一種時(shí)分多址與同步碼分多址相結(jié)合的射頻識(shí)別系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種時(shí)分多址與同步碼分多址相結(jié)合的射頻識(shí)別系統(tǒng)，包括一個(gè)閱讀器、閱讀器有效作用范圍內(nèi)的個(gè)無源電子標(biāo)簽和RFID無線信道，所述的系統(tǒng)還包括一個(gè)PN碼產(chǎn)生器，所述的PN碼產(chǎn)生器設(shè)置在所述的無源電子標(biāo)簽內(nèi)。本實(shí)用新型的時(shí)分多址與同步碼分多址相結(jié)合的射頻識(shí)別系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于每個(gè)時(shí)隙都存在多個(gè)并行的碼分信道，使所需時(shí)隙數(shù)顯著降低，大大提高了標(biāo)簽的閱讀速度，與已有技術(shù)相比，增加了PN碼產(chǎn)生、擴(kuò)頻調(diào)制和時(shí)鐘及同步提取等環(huán)節(jié)，但是省去了工作時(shí)鐘產(chǎn)生電路，因此標(biāo)簽的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度僅略有增加，成本及功耗增加有限，可以滿足無源標(biāo)簽的低復(fù)雜度和低功耗要求，更可以滿足有源標(biāo)簽的要求。
【專利說明】-種時(shí)分多址與同步碼分多址相結(jié)合的射頻識(shí)別系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及射頻識(shí)別（RFID)技術(shù)以及短距離無線通信，特別涉及一種時(shí)分多 址與同步碼分多址相結(jié)合的射頻識(shí)別系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 射頻識(shí)別（RFID)技術(shù)是一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它利用射頻信號(hào)的空間耦 合或電磁波的散射通信實(shí)現(xiàn)對(duì)物體上附加的電子標(biāo)簽進(jìn)行讀取，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的自動(dòng)識(shí) 另IJ。與條形碼識(shí)別技術(shù)相比，RFID技術(shù)具有防水、防磁、使用壽命長(zhǎng)、讀取距離遠(yuǎn)、標(biāo)簽上數(shù) 據(jù)可加密、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量大、存儲(chǔ)信息更改方便等優(yōu)點(diǎn)。超高頻（UHF) RFID國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/ IEC18000-C的推廣應(yīng)用，標(biāo)志著RFID技術(shù)發(fā)展到一個(gè)新階段，其鮮明特點(diǎn)是，支持閱讀器 作用范圍內(nèi)大量無源電子標(biāo)簽的快速讀取。標(biāo)簽閱讀速度，即閱讀器單位時(shí)間內(nèi)讀取電子 標(biāo)簽的數(shù)量，成為衡量系統(tǒng)性能的主要指標(biāo)。進(jìn)一步提高標(biāo)簽閱讀速度，同時(shí)盡可能降低成 本，促進(jìn)RFID系統(tǒng)升級(jí)換代，是RFID研究領(lǐng)域不懈追求的目標(biāo)。
[0003] 多個(gè)標(biāo)簽發(fā)送應(yīng)答信號(hào)時(shí)如何共享無線信道是問題的關(guān)鍵所在。IS0/IEC18000-C 標(biāo)準(zhǔn)采用"幀-時(shí)隙ALOHA"（FSA)協(xié)議實(shí)現(xiàn)多個(gè)標(biāo)簽對(duì)無線信道的共享。FSA協(xié)議在時(shí)間 上安排特定的"幀"供多個(gè)標(biāo)簽發(fā)送應(yīng)答信號(hào)。應(yīng)答幀在時(shí)間上又被分割成若干個(gè)"時(shí)隙"， 每個(gè)標(biāo)簽隨機(jī)地選取某個(gè)時(shí)隙發(fā)出應(yīng)答信號(hào)。如果不發(fā)生"碰撞"（兩個(gè)及以上的標(biāo)簽選取 同一個(gè)時(shí)隙發(fā)送應(yīng)答信號(hào))，標(biāo)簽即被成功讀取?？梢奆SA實(shí)質(zhì)上就是多用戶無線通信所采 用的時(shí)分多址（TDMA)方式。
[0004] TDMA方式的缺點(diǎn)是，對(duì)于一定的時(shí)隙數(shù)量，當(dāng)應(yīng)答標(biāo)簽數(shù)量增大時(shí)，碰撞概率增 大，而一旦發(fā)生碰撞，標(biāo)簽應(yīng)答失敗，須重新選擇時(shí)隙發(fā)送，造成頻率資源和時(shí)間的浪費(fèi)。為 減小碰撞概率，必須增加時(shí)隙的數(shù)量，這樣又延長(zhǎng)了標(biāo)簽讀取時(shí)間，降低了標(biāo)簽閱讀速度。
