CN207399200U - 一种无线射频识别rfid系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无线射频识别RFID系统，包括发射机、接收机、载波对消电路和相位补偿器，其中，所述载波对消电路，分别与所述发射机和所述接收机相连接，用于生成相应的对消信号对来自所述发射机的自干扰信号进行消除；所述相位补偿器，至少与所述载波对消电路相连接，用于按照预设隔离度对所述对消信号进行补偿。上述所述的RFID系统，用于解决现有RFID读写设备使用性能较差的技术问题，提高了RFID读写设备的使用性能。

Description

一种无线射频识别RFID系统

技术领域

本实用新型涉及无线射频识别技术领域，特别涉及一种无线射频识别RFID系统。

背景技术

射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)是一种非接触式的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合传输特性自动识别目标对象并获取相关信息，实现自动识别。

对于RFID系统简单而言，由标签(Tag)、RFID读写设备(Reader)以及应用软件平台构成。标签和RFID读写设备是RFID系统的硬件基础，其工作原理为：(1)RFID读写设备发射电磁波给标签，对标签进行指令控制、信息写入读出操作；(2)标签一方面接收RFID读写设备发射来的电磁波信号，另一方面，对于无源标签而言，利用RFID读写设备发射来的电磁波转化为直流电源电压，作为标签的工作电源；(3)标签将RFID读写设备发射的电磁波通过背向散射机制将标签的信息返回RFID读写设备。可见，RFID读写设备，其性能对RFID系统至关重要。

在无源RFID系统中，标签自身是不储存能量的，其启动和工作所需的能量需要从读写设备提供的持续的载波中获取，标签通过调制反射将信息回传至读写设备，因此，读写设备接收标签的信号的同时还需要保持载波的发射。受限于实际射频电路的收发隔离度、端口匹配情况等等，读写设备持续发射的前向射频载波会泄露到读写设备反向接收信号中，并且泄露的载波信号比接收的信号大很多，这种干扰称为自干扰。

目前读写设备有手持RFID读写设备和非手持RFID读写设备两种。其中，在非手持RFID读写设备应用中，天线与读写设备使用较长的馈线连接时，读写设备的识读距离(灵敏度)会出现明显的下降。

为此，在现有技术中，常采用以下方案来提高读写设备的识读距离。第一方法，提高读写设备的本振相噪。第二种方法，限制馈线长度。对于第一种方法来说，设计成本以及功耗都比较高。对于第二种方法来说，读写设备安装布置场景十分有限。

可见，现有RFID读写设备使用性能较差的技术问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种无线射频识别RFID系统，用于解决现有RFID读写设备使用性能较差的技术问题，提高了RFID读写设备的使用性能。

本申请实施例提供了一种无线射频识别RFID系统，包括发射机、接收机、载波对消电路和相位补偿器，其中，

所述载波对消电路，分别与所述发射机和所述接收机相连接，用于生成相应的对消信号对来自所述发射机的自干扰信号进行消除；

所述相位补偿器，至少与所述载波对消电路相连接，用于按照预设隔离度对所述对消信号进行补偿。

可选地，所述相位补偿器具体为负相位补偿器，设置在所述接收机的射频前端，用于产生负相移，调整所述对消信号的相位，以使所述负相位补偿器按照所述预设隔离度对所述对消信号进行补偿。

可选地，所述相位补偿器具体为正相位补偿器，分别与所述发射机和所述载波对消电路相连接，用于产生正相移，调整所述对消信号的相位，以使所述正相位补偿器按照所述预设隔离度对所述对消信号进行补偿。

可选地，所述相位补偿器包括负相位补偿器和正相位补偿器，其中，所述负相位补偿器设置在所述接收机的射频前端，用于产生负相移，所述正相位补偿器分别与所述发射机和所述载波对消电路相连接，用于产生正相移；通过所述负相移和所述正相移调整所述对消信号的相位，以使所述负相位补偿器和所述正相位补偿器按照所述预设隔离度对所述对消信号进行补偿。

