基于軟件無線電的RFID閱讀器設計

射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)是利用射頻信號的空間耦合及反向散射特性對目標對象進行自動識別以及數(shù)據(jù)交換的技術.因此識別過程不需要人工干預，具有高精度.長壽命.易操作等特點.

超高頻射頻識別(UHF RFID)由于識別距離遠(最大可達10 m)的特點，已經(jīng)被越來越多地應用于物流管理.交通運輸管理.工廠生產(chǎn)控制等領域.目前RFID標準繁雜，沒有一個較為通用的應用標準，所以對于標簽種類眾多的應用場合及RFID技術研究開發(fā)院所，開發(fā)一個能夠支持多種RFID 標簽標準的閱讀器就顯得很有必要.利用軟件無線電的特性，將不同的RFID標準用軟件代碼來實現(xiàn)，通過加載不同軟件代碼的方法實現(xiàn)對符合不同標準的RFID標簽進行讀寫操作，可以方便地解決需要購買不同的閱讀器才可以對不同類型的RFID標簽進行讀寫的問題.

軟件無線電是20世紀90年代以后逐漸興起的一種全新的設計思想，其核心是在通用的模塊化.可編程的硬件平臺上通過加載不同的通信軟件，以實現(xiàn)不同通信方式間的轉換.這種設計思想使通信中的無線電臺可以適應不同的通信方式，軟件無線電良好的兼容性和可編程性使得通信系統(tǒng)的開發(fā)主要成為數(shù)字信號處理軟件的研究.基于這一思想，可以試圖將RFID的各種標準以軟件代碼的形式實現(xiàn)，從而實現(xiàn)通過加載不同軟件來完成符合各種不同標準的RFID閱讀器的功能.

本文使用NI公司開發(fā)的LabVIEW軟件來編寫軟件無線電的代碼，LabVIEW 是目前國際上應用最廣的數(shù)據(jù)采集和控制開發(fā)環(huán)境之一，其在通信仿真領域有著重要的作用.它使用圖形化的編程語言(又稱“G”語言)編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式.LabVIEW 也是通用的編程系統(tǒng)，有一個完成任何編程任務的龐大函數(shù)庫，包括數(shù)據(jù)采集.GPIB.串口控制.數(shù)據(jù)分析.數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲等.可以增強研究和開發(fā)人員構建自己科學和工程系統(tǒng)的能力，并提供實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑.

1 基于軟件無線電的RFID閱讀器模型

RFID 標簽要反射回自身所攜帶的信息，需要首先獲得激勵信號，然后經(jīng)過電壓調節(jié)器將閱讀器傳送過來的射頻信號轉換為直流穩(wěn)壓電源.所以需要軟件無線電(仿真閱讀器)首先發(fā)射激勵波，在一些較為安全的RFID 應用協(xié)議中，還包括了安全認證以及對標簽進行操作的過程，這就需要在激勵波中增加一些操作指令代碼，來從標簽中獲取相應的信息.標簽的反射信號攜帶了自身的信息，在反射信號的接收過程中，信道的衰落.多徑效應，加上接收器本身也會引進噪聲.因此，在信息解析之前需要濾掉這些影響.仿真閱讀器采用與激勵波頻率相同的載波進行相干解調.整個RFID仿真閱讀器的框架如圖1所示.

2 標簽信息的解析

本文對符合AAR S-918標準的RFID標簽進行了讀取.該標準對RFID系統(tǒng)的工作頻率.發(fā)送/接收帶寬.調制方式.發(fā)射機功率以及編碼方案等做了詳細的規(guī)定.

其編碼方案如圖2所示，從圖2中可以看出，每1位用戶數(shù)據(jù)位用8 個子位來代替，即用戶數(shù)據(jù)“1”用“10101100”來代替，用戶數(shù)據(jù)“0”用“11001010”來代替.數(shù)據(jù)幀標識頭為“1010101010101100”.在對標簽反射信號進行濾波.解調等信號處理之后，還原出基帶原始信號.接下來對標簽攜帶信息進行還原.AAR S-918標準中采用特有6 b ASCII編碼，編碼的對應關系如表1所示.

3 閱讀器性能測試

根據(jù)RFID系統(tǒng)的工作原理及AAR S-918標準中對工作的頻率的規(guī)定，首先使用LabVIEW 軟件編寫發(fā)射激勵波的程序，設置載波頻率為915 MHz,采樣率為800 kHz,發(fā)射增益為30 dB.程序前面板與系統(tǒng)框圖分別如圖3,圖4所示.

當標簽進入閱讀器的識別區(qū)域后，就會將自身所攜帶的信息通過電磁反射回傳給閱讀器，仿真閱讀器根據(jù)AAR S-918 標準規(guī)范，將反射回來的ASK 信號進行解調，并根據(jù)AAR S-918標準的編碼規(guī)則對其所攜帶的信息進行解碼，閱讀器的信號處理及解碼程序如圖5,圖6所示.

從圖6 中可以看出，經(jīng)過解析，標簽所攜帶的信息為“$1(B,S1$”,用標準商用閱讀器讀到的數(shù)據(jù)如圖7所示.從圖7中可以看出，商用閱讀器讀出的數(shù)據(jù)與仿真閱讀器讀出的數(shù)據(jù)完全一致.仿真閱讀器成功讀取到了標簽自身所攜帶的信息，實現(xiàn)了標準閱讀器的功能.

4 結語

本文通過對軟件無線電和RFID 系統(tǒng)的學習研究，采用LabVIEW圖形化編程語言設計了一個基于軟件無線電的RFID仿真閱讀器.通過與標準閱讀器的讀取結果進行比對，這一設計能夠實現(xiàn)標準閱讀器的讀取功能.從而實現(xiàn)了通過加載不同軟件來讀寫符合不同標準的RFID標簽的功能，適合于多種不同標準的標簽同時應用的場合.

本文所針對的AAR S-918標準因其不具有復雜的協(xié)議認證過程，可以較為簡單地實現(xiàn).在以后的工作中，將會對其他協(xié)議的標準進行研究，將其加入到代碼庫中，以方便地實現(xiàn)用加載代碼的方式來完成對RFID標簽的讀寫操作.