本申請涉及一種應(yīng)用于遠距離UHF RFID讀寫器的回波抵消系統(tǒng)，特別是涉及一種遠距離射頻識別的讀寫器模塊。

背景技術(shù)：

超高頻RFID(Radio Frequency Identification)是一種工作在840MHz～960MHz的非接觸式射頻識別技術(shù)。其UHF頻段的RFID讀寫器是通過天線發(fā)射和接收射頻信號，實現(xiàn)對標簽的自動識別。

交通運輸車輛的監(jiān)控和移動的貨物檢測，如電子車牌、貨物識別等需要RFID讀寫器來實現(xiàn)遠距離的標簽識別，低頻和高頻段的RFID技術(shù)都通過近場工作原理來實現(xiàn)，其讀寫區(qū)域和距離不大，通常是幾厘米到幾十厘米，遠距離的標簽識別一般是通過UHF頻段的RFID讀寫器來實現(xiàn)。為了實現(xiàn)遠距離的標簽識別，UHF頻段RFID讀寫器通過不斷地增加功率放大器的發(fā)射功率，從而使標簽在較遠的距離下也能耦合到足夠的能量，其返回的響應(yīng)信號能傳到RFID讀寫器。讀寫器處于接收的狀態(tài)下，仍需要功率放大器(PA)發(fā)射足夠高的連續(xù)載波信號給射頻標簽提供能量。不過由于UHF頻段的RFID讀寫器的發(fā)射和接收是共用天線的，發(fā)射的連續(xù)載波信號能通過耦合器泄漏到接收端，其正好位于接收信號的頻段中間，無法使用射頻濾波器來濾除。泄漏的信號與混頻器的本振信號混頻后產(chǎn)生直流分量和干擾信號，影響接收的靈敏度，從而影響UHF頻段的RFID讀寫器的讀取距離。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種應(yīng)用于遠距離UHF RFID讀寫器的回波抵消系統(tǒng)，該系統(tǒng)能在發(fā)射較高連續(xù)載波情況下有很好的接收靈敏度，從而實現(xiàn)了遠距離RFID讀寫器。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供如下技術(shù)方案：

本申請實施例公開一種應(yīng)用于遠距離UHF RFID讀寫器的回波抵消系統(tǒng)，包括天線、發(fā)射鏈路的功率放大器、耦合器、合成器、接收鏈路的低噪聲放大器和回波抵消模塊，合成器的輸出端與低噪聲放大器的輸入端相連，該回波抵消模塊通過耦合器的隔離端取出在功率放大器發(fā)射連續(xù)載波信號時的耦合信號，合成器從耦合器的耦合端獲得天線發(fā)射泄露信號，所述回波抵消模塊對取到的耦合信號的幅度和相位進行處理，使其和泄漏信號幅度一致，相位相反，在低噪聲放大器之前通過合成器進行合成，從而能完全的抵消功率放大器發(fā)射連續(xù)載波時泄漏到接收端的信號。

優(yōu)選的，在上述的應(yīng)用于遠距離UHF RFID讀寫器的回波抵消系統(tǒng)中，所述回波抵消模塊包括移相網(wǎng)絡(luò)模塊、正交混頻器、可變增益放大器和數(shù)字回波抵消模塊，

所述移相網(wǎng)絡(luò)模塊與耦合器的隔離端相連，所述耦合器的隔離端取得連續(xù)載波的耦合信號，移相網(wǎng)絡(luò)模塊將取到的耦合信號轉(zhuǎn)變?yōu)镮路和Q路的正交信號，

所述移相網(wǎng)絡(luò)模塊的輸出與正交混頻器的本振端相連，提供正交混頻器所需的正交信號，數(shù)字回波抵消模塊產(chǎn)生的常數(shù)量A和B與正交混頻器的輸入端相連，

所述正交混頻器的輸出信號與可增益放大器輸入端相連，數(shù)字回波抵消模塊產(chǎn)生的增益控制量C和可增益放大器控制端相連，不斷改變C值使高速可增益放大器輸出信號與接收端泄漏信號的幅度一致，

所述可變增益放大器的輸出與合成器的IN1端相連，耦合器的耦合端與合成器的IN2端相連，數(shù)字回波抵消模塊給定常數(shù)值使正交混頻器的輸出信號的相位和接收端的泄漏信號的相位相反，同時在可變增益放大器幫助下實現(xiàn)兩路信號的幅度平衡，合成器結(jié)合該兩路信號。

