UHF RFID讀寫器的設(shè)計方案(一)

為了分析UHF RFID讀寫器系統(tǒng)抗干擾性能，本文提出了基于ISO18000-6 type B 協(xié)議下UHF RFID讀寫器的設(shè)計方案，并對其通信過程進(jìn)行了Simulink仿真，給出了曼徹斯特編解碼以及2ASK調(diào)制解調(diào)的模型。

　　最后，結(jié)合實際中經(jīng)常遇到的高斯白噪聲信道分析了系統(tǒng)的信道抗干擾性能，給出了系統(tǒng)的誤碼率隨信噪比變化曲線。仿真表明本方案所設(shè)計的UHF RFID讀寫器系統(tǒng)具有較高的抗干擾性能。

　　0 引言

　　射頻識別系統(tǒng)是一種非接觸的自動識別系統(tǒng)，通過射頻無線信號自動識別目標(biāo)對象，并進(jìn)行讀、寫數(shù)據(jù)等相關(guān)操作，這種無線獲取數(shù)據(jù)的方式在工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運輸控制管理眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

　　RFID系統(tǒng)由閱讀器、電子標(biāo)簽和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，其中讀寫器是RFID系統(tǒng)信息控制和處理中心，在系統(tǒng)工作中起著舉足輕重的作用，其性能的好壞直接影響到數(shù)據(jù)獲取的可靠性和有效性。而超高頻讀寫器在遠(yuǎn)距離識別以及高速數(shù)據(jù)讀取方面有著顯著的優(yōu)勢，為此本文研究基于ISO 18000-6標(biāo)準(zhǔn)的Type B協(xié)議下的高頻讀寫器具有重要的現(xiàn)實意義。

　　1 RFID工作原理

　　不同的RFID系統(tǒng)，工作原理略有不同，但其依據(jù)的基本工作原理是一樣的。RFID系統(tǒng)讀寫器與電子標(biāo)簽基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。由讀寫器模塊中振蕩器產(chǎn)生射頻振蕩信號，經(jīng)過載波形成電路產(chǎn)生載波信號，再經(jīng)過發(fā)送通道編碼、調(diào)制和功率放大后經(jīng)天線發(fā)出射頻信號，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入到工作區(qū)域，讀取讀寫器發(fā)送的信號，一部分用于產(chǎn)生能量驅(qū)動電源激活自身工作，一部分用于獲取信息，并根據(jù)指令將帶有自身信息的信號經(jīng)過編碼、調(diào)制后由天線發(fā)送給讀寫器。讀寫器再將讀取的信號傳送給數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行相應(yīng)操作。

　　讀寫器在RFID 系統(tǒng)中扮演重要的角色，主要負(fù)責(zé)與電子標(biāo)簽的雙向通信，同時接收來自主機(jī)系統(tǒng)的控制指令。各種讀寫器雖然在耦合方式、通信流程、數(shù)據(jù)傳輸方法，特別是在頻率范圍等方面有著根本的差別，但是在功能原理上，以及由此決定的構(gòu)造設(shè)計上，各種讀寫器是十分類似的。在ISO18000-6 Type B 協(xié)議下RFID 系統(tǒng)是基于讀寫器先發(fā)言原理工作，即讀寫器先發(fā)送出一定頻率的射頻信號，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入到該工作區(qū)域時，首先產(chǎn)生感應(yīng)電流對自身激活，進(jìn)而發(fā)射出帶有自身信息的信號，讀寫器讀取該信號后送到信息處理中心并進(jìn)行相應(yīng)的處理。

　　2 UHF RFID讀寫器設(shè)計

　　超高頻射頻識別系統(tǒng)采用的頻率主要位于ISM 頻段，基于ISO 18000-6標(biāo)準(zhǔn)的射頻識別系統(tǒng)的頻率主要位于860~930 MHz，常用頻率為915 MHz.在該頻段下，電子標(biāo)簽的識別距離一般能達(dá)到1~10 m，而電子標(biāo)簽的識別距離取決于讀寫器的輸出功率，識別距離越遠(yuǎn)，其被識別的準(zhǔn)確率越高，但同時讀寫器輸出功率越高，其造價及技術(shù)難度將越高，實際應(yīng)用中，一般根據(jù)系統(tǒng)要求來確定實施方案。

　　2.1 讀寫器的編解碼模型設(shè)立

　　在RFID 中，為了使讀寫器在讀取數(shù)據(jù)時能很好地解決同步的問題，往往不直接使用數(shù)據(jù)的NRZ 碼對射頻進(jìn)行調(diào)制，而是將數(shù)據(jù)的NRZ 碼進(jìn)行編碼變換后再對射頻信號進(jìn)行調(diào)制。在ISO18000-6 TypeB協(xié)議下，使用的是曼徹斯特編碼。其編碼原則是，當(dāng)原始數(shù)據(jù)為“1”，將其編碼為“10”;當(dāng)原始數(shù)據(jù)為“0”，將其編碼為“01”。這種編碼的特點是每個碼元中間都有跳變，低頻能量較少，便于接收端提取時鐘信息。

　　仿真實現(xiàn)時，用一個頻率為原始數(shù)據(jù)發(fā)送頻率2倍的矩形波與原始數(shù)據(jù)做異或運算即可實現(xiàn)曼徹斯特編碼。對曼徹斯特編碼進(jìn)行解碼的目的是從接收到的曼徹斯特碼流中恢復(fù)出原始信號，仿真實現(xiàn)時可以使用和編碼相反的方法，即用一個頻率為原始碼流一半的矩形波與原始數(shù)據(jù)做異或運算即可實現(xiàn)曼徹斯特解碼，其仿真模型如圖2所示，仿真結(jié)果如圖3所示。曼徹斯特編解碼后的輸出信號與原始信號保持一致，符合