專利名稱：移位m序列族擴展頻譜并行應答RFID空中接口的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于近程通信領域，射頻識別(RFID)技術。與甚高頻(VHF)，超高頻(UHF)， 微波(MW)頻段RFID空中接口系統(tǒng)和設備設計有關。
背景技術：
近程通信是近年來異?；钴S的新的技術領域之一。此中無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)和 射頻識別(RFID)技術尤其突出，具有極大的產(chǎn)業(yè)前景。WSN與RFID同屬近程通信，所以技 術上存在著某些共性。射頻識別(RFID)空中接口技術的發(fā)展過程，是從低頻到高頻，再到超高頻和微波 的載波頻率提升過程，也是作用距離從接觸式到非接觸式，從感應場應用到輻射場應用的 發(fā)展過程。國際上適合于輻射場應用的最有代表性的技術規(guī)范是射頻識別(RFID)系統(tǒng)的 空中接口通信參數(shù)標準IS0/IEC 18000-4/-6/-7標準。，在這些標準中關于基本傳輸體制 的規(guī)定中明確指出，直接序列擴展頻譜(DSSS)為不被采用的技術。因此，國內外，未見有 關直接序列擴展頻譜(DSSS)技術在射頻識別(RFID)空中接口應用中的研究與開發(fā)成果報 道.直接序列擴展頻譜(DSSS)技術在其它通信系統(tǒng)中的有廣泛的應用，例如CDMA 蜂窩移動通信系統(tǒng)IS-95中，以超長(252-1)位的m序列作為時間標準同步碼，兩個長度 (215-1)位的m序列作為擴展頻譜碼，以64位Walsh碼作為用戶接入碼.在WCDMA系統(tǒng)中 使用了優(yōu)選m序列優(yōu)選對產(chǎn)生Gold序列.在蘭牙設計中，使用了 m序列對多電平信號傳輸
寸 近有文章稱用線性反饋移位寄存器取代RFID電子標簽中的計數(shù)器，以控制命令 選取的報道。根本未能發(fā)揮m序列在通信系統(tǒng)應用的技術優(yōu)勢。本發(fā)明在充分研究m序列的數(shù)學特征與RFID空中接口的應用環(huán)境的基礎上，實現(xiàn) 了利用移位m序列構建RFID空中接口新體制設計。本發(fā)明的應用需求源于超高頻以上頻段輻射場環(huán)境工作的RFID空中接口發(fā)射功 率受限，需要更加有效地利用寶貴的頻譜資源和有限的功率資源?，F(xiàn)有的RFID應用系統(tǒng)，無一例外地屬于單件應答設計，即無論現(xiàn)場有多少被讀標 簽，每次成功應答的標簽數(shù)不多于一個。如果出現(xiàn)多于一個標簽同時應答，則進入防碰撞程 序。因此產(chǎn)生了相應的防碰撞算法。其中最常用的是二進制樹算法和AL0HA算法。因此， 現(xiàn)行設計屬于碰撞后處理的方法，任何時候只允許單個標簽應答，影響讀取效率。

發(fā)明內容
本發(fā)明提出基于m序列的移位等價特性，構建移位m序列正交序列族，選用m序列 族作為擴展頻譜序列組，同時又作為應答信道接入用正交序列族。與蜂窩移動通信中，擴展 頻譜用m序列，信道接入用Walsh函數(shù)正交碼組相比，設計簡化，符合RFID應用的特殊需 求。
本發(fā)明利用m序列族的正交特性實現(xiàn)RFID讀寫器對多標簽應答信號并行接收。個 改變了 RFID空中接口標簽逐個接受應答的傳統(tǒng)設計。本發(fā)明提出基于m序列的各態(tài)歷經(jīng)特性，對同一個移位等價序列族的序列進行分 組。形成多個正交序列組。序列分組組數(shù)取2的倍數(shù)，即2組，4組或8組。序列組的代碼 長度為分組的2進制位數(shù)，對應2組，4組和8組的序列組代碼分別為1位，2位和3位。并 按以上分組確定代碼長度，按照序列的初始狀態(tài)的第一游程進行分組。第一游程相同的序 列屬于同一序列組。