一種副載波調(diào)制的米勒碼解碼裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于超高頻射頻識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，更具體的，涉及一種用于超高頻射頻識(shí)別的副載波調(diào)制的米勒碼的快速解碼裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]超高頻射頻識(shí)別(UHF RFID)技術(shù)的基本原理是通過被無源目標(biāo)(標(biāo)簽)反射回來的信號(hào)來實(shí)現(xiàn)對(duì)其信息的獲取與識(shí)別，這一技術(shù)與雷達(dá)工作原理相類似。
[0003]UHF RFID超高頻射頻識(shí)別技術(shù)是目前最先進(jìn)的第4代自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，該技術(shù)具有識(shí)別速度快，識(shí)別距離遠(yuǎn)，標(biāo)簽成本低，識(shí)別準(zhǔn)確率高，抗干擾能力強(qiáng)，使用壽命長，能穿透非金屬材料等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]UHF RFID應(yīng)用系統(tǒng)包括無源電子標(biāo)簽、讀寫器和后端信息系統(tǒng)。當(dāng)標(biāo)簽作為待識(shí)別物體進(jìn)入讀寫器識(shí)別范圍內(nèi)，在識(shí)別范圍內(nèi)讀寫器發(fā)送的超高頻無線電信號(hào)，經(jīng)標(biāo)簽加載識(shí)別信息后反射回讀寫器，再通過讀寫器利用USB，以太網(wǎng)，WIFI等數(shù)字接口上傳至信息系統(tǒng)。
[0005]UHF RFID的讀寫器包括以下電路組成部分:數(shù)字基帶、發(fā)送鏈路、接收鏈路、天線射頻前端和數(shù)字接口。發(fā)送鏈路是將數(shù)字基帶輸出的編碼信號(hào)調(diào)制成超高頻無線電信號(hào)并經(jīng)功率放大器放大送至天線射頻前端，接收鏈路是接收天線射頻前端的從標(biāo)簽返回的調(diào)制信號(hào)解調(diào)成基帶信號(hào)送至數(shù)字基帶進(jìn)行解碼等數(shù)字信號(hào)處理。
[0006]UHF RFID的數(shù)字基帶實(shí)現(xiàn)的功能包括RFID空中接口協(xié)議的物理層(PHY層)與媒體介質(zhì)訪問控制層(MAC層)，包括以下模塊:空口協(xié)議解析、高通數(shù)字濾波器、低通數(shù)字濾波器、突發(fā)信號(hào)位同步器、幀起始識(shí)別器、編解碼器、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、接收濾波器、IQ信號(hào)強(qiáng)度選擇器、匹配濾波器、判決器、數(shù)據(jù)緩沖器等。
[0007]由于數(shù)字基帶的基帶信號(hào)在傳輸過程中容易受到周圍環(huán)境干擾，使信號(hào)在傳播路徑中發(fā)生波形畸變，產(chǎn)生數(shù)據(jù)與碼元信號(hào)完整性問題。
[0008]由于在超高頻系統(tǒng)中，載波頻率(800/900MHZ)太高，無法在載波中恢復(fù)可供標(biāo)簽使用的系統(tǒng)時(shí)鐘，因此需要在無源標(biāo)簽芯片中設(shè)置振蕩電路，但是片內(nèi)的時(shí)鐘電路受工藝、溫度、工作電流、工作電壓等因素影響，精度不夠理想，而且無源標(biāo)簽的工作電流與工作電壓由標(biāo)簽天線的接收能量整流而成，信號(hào)和能量在空氣中傳播的時(shí)空路徑損耗會(huì)根據(jù)標(biāo)簽與讀寫器相對(duì)位置變化而變化，導(dǎo)致標(biāo)簽時(shí)鐘電路的工作電流電壓不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致標(biāo)簽發(fā)送的基帶信號(hào)在發(fā)送時(shí)就已經(jīng)產(chǎn)生偏差，產(chǎn)生數(shù)據(jù)與碼元信號(hào)的完整性問題。