優(yōu)選的，在上述的應(yīng)用于遠距離UHF RFID讀寫器的回波抵消系統(tǒng)中，所述數(shù)字回波抵消模塊產(chǎn)生的常數(shù)量A和B用以調(diào)節(jié)耦合信號的相位，同時改變耦合信號的幅度大小。

優(yōu)選的，在上述的應(yīng)用于遠距離UHF RFID讀寫器的回波抵消系統(tǒng)中，所述回波抵消模塊還包括功率檢測器，功率檢測器的輸入端與合成器的輸出端相連，功率檢測器實時檢測回波抵消的結(jié)果并將其反饋給數(shù)字回波抵消模塊。

優(yōu)選的，在上述的RFID讀寫器中，所述數(shù)字回波抵消模塊的控制方法包括：

(1)、首先設(shè)定可變增益放大器的增益值；

(2)、假設(shè)a、b的位寬值為N，則a為a[N-1:0]，b為b[N-1:0]，且a、b滿足一下關(guān)系：

a²+b²＝2^N-1-1

在調(diào)節(jié)a從-2^N-1-1到2^N-1-1，b值也跟隨改變；

(3)、然后根據(jù)功率檢測值，得到信號估計幅值A(chǔ)mp₃，則A＝Amp₃×a,B＝Amp₃×b，輸出A、B值

(4)、調(diào)節(jié)高速可變增益放大器的增益值，不斷重復(fù)步驟(2)和(3)；

(5)、保留功率檢測器檢測最小功率值時的A、B值。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于：本實用新型通過利用回波抵消技術(shù)，發(fā)射鏈路可以通過功率放大器增加發(fā)射功率，接收鏈路通過低噪聲放大器(LNA)提高接收的靈敏度，從而使遠距離UHF頻段RFID讀寫器得以實現(xiàn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1所示為本實用新型具體實施例中UHF頻段RFID讀寫器在發(fā)射連續(xù)載波時泄漏到接收端示意圖；

圖2所示為本實用新型具體實施例中連續(xù)載波的初始相位和混頻器的本振端初始相位相差不同時的干擾信號和直流分量大小示意圖；

圖3所示為本實用新型具體實施例中UHF頻段RFID讀寫器原理示意圖；

圖4所示為本實用新型具體實施例中UHF頻段RFID讀寫器具體實現(xiàn)框圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行詳細的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

結(jié)合圖1所示，泄露的信號用表示，其中發(fā)射連續(xù)載波的初始相位，θ是連續(xù)載波信號經(jīng)過功率放大器(PA)放大、耦合器泄露過程產(chǎn)生的相位變化量。混頻器(mixer)的本振信號用其中是本振信號初始相位。

混頻器之后處理的是低頻信號，本振的二倍頻信號會被濾去掉，又泄漏信號的相位變化量很小，所以上式簡化為

結(jié)合圖2所示，當連續(xù)載波信號初始相位與混頻器本振信號的初始相位相差0°時，直流分量比較大，干擾信號比較小，當連續(xù)載波信號初始相位與混頻器本振信號的初始相位相差90°時，直流分量比較小，干擾信號比較大。對于遠距離RFID讀寫器，可能天線接收到的標簽返回信號與干擾信號相比更小，從而影響后續(xù)的解調(diào)與標簽判決過程。故需要回波抵消技術(shù)來消除功率放大器發(fā)射連續(xù)載波時泄漏到接收端的信號。

結(jié)合圖3所示，相對于圖1經(jīng)典的RFID讀寫器結(jié)構(gòu)，遠距離RFID讀寫器增加了回波抵消的結(jié)構(gòu)，包括回撥抵消的電路實現(xiàn)和回波抵消的算法實現(xiàn)。主要通過耦合器的隔離端(isolate)取出在功率放大器發(fā)射連續(xù)載波信號時的耦合信號，耦合信號相對于接收端的泄漏信號包含同樣的信息，它們都是通過耦合器獲得。回波抵消模塊通過數(shù)字算法對取到的耦合信號的幅度和相位進行處理，使其和接收端的泄漏信號幅度一致，相位相反，在低噪聲放大器(LNA)之前進行合成，從而能完全的抵消功率放大器發(fā)射連續(xù)載波時泄漏到接收端的信號。