每個RFID讀寫器可以按需要被分配一個特定的序列，或特定的序列組本發(fā)明提出用序列組代碼作為讀寫器代碼。本發(fā)明提出由標簽產(chǎn)生隨機數(shù)隨機選擇應答序列，其選擇范圍局限于所應答讀寫 器被指配的序列組。隨機數(shù)取值小于等于序列組的序列數(shù)。標簽應答過程的臨時代碼(簡 稱標簽臨時代碼)為序列的初始狀態(tài)。標簽臨時代碼由兩部分組成。前半部分是讀寫器代 碼，后半部分，即序列初始狀態(tài)除去序列組代碼的剩余部分，是標簽在該讀寫器所被指配的 序列組中隨機選定的序列號，由標簽的隨機數(shù)產(chǎn)生器在每次應答時選定。本發(fā)明利用移位m序列良好的正交特性，實行并行應答，允許多標簽同時在多個 碼道上同時應答.當同時應答標簽數(shù)小于或等于讀寫器并行接收的碼道數(shù)時，一般不發(fā)生 碰撞或較少發(fā)生碰撞。如果同時應答標簽數(shù)大于讀寫器并行接收單元的碼道數(shù)時，出現(xiàn)標簽應答碰撞， 讀寫器向產(chǎn)生碰撞的標簽發(fā)送應答失敗指令，碰撞標簽重新產(chǎn)生隨機數(shù)，選擇碼道進行再 應答。只有在大量標簽同時應答的情況下，讀寫器發(fā)送啟動隨機延時控制，讓在場的標簽分 散在不同的時段上應答。


圖1。并行應答擴展頻譜標簽標簽接收到讀寫器發(fā)來的讀取指令后，啟動隨機數(shù)發(fā)生器，產(chǎn)生隨機數(shù)選擇序列， 由所選序列與應答數(shù)據(jù)模2相加后對載波進行BPSK調制。發(fā)送回讀寫器。圖2。讀寫器多碼道相干接收單元讀寫器的接收前端是一個多碼道并聯(lián)的相關接收單元。由于本發(fā)明采用了異步相 關器，所以多碼道并聯(lián)的相關接收就變成了并聯(lián)相關器組合。
具體實施例方式l.m序列分組根據(jù)RFID系統(tǒng)配置需要，設計每個讀寫器可并行接收的碼道數(shù)。例如取作4。則 一個長度為(24_1)位的m序列可以被分組。即m序列長度為15。但不限于此長度。序列長度為15的m序列本原多項式是可選的。例如選為G(X) = 1+X3+X4由此產(chǎn)生的15位m序列族4個分序列組如下表讀寫器00讀寫器01讀寫器10讀寫器11標簽隨 機數(shù)01000111101011010001111010110011001000111101000000111101011001010110010001111100100011110101110101100100011010010001111010110110010001111011010110010001111110101100100011000111101011001001111019110010010110010001111011110101100100011表中各序列第一個2位游程為分組代碼，讀寫器被分配該序列組時，也就成為讀 寫器代碼。表中各序列初始狀態(tài)為序列的第一個4位游程。也就是標簽臨時接入碼。標簽 每一次應答過程所應用的碼道代碼。表中各序列第二個2位游程為標簽所產(chǎn)生的隨機數(shù)。 即隨機數(shù)可取值為=00,01,10,11.如果希望獲得更長的序列，例如選用31位m序列?？梢杂胁煌姆纸M方案。如4 讀寫器分組。即4序列組每組7-8個序列，或8序列組每組7-8個序列，則讀寫器代碼長度 和標簽隨機數(shù)位數(shù)前者分別為2位3位.后者分別為3位2位。2.標簽設計移位m序列族擴展頻譜并行應答IFID空中接口所用的標簽為隨機選取m序列擴 展頻譜應答標簽.如圖1。隨機選取m序列擴展頻譜標簽設計與固定m序列擴展頻譜應答的標簽設計基本相 同，其差別僅在于增加了一個隨機數(shù)發(fā)生器，和正交序列庫。每次產(chǎn)生的擴展頻譜序列是正 交序列族中隨機選取的一個序列，不是固定的序列。序列庫可以用硬件，固件或軟件不同的方法實現(xiàn)。