[0009]由于基帶信號(hào)在傳播過程中與產(chǎn)生的過程中就會(huì)引入誤差，產(chǎn)生碼元信號(hào)的完整性問題，主要表現(xiàn)為碼元波形的頻率偏移與碼元占空比的偏移，偏移基準(zhǔn)5%到35%。
[0010]由于基準(zhǔn)的偏移可隨機(jī)的從5%到35%，這樣就影響了數(shù)字基帶中基帶信號(hào)的檢測(cè)識(shí)別、位同步、數(shù)據(jù)判決與碼元的解碼。導(dǎo)致解碼率下降與識(shí)別率下降。
[0011]目前超高頻的射頻識(shí)別系統(tǒng)(UHFRFID)基帶數(shù)據(jù)的編解碼方式采用FMO碼與米勒碼。
[0012]常用副載波調(diào)制的米勒碼的波形特征在于:1)每個(gè)原始“O” “I”數(shù)據(jù)符號(hào)含有M個(gè)副載波周期；2)符號(hào)“O”周期內(nèi)M個(gè)副載波不發(fā)生相位翻轉(zhuǎn)；3)符號(hào)“ I ”在第M/2個(gè)副載波周期后副載波相位翻轉(zhuǎn)；4)相鄰的二個(gè)符號(hào)“0”，在符號(hào)分界處副載波發(fā)生翻轉(zhuǎn)，相鄰的二個(gè)符號(hào)“ I”在符號(hào)分界處副載波不發(fā)生翻轉(zhuǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本實(shí)用新型提出了一種算法結(jié)構(gòu)簡單，且高效率的米勒碼解碼方案，以提高解碼米勒碼的準(zhǔn)確率與降低了解碼難度與復(fù)雜性。
[0014]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0015]—種副載波調(diào)制的米勒碼解碼裝置，包括AD采樣模塊、數(shù)字濾波器、檢波模塊、IQ通道信號(hào)強(qiáng)度選擇模塊、前導(dǎo)結(jié)束判斷模塊、解碼模塊、以及解碼控制器，各模塊時(shí)鐘同步；AD采樣模塊、數(shù)字濾波器、檢波模塊、IQ通道信號(hào)強(qiáng)度選擇模塊、前導(dǎo)結(jié)束判斷模塊、解碼模塊分別通過數(shù)字接口與解碼控制器連接。
[0016]米勒碼基帶信號(hào)數(shù)據(jù)流從AD采樣模塊輸入端輸入，AD采樣模塊輸出端接數(shù)字濾波器輸入端，數(shù)字濾波器輸出端接檢波模塊輸入端，檢波模塊輸出端接IQ通道信號(hào)強(qiáng)度選擇模塊，由IQ通道信號(hào)強(qiáng)度選擇模塊選擇輸出的基帶信號(hào)，經(jīng)前導(dǎo)結(jié)束判斷模塊輸入到解碼模塊。
[0017]解碼模塊包括:高電平計(jì)數(shù)器HC、低電平計(jì)數(shù)器LC、碼元周期計(jì)數(shù)器CC、判斷器、
串并轉(zhuǎn)換器、寄存器；
[0018]高電平計(jì)數(shù)器HC和低電平計(jì)數(shù)器LC輸出端分別與寄存器連接，寄存器中設(shè)有中間變量T，高電平計(jì)數(shù)器HC和低電平計(jì)數(shù)器LC分別對(duì)輸入解碼模塊的米勒碼信號(hào)的高電平和低電平周期長度進(jìn)行計(jì)數(shù)，高電平計(jì)數(shù)器HC或低電平計(jì)數(shù)器LC計(jì)數(shù)長度達(dá)到一個(gè)副載波周期長度時(shí)，向寄存器輸出一個(gè)相位翻轉(zhuǎn)脈沖PA，觸發(fā)寄存器改寫其中間變量T ；
[0019]碼元周期計(jì)數(shù)器CC的輸出端接判斷器的解發(fā)端，判斷器的輸出端通過并行接口接串并轉(zhuǎn)換器，碼元周期計(jì)數(shù)器CC對(duì)米勒碼的周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到米勒碼的一個(gè)周期時(shí)，向判斷器輸出一個(gè)周期脈沖PB，觸發(fā)判斷器從寄存器中讀取中間變量T值，并根據(jù)T值判斷上一周期內(nèi)是否有相位翻轉(zhuǎn)脈沖PA產(chǎn)生，并將判斷結(jié)果作為上一周期碼元的解碼結(jié)果以并行信號(hào)輸出到串并轉(zhuǎn)換器；串并轉(zhuǎn)換器將并行信號(hào)轉(zhuǎn)換成串行信號(hào)后做為最終解碼數(shù)據(jù)輸出，寄存器的中間變量在一個(gè)周期結(jié)束后重置。