可选地，所述载波对消电路包括：

耦合器，用于耦合来自于所述发射机的发射信号中的一部分信号用于自干扰载波对消；

自干扰信号生成器，与所述耦合器连接，基于所述一部分信号生成与所述自干扰信号对应的所述对消信号；

第一合路器，分别与所述自干扰信号生成器和所述接收机相连接，用于将所述自干扰信号和所述对消信号合路，消除所述自干扰信号。

可选地，所述自干扰信号生成器包括：

90度电桥，与所述耦合器相连，用于将所述耦合器耦合的一部分信号分解成幅度相同的两路信号，一路为基准相位的I路信号，另一路为正交的Q路信号；

可调衰减器，与所述90度电桥相连，用于调节所述I路信号和所述Q路信号的功率衰减；

单转差分器，与所述可调衰减器相连，用于将所述I路信号分解成相位差为180度的两路信号，且用于将所述Q路信号分解成相位差为180度的两路信号；

单刀双掷开关，与所述单转差分器相连，分别从所述I路信号的相位差为180度的两路信号中确定出第一路信号，从所述Q路信号的相位差为180度的两路信号中确定出第二路信号；

第二合路器，与所述单刀双掷开关相连，用于将所述第一路信号和所述第二路信号合路，生成所述对消信号。

本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

在本申请实施例的技术方案中，提供了一种无线射频识别RFID系统，包括发射机、接收机、载波对消电路和相位补偿器，其中，所述载波对消电路，分别与所述发射机和所述接收机相连接，用于生成相应的对消信号对来自所述发射机的自干扰信号进行消除；所述相位补偿器，至少与所述载波对消电路相连接，用于按照预设隔离度对所述对消信号进行补偿。也就是说，采用至少与载波对消电路相连接的相位补偿器，按照预设隔离度对载波对消电路生成的对消信号进行补偿，进而通过补偿后的对消信号对来自于发射机的自干扰信号进行消除，从而解决了现有RFID读写设备使用性能较差的技术问题，提高了RFID读写设备的使用性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例。

图1为本申请实施例中提供的一种无线射频识别RFID系统的结构示意图；

图2为在两条信号路径长度差值Δl＝1m，中心频率920MHz处自干扰信号对消最优时的频率响应图；

图3为带宽B分别为640KHz，1000KHz，2000KHz时，两条信号路径长度差值Δl对带宽的对消性能示意图；

图4为本申请实施例中提供的一种无线射频识别RFID系统在相位补偿器40为负相位补偿器时的结构示意图；

图5为本申请实施例中提供的一种无线射频识别RFID系统中负相位补偿器为LC并联谐振器所对应的结构示意图；

图6为本申请实施例中提供的一种无线射频识别RFID系统在相位补偿器40为正相位补偿器时的结构示意图；

图7为本申请实施例中提供的一种无线射频识别RFID系统在相位补偿器40包括负相位补偿器和正相位补偿器时的结构示意图；

图8为本申请实施例中提供的一种无线射频识别RFID系统中载波对消电路30的结构示意图；

图9为本申请实施例中提供的一种无线射频识别RFID系统中自干扰信号生成器60的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型实施例提供一种无线射频识别RFID系统，用于解决现有RFID读写设备使用性能较差的技术问题，提高了RFID读写设备的使用性能。

本申请实施例中的技术方案为解决上述的技术问题，总体思路如下：

一种无线射频识别RFID系统，包括发射机、接收机、载波对消电路和相位补偿器，其中，

所述载波对消电路，分别与所述发射机和所述接收机相连接，用于生成相应的对消信号对来自所述发射机的自干扰信号进行消除；

所述相位补偿器，至少与所述载波对消电路相连接，用于按照预设隔离度对所述对消信号进行补偿。

在本申请实施例的技术方案中，提供了一种无线射频识别RFID系统，包括发射机、接收机、载波对消电路和相位补偿器，其中，所述载波对消电路，分别与所述发射机和所述接收机相连接，用于生成相应的对消信号对来自所述发射机的自干扰信号进行消除；所述相位补偿器，至少与所述载波对消电路相连接，用于按照预设隔离度对所述对消信号进行补偿。也就是说，采用至少与载波对消电路相连接的相位补偿器，按照预设隔离度对载波对消电路生成的对消信号进行补偿，进而通过补偿后的对消信号对来自于发射机的自干扰信号进行消除，从而解决了现有RFID读写设备使用性能较差的技术问题，提高了RFID读写设备的使用性能。