利用回波抵消技術(shù)，低噪聲放大器處理的信號完全是由標簽返回的信號，不存在接收端泄漏信號的阻塞現(xiàn)象。同時功率放大器可以增加發(fā)射功率而不用擔心會由于發(fā)射功率較大而泄漏到接收端的泄漏信號也較大，從而影響接收靈敏度。此外低噪聲放大器的加入也能增加接收鏈路前端的增益，提高接收鏈路的靈敏度?？傊?，在回波抵消的幫助下，發(fā)射鏈路可以通過功率放大器增加發(fā)射功率，接收鏈路通過低噪聲放大器(LNA)提高接收的靈敏度，遠距離UHF頻段RFID讀寫器得以實現(xiàn)。

參閱圖3，相對于經(jīng)典的UHF頻段RFID讀寫器結(jié)構(gòu)，遠距離UHF頻段RFID讀寫器還包括正交混頻器(IQ mixer)，高速可變增益放大器(VGA)，合成器(combiner)，低噪聲放大器(LNA)，功率檢測器以及數(shù)字的算法實現(xiàn)模塊。

RFID讀寫器處于接收狀態(tài)下，功率放大器的輸出連續(xù)載波信號和天線的反射信號都會通過耦合器泄露到接收端，這是我們所需要消除的信號，記為：

TxSignal＝Amp₁cos(ω_ct+θ₁)

其中Amp1為電路的幅度特性常數(shù)值。

同時通過耦合器的隔離端取出連續(xù)載波信號的耦合信號作為正交混頻器的本振信號，本振信號經(jīng)過45°/-45°移相器產(chǎn)生IQ正交兩路信號，正交混頻器的輸入端是通過數(shù)字算法擬合出來的信號常量A和B，其主要作用是調(diào)節(jié)耦合信號的相位，同時也能改變耦合信號的幅度大小。原理如下：

其中：

正交混頻輸出信號的相位是由決定，值又隨著A和B變化而變化，故正交混頻器的輸出相位受A，B值決定。如果A，B使正交混頻器的輸出相位和接收端的泄漏信號相位相反，正交混頻器輸出幅度通過高速可增益放大器調(diào)節(jié)，使其和接收端的泄漏信號幅度相等，即消除Amp₁和Amp₂的差異。兩路信號經(jīng)過合成器(combiner)合成后可以消除功率放大器發(fā)射連續(xù)載波時泄漏到接收端的信號。

在忽略幅度的差異下，計算的抵消后的信號平均功率。

其中約定如下：

C₁＝power₁+power₂ C₂＝2×power₃×cos(θ₁) C₃＝2×power₄×sin(θ₁) C₄＝θ₂-ψ

以上的power₁～power₄、C₁～C₄、為常數(shù)值，從中可以看出功率反饋值與常數(shù)值A(chǔ)、常數(shù)值B有對應(yīng)關(guān)系，功率檢測器檢測的抵消后平均功率并將信息傳給數(shù)字回撥抵消模塊，數(shù)字回波抵消模塊會不斷的在常數(shù)值A(chǔ)和常數(shù)值B的數(shù)字信號位寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)A和B值，并記錄在功率檢測器反饋值最小時的A、B值并輸出，以下是具體回波抵消數(shù)字算法實現(xiàn)的流程：

1)首先設(shè)定高速可變增益放大器的增益值；

2)假設(shè)a、b的位寬值為N，則a為a[N-1:0]，b為b[N-1:0]，且a、b滿足一下關(guān)系：

a²+b²＝2^N-1-1

在調(diào)節(jié)a從-2^N-1-1到2^N-1-1，b值也跟隨改變，N指的是ADC的采樣位寬，取值一般是從2,3,4......，具體是由所采用的ADC芯片采樣位寬有關(guān)。

3)然后根據(jù)功率檢測值，得到信號估計幅值A(chǔ)mp₃，則A＝Amp₃×a,B＝Amp₃×b，輸出A、B值；

4)調(diào)節(jié)高速可變增益放大器的增益值，不斷重復(fù)步驟2)和3)；

5)保留功率檢測器檢測最小功率值時的A、B值。

利用回波抵消的網(wǎng)絡(luò)模塊能將泄漏到接收端的較高功率的信號抵消掉，這樣接收鏈路可以添加低噪聲放大器(LNA)，低噪聲的輸入端的信號完全是天線接收到的標簽返回信號，不會由于泄漏信號而進入飽和。在LNA幫助下能很好地增加接收鏈路的靈敏度，此外也可以不斷地提高功率放大器的發(fā)射功率而不用擔心連續(xù)載波信號會泄漏到接收端影響接收的靈敏度，從而實現(xiàn)了遠距離UHF頻段的RFID讀寫器。

最后，還需要說明的是，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。