[0020]進(jìn)一步地，所述解碼裝置還包括頻偏估計(jì)模塊，由IQ通道信號(hào)強(qiáng)度選擇模塊選擇輸出的基帶信號(hào)同時(shí)還輸入到頻偏估計(jì)模塊，頻偏估計(jì)模塊通過數(shù)字接口與解碼控制模塊連接，頻偏估計(jì)模塊包括過零檢測(cè)電路和頻偏估計(jì)計(jì)數(shù)器AC，過零檢測(cè)電路實(shí)時(shí)過零檢測(cè)碼流上下邊沿跳變，頻偏估計(jì)計(jì)數(shù)器AC對(duì)相鄰的二個(gè)上跳變或者下跳變的長度進(jìn)行多次計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)，并將計(jì)數(shù)值返回給解碼控制器，解碼控制器計(jì)算頻偏估計(jì)計(jì)數(shù)器AC的計(jì)數(shù)值與碼元周期計(jì)數(shù)器CC計(jì)數(shù)值之差，并以計(jì)算結(jié)果作為頻率偏移量校準(zhǔn)碼元周期計(jì)數(shù)器CC的計(jì)數(shù)頻率的設(shè)定值(國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC 18000-6C中規(guī)定了米勒碼元的周期有25us，12.5us，6.25us以及3.125us，如果此系統(tǒng)的采樣率是25MHz (即0.04us)，則量化后的設(shè)定值就是固定的 25us/0.04us = 625，12.5us/0.04us = 312,6.25us/0.04us = 156，3.125us/0.04us =78)。
[0021]進(jìn)一步地，所述解碼裝置還包括占比估計(jì)模塊，由IQ通道信號(hào)強(qiáng)度選擇模塊選擇輸出的基帶信號(hào)同時(shí)還輸入到占比估計(jì)模塊，占比估計(jì)模塊通過數(shù)字接口與解碼控制模塊連接，占比估計(jì)模塊包括過零檢測(cè)電路和占空比計(jì)數(shù)器BC，過零檢測(cè)電路實(shí)時(shí)過零檢測(cè)碼流上下邊沿跳變，占空比計(jì)數(shù)器BC對(duì)上下跳變的周期長度進(jìn)行計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)，并將計(jì)數(shù)值返回給解碼控制器，解碼控制器計(jì)算占空比計(jì)數(shù)器BC的計(jì)數(shù)值與副載波半個(gè)周期長度之差，并以計(jì)算結(jié)果作為占空比偏移量校準(zhǔn)高電平計(jì)數(shù)器HC和低電平計(jì)數(shù)器LC的計(jì)數(shù)頻率的設(shè)定值。
[0022]本實(shí)用新型提出的米勒碼解碼裝置，通過通過計(jì)數(shù)器分別對(duì)相位翻轉(zhuǎn)和碼元周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，并基于計(jì)數(shù)值進(jìn)行解碼，其算法和結(jié)構(gòu)簡單，解碼效率高。引入米勒碼頻偏估計(jì)與糾正功能，在基帶米勒碼流出現(xiàn)頻率偏移的情況下，快速的進(jìn)行頻偏估計(jì)，調(diào)整解碼參數(shù)，提高解碼米勒碼的準(zhǔn)確率與降低了解碼難度與復(fù)雜性。
【附圖說明】
[0023]圖1是副載波調(diào)制的米勒碼示意圖。
[0024]圖2是副載波調(diào)制米勒碼流的特征脈沖時(shí)序示意圖。
[0025]圖3是副載波調(diào)制米勒碼頻偏與占空比偏移示意圖。
[0026]圖4是副載波調(diào)制米勒碼解碼狀態(tài)圖。
[0027]圖5是副載波調(diào)制米勒碼解碼程序流程圖。
[0028]圖6是FPGA同步電路實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0030]實(shí)現(xiàn)副載波調(diào)制米勒碼解碼，主要需要解決，波形特征提取、波形周期的判斷、解碼、頻偏估計(jì)和校正、占空比偏移估計(jì)和校正。