硬件方法就是做一個線性反饋 移位寄存器，固件的方法就是把序列族存入標簽芯片中，軟件方法就是由序列初始狀態(tài)按 本原多項式計算。3.讀寫器多碼道相關接收單元設計移位m序列族擴展頻譜并行應答RFID空中接口所用的讀寫器特點在于有一個多 通道相關接收單元。讀寫器設計成多通道相關接收單元如圖2。該讀寫器與固定直接序列擴展頻譜應 答的讀寫器設計基本相同。其差別在于讀寫器的相關解調接收是由多個并聯(lián)的相關解調接 收支路組成。每個支路分別對應不同標簽發(fā)來的擴展頻譜信號序列解擴。因此，讀寫器每 個解擴支路的相關器抽頭對應不同擴展頻譜序列。所用序列是分配到該讀寫器正交序列組 中的一個序列。
權利要求
本發(fā)明提出的“移位m序列族擴展頻譜并行應答RFID空中接口”，包括隨機選取選擴展頻譜序列電子標簽(以下簡稱標簽)，具有相應m序列族中的一組序列擴展頻譜的多碼道并行相關接收單元的讀寫器。本發(fā)明的特征是實現(xiàn)標簽的并行應答。
2.基于權利要求1，其特征是對所使用的移位m序列族內的序列分組。并按分組數(shù)確 定序列所屬組別。例如分成四組，各組代碼分別為00，01，10，11。則按序列初始狀態(tài)的第 一個兩位游程與代碼一致的原則對序列進行分組。如第一游程為00，歸于代碼00組，其余 可類推。又如分成八組，各組代碼分別為000，001，一111。則按序列初始狀態(tài)的第一個 三位游程與代碼一致的原則對序列進行分組。亦可類推。
3.基于權利要求1，其特征是規(guī)定讀寫器的代碼為序列組代碼，如分組代碼為N位二進 制數(shù)，則讀寫器的代碼為序列組第一個N位游程。
4.基于權利要求1，其特征是規(guī)定標簽的臨時代碼即序列的初始狀態(tài)碼。其前一部分 由讀寫器代碼決定，剩余部分由標簽隨機數(shù)產(chǎn)生器產(chǎn)生。標簽所產(chǎn)生的隨機數(shù)范圍與初始 狀態(tài)碼除去讀寫器代碼的剩余部分狀態(tài)數(shù)一致。
5.基于權利要求1，其特征是規(guī)定標簽的臨時代碼即序列的初始狀態(tài)碼。只用于一次 應答過程。即從標簽應答到讀寫器返回應答成功或失敗的指令執(zhí)行過程。
6.基于權利要求1，其特征是規(guī)定當讀寫器天線波束覆蓋區(qū)內標簽數(shù)較大，出現(xiàn)應答 碰撞時，啟動碰撞標簽重新應答控制程序即讀寫器向標簽發(fā)送讀取失敗指令，接到讀取失 敗指令的標簽重新選擇隨機數(shù)，確定所用擴展頻譜序列，占有相應碼道，重新應答。
7.基于權利要求1，其特征是規(guī)定當讀寫器天線波束覆蓋區(qū)內標簽數(shù)量極大，預定會 出現(xiàn)更多應答碰撞時，讀寫器啟動標簽應答時間分散控制程序在讀寫器向標簽發(fā)送讀取 指令的同時，讀寫器對同時應答的標簽分別指配不同的應答時延。
全文摘要
本發(fā)明“移位m序列族擴展頻譜并行應答RFID空中接口”屬近程通信領域，射頻識別(RFID)技術。與超短波，微波RFID系統(tǒng)和設備設計有關。本發(fā)明提出標簽并行應答，讀寫器并行接收RFID空中接口設計，讀取效率更高，碰撞概率更低。本發(fā)明提出基于m序列的移位等價特性，構建移位m序列正交序列族，作為擴展頻譜序列和應答信道接入用正交序列族。本發(fā)明利用m序列族的正交特性實現(xiàn)RFID讀寫器對多標簽應答信號并行接收。本發(fā)明提出對同一個序列族的序列進行序列分組。形成正交序列組。RFID讀寫器可以按需要分配一個特定的序列，或特定的序列組。本發(fā)明提出由標簽產(chǎn)生隨機數(shù)隨機選擇應答序列，其選擇范圍局限于所應答讀寫器被指配的序列組。
文檔編號H03M7/46GK101957907SQ20091004126
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月21日 優(yōu)先權日2009年7月21日
發(fā)明者劉禮白 申請人:劉禮白