阈值选择器先在无脉冲段采集了大约N个数据并计算其平均值。假设这N个数据计算出来的平均值就是噪声的功率谱密度，那么可以利用这个数据来决定阈值的大小。累加器的功能是将经过阈值输出的数据累加，用于后面I/Q路径选择的判断标准。该累加器加入了流水线的结构，因而不会限制接收端的运行速度，同时加大了系统的吞吐量。

信号重构器能有效地降低解码器的压力，因为信号重构器会将接收到的信号理想化地恢复出来，其结构如图6所示，由比较器和重构部分组成。具体的做法是，将微分器的输出输入到比较器中，比较器在功能上类似于模拟电路中的施密特触发器，即在数据大于N一定阈值的数据作为上升沿的判断,而小于N一定阈值的数据作为下降沿的判断。除此之外，为了降低延时，在此处将同步信号给出，以便于后续解码操作，具体的输入与输出波形如图7。

信号选择器能利用两路峰值检测器的结果选择相对较好的一路信号输出。该选择器的输入的判断信号即峰值检测器中累加器的输出。通过简单的对比，信号选择器即可获得I/Q两路信号大小从而给出判决结果。

将信号选择器选择后的I/Q数据，输入给解码模块，解码包括帧头、帧尾检测模块、同步解码模块以及CRC校验模块，完成整个接收端信号的解码过程。

Claims (1)

1. 一种射频识别数据通信中新型解码器，包括两路信号预处理模块、信号选择器和解码模块；

两路信号预处理模块中的一路输入I信号，另一路输入Q信号，两路信号预处理模块结构相同，均包括低通滤波器、微分器、峰值检测器和信号重构器，经低通滤波器滤波后的信号送入微分器，微分器的输出分成两路，其中一路输入至峰值检测器，另一路输入至信号重构器，峰值检测器和信号重构器的输出均连接至信号选择器；信号选择器输出连接至解码模块。