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本实用新型技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本实用新型技术方案的详细的说明，而不是对本实用新型技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。

实施例

请参考图1，本申请实施例提供了一种无线射频识别RFID系统，包括发射机10、接收机20、载波对消电路30和相位补偿器40，其中，

载波对消电路30，分别与发射机10和接收机20相连接，用于对接收机20的接收信号进行测量，检测出所述接收信号中来自于发射机10的自干扰信号，并生成相应的对消信号对所述自干扰信号进行消除；

相位补偿器40，至少与载波对消电路30相连接，用于按照预设隔离度对所述对消信号进行补偿。

在详细介绍本实用新型提供的无线射频识别RFID系统之前，对连接读写设备和天线的馈线长度与对消带宽间的影响进行以下解释说明。

举个具体的例子来说，发射功率30dBm耦合器隔离度35dB，天线回损15dB，那么由发射直接漏到接收链路的功率是30dBm-35dB＝-5dBm，由天线发射漏到接收链路的功率是30dBm-15dB-10dB＝5dBm，比泄露功率大10dB，则天线发射占主导。

在本实用新型中，载波对消电路30选用IQ正交对消法。其中，发射机10和接收机20之间的载波对消电路30的冲击响应为：

h(t)＝A·δ(t)*p(t)+B·δ(t-Δτ)

其中，δ(t)是冲激函数，Δτ两条信号路径的传输时延(其中一条信号路径为发射机10发射到接收链路，另一条信号路径为天线发射到接收链路)，天线馈线越长，时延越大，τ₁为发射机10发射到接收链路的信号路径对应的传输时延，τ₂为天线发射到接收链路的信号路径对应的传输时延，Δl为两条信号路径的长度差值，C₀为电磁波的传播速度，p(t)是向量调制的冲激响应，A＝-B＝1(表明A与B同幅反向)，cos(α)是同向分量的幅值，sin(α)是正交分量的幅值，是希尔伯特变化的冲激响应，α为所述对消信号的相位角。

化解并做傅里叶变换，可得：

其中，H为系统频率响应，j为虚部，ω为角频率，假设Δl＝1m，那么要使中心频率920MHz处对消结果最佳，则α＝-12.96°，如图2所示，中心频率920MHz处自干扰对消最优时的频率响应图。

对于点频信号而言，根据表达式不论Δl取多长，理论上总能找到合适的α，实现无穷大的对消隔离度。但是，由于本振的总是存在相噪问题，因此，无法获得并发射点频信号，总是会存在一定的带宽。

定义带宽：B＝f_u-f_l＝2·(f_u-f₀)＝2·(f₀-f_l)

注意这里的字母B所表征的含义与冲击响应中所提及的字母B，二者间的含义是完全不同的。定义D是对消电路要求达到的对消抑制(理想情况下为零)，单位dB，那么要使在整个带宽B内都满足对消抑制D的要求，则需要满足下式：

最大对消抑制频点位于f_o，满足下式：

结合上述两式，可以化解得到下式：

如图3所示，当带宽B分别为640KHz，1000KHz，2000KHz时，加大Δl对带宽的对消性能示意图。基于上述分析可见，加大Δl会恶化带宽的对消性能，当读写设备与天线的馈线选用比较长时，恶化效应将非常明显。