[0005] 在多用戶共享無線信道的各種多址方式中，碼分多址（CDMA)方式允許多個(gè)用戶在 同一時(shí)間使用同一頻帶發(fā)送信號(hào)，由于各用戶信號(hào)在擴(kuò)頻調(diào)制時(shí)使用的偽隨機(jī)碼不同，因 而在接收端可以被分離并檢測(cè)。不難想到，如果將CDMA方式用于RFID系統(tǒng)的上行鏈路(標(biāo) 簽向閱讀器發(fā)送應(yīng)答信息的通信鏈路)，可以顯著降低標(biāo)簽應(yīng)答信號(hào)發(fā)生碰撞的概率。然而 應(yīng)當(dāng)看到，CDMA系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較高，信號(hào)檢測(cè)時(shí)需要精確的碼同步及載波同步，如果采 用同步CDMA (SCDMA)，多個(gè)標(biāo)簽的應(yīng)答擴(kuò)頻信號(hào)還需要同步發(fā)送，而RFID系統(tǒng)中電子標(biāo)簽 的功耗及復(fù)雜度又受到嚴(yán)格限制，尤其對(duì)于無源電子標(biāo)簽，更是如此。若要實(shí)現(xiàn)基于CDMA 方式的RFID系統(tǒng)，必須解決這些關(guān)鍵問題。
[0006] 美國(guó)專利 "Parallel RFID system using CDMA"（專利號(hào) US8044773(B2)，申請(qǐng)日 2006年3月23日）涉及到在RFID系統(tǒng)中使用CDMA方式，但未給出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)、多 標(biāo)簽信號(hào)檢測(cè)時(shí)碼同步與載波同步等關(guān)鍵技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)方案。
[0007] 中華人民共和國(guó)專利" 一種射頻識(shí)別系統(tǒng)可并行識(shí)別方法"（專利號(hào) CN101145191A， 申請(qǐng)日期:2007年11月2日）涉及到在RFID系統(tǒng)中使用可變擴(kuò)頻因子的 CDMA方式，但未給出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)、多標(biāo)簽信號(hào)檢測(cè)時(shí)碼同步與載波同步等關(guān)鍵技術(shù) 的具體實(shí)現(xiàn)方案。
[0008] 中華人民共和國(guó)專利"一種RFID系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)防碰撞算法"（專利號(hào) CN101359361A， 申請(qǐng)日期:2008年9月17日）涉及到在RFID系統(tǒng)中使用CDMA方式，但側(cè)重 于多標(biāo)簽應(yīng)答信號(hào)的防碰撞算法，且未給出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)、多標(biāo)簽信號(hào)檢測(cè)時(shí)碼同步 與載波同步等關(guān)鍵技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)方案。
[0009] 中華人民共和國(guó)專利"一種RFID系統(tǒng)中多標(biāo)簽防碰撞算法"（專利號(hào) CN103117770A， 申請(qǐng)日期:2013年1月24日）涉及到在RFID系統(tǒng)中使用CDMA方式，但側(cè)重 于多標(biāo)簽應(yīng)答信號(hào)的防碰撞算法，且未給出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)、多標(biāo)簽信號(hào)檢測(cè)時(shí)碼同步 與載波同步等關(guān)鍵技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)方案。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0010] 為解決上述問題，本實(shí)用新型公開了一種時(shí)分多址與同步碼分多址相結(jié)合的射頻 識(shí)別系統(tǒng)。
[0011] 為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：一種時(shí)分多址與同步碼分多 址相結(jié)合的射頻識(shí)別系統(tǒng)，包括一個(gè)閱讀器、閱讀器有效作用范圍內(nèi)的K個(gè)無源電子標(biāo)簽 和RFID無線信道，所述的系統(tǒng)還包括一個(gè)PN碼產(chǎn)生器，所述的PN碼產(chǎn)生器設(shè)置在所述的 無源電子標(biāo)簽內(nèi)。
[0012] 作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述的閱讀器包括協(xié)議控制與數(shù)據(jù)處理單元、發(fā)射 機(jī)、接收機(jī)；所述的發(fā)射機(jī)包括RF震蕩源、調(diào)制器和功率放大器，發(fā)送信號(hào)經(jīng)天線共用器送 至天線發(fā)射到空中；所述的接收機(jī)包括RF震蕩源、下變頻器和多標(biāo)簽信號(hào)檢測(cè)器，天線接 收信號(hào)經(jīng)天線共用器饋送至下變頻器。