[0031]對(duì)副載波調(diào)制米勒碼的波形特征提取:使用二個(gè)η倍于副載波頻率的時(shí)鐘(η—般是取2的整數(shù)倍，在實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)中η取決于采樣率與碼元速率之比)，對(duì)米勒碼的相位翻轉(zhuǎn)處周期長度進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到一個(gè)副載波周期時(shí)，在相位翻轉(zhuǎn)處產(chǎn)生一個(gè)副載波周期一半的脈沖PA。
[0032]對(duì)副載波調(diào)制米勒碼的符號(hào)的波形周期的判斷:使用一個(gè)η倍于副載波頻率的時(shí)鐘的計(jì)數(shù)器Ce，對(duì)米勒碼的周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到米勒碼的周期時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)脈沖PB。
[0033]對(duì)副載波調(diào)制的米勒碼相位翻轉(zhuǎn)周期長度計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器:副載波調(diào)制米勒碼的相位翻轉(zhuǎn)處的電平可能保持高電平也可能保持為低電平(在進(jìn)行解碼前，需要進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度的計(jì)算，同時(shí)得出信號(hào)的基準(zhǔn)閾值，當(dāng)輸入的信號(hào)量化值大于基準(zhǔn)閾值則判斷為高電平，反之判斷為低電平)，二個(gè)計(jì)數(shù)器分別計(jì)數(shù)高低電平的周期，高電平計(jì)數(shù)器HC在低電平時(shí)清零，高電平時(shí)計(jì)數(shù)，低電平計(jì)數(shù)器LC相反。
[0034]對(duì)副載波調(diào)制的米勒碼的快速解碼:當(dāng)高電平計(jì)數(shù)器HC或者低電平計(jì)數(shù)器LC計(jì)數(shù)值等于一個(gè)副載波的周期時(shí)(即相位翻轉(zhuǎn)處的周期長度)脈沖PA產(chǎn)生，觸發(fā)中間變量T值為1，當(dāng)米勒碼周期脈沖PB觸發(fā)時(shí)，如果T為1，則米勒碼解碼為原始數(shù)據(jù)1，如果T為O，則米勒碼解碼為原始數(shù)據(jù)O。
[0035]對(duì)副載波調(diào)制的米勒碼的快速解碼方法中出現(xiàn)的誤差分析:當(dāng)副載波調(diào)制的米勒碼存在頻偏時(shí)，副載波調(diào)制的米勒碼的周期計(jì)數(shù)器CC的計(jì)數(shù)值不能正確反應(yīng)米勒碼的周期長度，PB脈沖時(shí)序錯(cuò)誤，在多個(gè)碼元周期后誤差累積，導(dǎo)致無法解碼；當(dāng)副載波調(diào)制的米勒碼存在占空比偏差時(shí)，高低電平計(jì)數(shù)器HC與LC計(jì)數(shù)值不能正確反應(yīng)相位翻轉(zhuǎn)處的周期長度，PA脈沖時(shí)序錯(cuò)誤，導(dǎo)致解碼錯(cuò)誤。
[0036]對(duì)副載波調(diào)制的米勒碼的頻偏估計(jì)與米勒碼周期計(jì)數(shù)器CC計(jì)數(shù)校準(zhǔn)方法:實(shí)時(shí)過零檢測(cè)碼流上下邊沿跳變，通過對(duì)相鄰的二個(gè)上跳變或者下跳變的長度進(jìn)行多次計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)，使用計(jì)數(shù)器AC計(jì)數(shù)，AC計(jì)數(shù)值與CC計(jì)數(shù)值之差即為頻偏量，AC計(jì)數(shù)值可用來校準(zhǔn)CC計(jì)數(shù)值。
[0037]對(duì)副載波調(diào)制的米勒碼的的占空比估計(jì)與米勒碼高低電平計(jì)數(shù)器HC與LC計(jì)數(shù)校準(zhǔn)方法:實(shí)時(shí)過零檢測(cè)碼流上下邊沿跳變，通過上下跳變對(duì)波形進(jìn)行對(duì)此計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)，使用計(jì)數(shù)器BC計(jì)數(shù)，BC計(jì)數(shù)值與CC/4