举个具体的例子来说，取Δl＝10m，仍如图3所示，对消链路在偏移中心频率320KHz(B＝640KHz)的对消性能是23.5dB。假设由本振在320KHz处的相噪是-75dBc/Hz，频偏320KHz处取100Hz带宽，那么对应相噪是[-75+10lg(100)]dBc＝-55dBc。假设对消信号功率5dBm，那么频偏320KHz处功率-50dBm(取100Hz带宽)，对消后功率-50dBm-23.5dB＝-73.5dBm。假设解调需信噪比12dB，接收机噪声系数5dB，那么标签信号小于-73.5dBm+12dB+5dB＝-56.5dBm时将无法解调，也就是读写设备接收灵敏度将恶化至-56.5dBm。

基于上述的理论分析可知，馈线长度较长时将降低对带宽的对消性能，因此，通过本实用新型提供了一种如图1所示无线射频识别RFID系统，来保证发射机10与接收机20之间的隔离度，进而提高长馈线下对带宽的对消性能，同时提高读写设备的接收灵敏度。

在具体实施过程中，可以通过设计以下三种方式的相位补偿器40来提高长馈线下自干扰信号与对消信号间的对消性能，但又不仅限于以下三种方式。

第一种方式

在第一种方式下，相位补偿器40具体为负相位补偿器，设置在接收机20的射频前端，如图4所示，用于产生负相移，调整所述对消信号的相位，以使所述负相位补偿器按照所述预设隔离度对所述对消信号进行补偿。具体来讲，在天线发射到接收链路上将产生-Δτ₂的负相移，此时，两条信号路径的传输时延将从Δτ减少为Δτ-Δτ₂，对所述对消信号的相位进行了调整，从而减少了两条信号路径间的差距，相当于减小了Δl，同时提高了发射机10和接收机20之间的隔离度，提高长馈线下对带宽的对消性能。

在具体实施过程中，所述负相位补偿器具体可以是LC并联谐振器，结构如图5所示。其中，在谐振中心频点f₀不产生相移，频率高于f₀时，谐振器产生负相移，低于f₀时谐振器产生正相移，因此，在中心频点f₀两侧具有负相位补偿的作用。此外，本领域的技术人员在具体实施过程中，可以根据馈线的实际长度来控制所述负相位补偿器所产生的负相移的数值大小，进而保证发射机10和接收机20之间的隔离度需求。当然，本领域的技术人员还可以根据需要来使用其他形式的负相位补偿器来产生负相移，从而调整所述对消信号的相位，在此就不一一举例说明了。

第二种方式

在第二种方式下，相位补偿器40具体为正相位补偿器，分别与发射机10和载波对消电路30相连接，如图6所示，用于产生正相移，调整所述对消信号的相位，以使所述正相位补偿器按照所述预设隔离度对所述对消信号进行补偿。具体来讲，在发射机10发射到接收链路上将产生Δτ₁的正相移，此时，两条信号路径的传输时延将从Δτ减少为Δτ-Δτ₁，对所述对消信号的相位进行了调整，从而减少了两条信号路径间的差距，相当于减小了Δl，同时提高了发射机10和接收机20之间的隔离度，提高长馈线下对带宽的对消性能。在具体实施过程中，所述正相位补偿器可以为各种形式的移相器(比如线性移相器)。此外，本领域的技术人员在具体实施过程中，可以根据馈线的实际长度来控制所述正相位补偿器所产生的正相移的数值大小，进而保证发射机10和接收机20之间的隔离度需求。当然，本领域的技术人员还可以根据需要来使用其他形式的正相位补偿器来产生正相移，从而调整所述对消信号的相位，在此就不一一举例说明了。