[0013] 作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述的標(biāo)簽結(jié)構(gòu)具體包括天線、能量收集與供電單 元、協(xié)議控制單元、命令接收單元、時(shí)鐘及同步提取單元、PN碼產(chǎn)生器、乘法器以及天線阻抗 切換單元。
[0014] 作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，所述的下變頻器包括乘法器、波形相移器以及帶通 濾波器，RF震蕩源輸出載波經(jīng)波形相移器相移后，兩路相互正交的載波分別與接收信號(hào)相 乘并分別經(jīng)帶通濾波器，得到兩路基帶信號(hào)。
[0015] 本實(shí)用新型的有益效果：
[0016] 本實(shí)用新型的時(shí)分多址與同步碼分多址相結(jié)合的射頻識(shí)別系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比， 由于每個(gè)時(shí)隙都存在多個(gè)并行的碼分信道，使所需時(shí)隙數(shù)顯著降低，大大提高了標(biāo)簽的閱 讀速度，與已有技術(shù)相比，增加了 PN碼產(chǎn)生、擴(kuò)頻調(diào)制和時(shí)鐘及同步提取等環(huán)節(jié)，但是省去 了工作時(shí)鐘產(chǎn)生電路，因此標(biāo)簽的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度僅略有增加，成本及功耗增加有限，可以滿足 無源標(biāo)簽的低復(fù)雜度和低功耗要求，更可以滿足有源標(biāo)簽的要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖2為本實(shí)用新型的閱讀器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖3為本實(shí)用新型的閱讀器中下變頻器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖4為本實(shí)用新型的閱讀器中多標(biāo)簽檢測(cè)器中某個(gè)檢測(cè)單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖5為本實(shí)用新型的電子標(biāo)簽結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖6為本實(shí)用新型的系統(tǒng)檢測(cè)性能曲線圖。
[0023] 圖7為本實(shí)用新型的系統(tǒng)進(jìn)行一次多標(biāo)簽閱讀平均所需時(shí)隙數(shù)隨標(biāo)簽數(shù)量變化 的曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 以下將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，應(yīng)理解下述

【具體實(shí)施方式】?jī)H用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。
[0025] 如圖1所示為本實(shí)用新型的時(shí)分多址（TDMA)與同步碼分多址（SCDMA)相結(jié)合的射 頻識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。系統(tǒng)由一個(gè)閱讀器、閱讀器有效作用范圍內(nèi)的K個(gè)無源電子標(biāo) 簽和RFID無線信道組成。閱讀器到標(biāo)簽方向（下行鏈路）的信道為廣播信道。下行鏈路通 信相對(duì)簡(jiǎn)單。閱讀器發(fā)出的射頻信號(hào)一般采用移幅鍵控(ASK)調(diào)制。
[0026] K個(gè)標(biāo)簽到閱讀器方向（上行鏈路）的信道為多路接入信道。從物理層面看，該信 道即共享的無線空間信道。對(duì)于TDMA-SCDMA系統(tǒng)，多標(biāo)簽應(yīng)答幀被分成N s個(gè)時(shí)隙，同時(shí)， 系統(tǒng)還設(shè)有N。個(gè)偽隨機(jī)碼（PN碼）供標(biāo)簽選擇。這樣，在每一個(gè)時(shí)隙中都包含著N。個(gè)碼分 信道。標(biāo)簽應(yīng)答時(shí)，隨機(jī)選擇一個(gè)時(shí)隙，同時(shí)隨機(jī)選擇一個(gè)PN碼，用來進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制。一個(gè) 特定的時(shí)隙與一個(gè)特定的PN碼的組合構(gòu)成一個(gè)邏輯信道。邏輯信道的集合記為
[0027] {CH(i，j)，i = l，2，...，Ns;j = 1，2，...，NC}
[0028] 顯然，系統(tǒng)提供了 NSXN。個(gè)邏輯信道供K個(gè)標(biāo)簽選擇使用。選擇同一個(gè)時(shí)隙但選 擇不同ΡΝ碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制的標(biāo)簽應(yīng)答信號(hào)將被成功檢測(cè)，只有當(dāng)兩個(gè)及以上的標(biāo)簽選擇 了同一時(shí)隙且選擇同一 ΡΝ碼時(shí)才發(fā)生碰撞。