第三种方式

在第三种方式下，RFID系统如图7所示，相位补偿器40包括负相位补偿器和正相位补偿器，其中，所述负相位补偿器设置在接收机20的射频前端，用于产生负相移，所述正相位补偿器分别与发射机10和载波对消电路30相连接，用于产生正相移；通过所述负相移和所述正相移调整所述对消信号的相位，以使所述负相位补偿器和所述正相位补偿器按照所述预设隔离度对所述对消信号进行补偿。具体来讲，在天线发射到接收链路上将产生-Δτ₂的负相移，在发射机10发射到接收链路上将产生Δτ₁的正相移，此时，两条信号路径的传输时延将从Δτ减少为Δτ-Δτ₁-Δτ₂，对所述对消信号的相位进行了调整，从而减少了两条信号路径间的差距，相当于减小了Δl，同时提高了发射机10和接收机20之间的隔离度，提高长馈线下对带宽的对消性能。

在具体实施过程中，所述负相位补偿器具体可以是LC并联谐振器，结构如图5所示。所述正相位补偿器可以为各种形式的移相器(比如线性移相器)。此外，本领域的技术人员在具体实施过程中，可以根据馈线的实际长度来控制所述负相位补偿器所产生的负相移的数值大小，以及控制所述正相位补偿器所产生的正相移的数值大小，进而保证发射机10和接收机20之间的隔离度需求。当然，本领域的技术人员还可以根据需要来使用其他形式的负相位补偿器和正相位补偿器来分别产生负相移和正相移，从而调整所述对消信号的相位，在此就不一一举例说明了。

在本申请实施例中，如图8所示，载波对消电路30包括：

耦合器50，用于耦合来自于所述发射机的发射信号中的一部分信号用于自干扰载波对消；

自干扰信号生成器60，与耦合器50连接，基于所述一部分信号生成与所述自干扰信号对应的所述对消信号；

第一合路器70，分别与自干扰信号生成器60和接收机20相连接，用于将所述自干扰信号和所述对消信号合路，消除所述自干扰信号。

在本申请实施例中，如图9所示，自干扰信号生成器60包括：

90度电桥80，与耦合器50相连，用于将耦合器50耦合的一部分信号分解成幅度相同的两路信号，一路为基准相位的I路信号，另一路为正交的Q路信号；

可调衰减器90，与90度电桥80相连，用于调节所述I路信号和所述Q路信号的功率衰减；

单转差分器100，与可调衰减器90相连，用于将所述I路信号分解成相位差为180度的两路信号，且用于将所述Q路信号分解成相位差为180度的两路信号；

单刀双掷开关110，与单转差分器100相连，分别从所述I路信号的相位差为180度的两路信号中确定出第一路信号，从所述Q路信号的相位差为180度的两路信号中确定出第二路信号；

第二合路器120，与单刀双掷开关110相连，用于将所述第一路信号和所述第二路信号合路，生成所述对消信号。

在具体实施过程中，90度电桥将耦合器50耦合的一部分信号分解成相位差为90度的两路信号，一路为基准相位的I路信号，另一路为正交的Q路信号。当然，对于本领域的技术人员来说，当采用不同于IQ正交分解法来对耦合器50耦合的一部分信号进行分解时，相应地可采用与90度电桥80不同的其它电桥，在此就不一一举例说明了。可调衰减器90包括第一可调衰减器91和第二可调衰减器92在内的两个可调衰减器，每个可调衰减器用于独立调节所述I路信号和所述Q路信号的功率衰减，进而独立控制所述I路信号和所述Q路信号的幅度值。可调衰减器90可以是低级噪声放大器和功率放大器。单转差分器100包括第一单转差分器101和第二单转差分器102，其中，第一单转差分器101将所述I路信号分解成相位差为180度的两路信号I⁺、I_，第二单转差分器102将所述Q路信号分解成相位差为180度的两路信号Q⁺、Q_；在具体实施过程中，单转差分器100可以为巴伦(差分脉冲分配器，或者差分混频器)，等等。在具体实施过程中，单刀双掷开关110包括第一单刀双掷开关111和第二单刀双掷开关112，其中，第一单刀双掷开关111从两路信号I⁺、I^_中确定出第一路信号。第二单刀双掷开关112从两路信号Q⁺、Q_中确定出第二路信号；第二合路器120分别与第一单刀双掷开关111和第二单刀双掷开关112相连，将所述第一路信号和所述第二路信号合路，生成所述对消信号。

在本申请实施例中，为了进一步提高所述RFID系统的使用性能，所述RFID系统还包括一反馈控制器，分别与第一合路器70和自干扰信号生成器60相连，用于检测将所述自干扰信号和所述对消信号对消之后的信号强度，进一步地，通过复用接收机20的模拟/数字转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)读出信号强度后，基于对消效果较好时的对消信号的相位和幅度，控制载波对消电路30中各个器件对I、Q两路的衰减值进行调整，进而实现最佳对消效果。

本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

在本申请实施例的技术方案中，提供了一种无线射频识别RFID系统，包括发射机、接收机、载波对消电路和相位补偿器，其中，所述载波对消电路，分别与所述发射机和所述接收机相连接，用于对所述接收机的的接收信号进行测量，检测出所述接收信号中来自于所述发射机的自干扰信号，并生成相应的对消信号对所述自干扰信号进行消除；所述相位补偿器，至少与所述载波对消电路相连接，用于按照预设隔离度对所述对消信号进行补偿。也就是说，采用至少与载波对消电路相连接的相位补偿器，按照预设隔离度对载波对消电路生成的对消信号进行补偿，进而通过补偿后的对消信号对来自于发射机的自干扰信号进行消除，从而解决了现有RFID读写设备使用性能较差的技术问题，提高了RFID读写设备的使用性能。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种无线射频识别RFID系统，其特征在于，包括发射机、接收机、载波对消电路和相位补偿器，其中，

所述载波对消电路，分别与所述发射机和所述接收机相连接，用于生成相应的对消信号对来自所述发射机的自干扰信号进行消除；

所述相位补偿器，至少与所述载波对消电路相连接，用于按照预设隔离度对所述对消信号进行补偿。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述相位补偿器具体为负相位补偿器，设置在所述接收机的射频前端，用于产生负相移，调整所述对消信号的相位，以使所述负相位补偿器按照所述预设隔离度对所述对消信号进行补偿。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述相位补偿器具体为正相位补偿器，分别与所述发射机和所述载波对消电路相连接，用于产生正相移，调整所述对消信号的相位，以使所述正相位补偿器按照所述预设隔离度对所述对消信号进行补偿。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述相位补偿器包括负相位补偿器和正相位补偿器，其中，所述负相位补偿器设置在所述接收机的射频前端，用于产生负相移，所述正相位补偿器分别与所述发射机和所述载波对消电路相连接，用于产生正相移；通过所述负相移和所述正相移调整所述对消信号的相位，以使所述负相位补偿器和所述正相位补偿器按照所述预设隔离度对所述对消信号进行补偿。

5.如权利要求1-4任一权项所述的系统，其特征在于，所述载波对消电路包括：

耦合器，用于耦合来自于所述发射机的发射信号中的一部分信号用于自干扰载波对消；

自干扰信号生成器，与所述耦合器连接，基于所述一部分信号生成与所述自干扰信号对应的所述对消信号；

第一合路器，分别与所述自干扰信号生成器和所述接收机相连接，用于将所述自干扰信号和所述对消信号合路，消除所述自干扰信号。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述自干扰信号生成器包括：

90度电桥，与所述耦合器相连，用于将所述耦合器耦合的一部分信号分解成相位差为90度的两路信号，一路为基准相位的I路信号，另一路为正交的Q路信号；

可调衰减器，与所述90度电桥相连，用于调节所述I路信号和所述Q路信号的功率衰减；

单转差分器，与所述可调衰减器相连，用于将所述I路信号分解成相位差为180度的两路信号，且用于将所述Q路信号分解成相位差为180度的两路信号；

单刀双掷开关，与所述单转差分器相连，分别从所述I路信号的相位差为180度的两路信号中确定出第一路信号，从所述Q路信号的相位差为180度的两路信号中确定出第二路信号；

第二合路器，与所述单刀双掷开关相连，用于将所述第一路信号和所述第二路信号合路，生成所述对消信号。