[0029] 與TDMA系統(tǒng)相比，TDMA-SCDMA系統(tǒng)邏輯信道的數(shù)量擴(kuò)大Nc倍，因而標(biāo)簽碰撞概 率大大降低，代價(jià)是系統(tǒng)占用帶寬以及系統(tǒng)復(fù)雜度的增加。
[0030] TDMA-SCDMA RFID閱讀器結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中包括協(xié)議控制與數(shù)據(jù)處理單元和 收發(fā)信機(jī)。發(fā)射機(jī)包括射頻（RF)震蕩源、調(diào)制器和功率放大器，發(fā)送信號(hào)經(jīng)天線共用器送 至天線發(fā)射到空中。接收機(jī)包括RF震蕩源、下變頻器和多標(biāo)簽信號(hào)檢測(cè)器。天線接收信號(hào) 經(jīng)天線共用器饋送至下變頻器。
[0031] 閱讀器結(jié)構(gòu)中的下變頻器的具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。RF震蕩源輸出載波COS2 π fet 經(jīng)90度相移得到載波sin2 π f；t，兩路相互正交的載波分別與接收信號(hào)r (t)相乘并經(jīng)帶通 濾波，得到兩路基帶信號(hào)X (t)和y (t)。
[0032] 閱讀器結(jié)構(gòu)中的多標(biāo)簽信號(hào)檢測(cè)器包括N。個(gè)結(jié)構(gòu)相同的檢測(cè)單元。N。為系統(tǒng)所 使用的PN碼的數(shù)量。第j (」= 1，2，···，Ν。)個(gè)檢測(cè)單元的結(jié)構(gòu)如圖4所示，每個(gè)檢測(cè)單元 對(duì)應(yīng)著一個(gè)特定的ΡΝ碼，使用這一特定ΡΝ碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制的標(biāo)簽信號(hào)將被該檢測(cè)單元檢 測(cè)。
[0033] TDMA-SCDMA RFID標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)如圖5所示。標(biāo)簽結(jié)構(gòu)包括天線、能量收集與供電、 協(xié)議控制、閱讀器命令接收、時(shí)鐘及同步提取、PN碼產(chǎn)生、擴(kuò)頻調(diào)制(乘法器）和天線阻抗切 換(調(diào)制）等單元組成。
[0034] SCDMA系統(tǒng)使用正交PN碼。長(zhǎng)度為L(zhǎng)的N。個(gè)雙極性PN碼表示為
[0035] Cj = [fy cjL]，j = 1，2,…，Nc (1)
[0036] 其中Cjl e {+1,-1} (j = 1，2,...，凡，1 = 1，2,…，L)。PN碼對(duì)應(yīng)的雙極性矩形脈 沖序列在擴(kuò)頻調(diào)制時(shí)稱為用戶（標(biāo)簽）的標(biāo)記波形，表示為
[0037]

【權(quán)利要求】
1. 一種時(shí)分多址與同步碼分多址相結(jié)合的射頻識(shí)別系統(tǒng)，包括一個(gè)閱讀器、閱讀器有 效作用范圍內(nèi)的K個(gè)無源電子標(biāo)簽和RFID無線信道，其特征在于：所述的系統(tǒng)還包括一個(gè) PN碼產(chǎn)生器，所述的PN碼產(chǎn)生器設(shè)置在所述的無源電子標(biāo)簽內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時(shí)分多址與同步碼分多址相結(jié)合的射頻識(shí)別系統(tǒng)，其特 征在于：所述的閱讀器包括協(xié)議控制與數(shù)據(jù)處理單元、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)；所述的發(fā)射機(jī)包括 RF震蕩源、調(diào)制器和功率放大器，發(fā)送信號(hào)經(jīng)天線共用器送至天線發(fā)射到空中；所述的接 收機(jī)包括RF震蕩源、下變頻器和多標(biāo)簽信號(hào)檢測(cè)器，天線接收信號(hào)經(jīng)天線共用器饋送至下 變頻器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種時(shí)分多址與同步碼分多址相結(jié)合的射頻識(shí)別系統(tǒng)，其特 征在于：所述的標(biāo)簽結(jié)構(gòu)具體包括天線、能量收集與供電單元、協(xié)議控制單元、命令接收單 元、時(shí)鐘及同步提取單元、PN碼產(chǎn)生器、乘法器以及天線阻抗切換單元。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種時(shí)分多址與同步碼分多址相結(jié)合的射頻識(shí)別系統(tǒng)，其特 征在于：所述的下變頻器包括乘法器、波形相移器以及帶通濾波器，RF震蕩源輸出載波經(jīng) 波形相移器相移后，兩路相互正交的載波分別與接收信號(hào)相乘并分別經(jīng)帶通濾波器，得到 兩路基帶信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G06K7/10GK203870628SQ201420081839
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】張郁松 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)