一种基于独立成分分析技术的射频标签识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于ＩＣＡ技术的射频标签识别方法，包括以下步骤：阅读器以广播方式发送查询请求；各标签接到查询命令后，将标签的ＩＤ数据信息与ＤＳ－ＣＤＭＡ扩频序列ＰＮ混合得到该标签的唯一码序列；对混合后的唯一码序列进行ＡＳＫ调制，然后发送到给阅读器；阅读器将接收的各标签发送来的信号进行ＡＳＫ解调；对解调出来的ＡＳＫ信号进行上采样，得到数据样本ｘ（ｎ）；对采样得到的数据样本ｘ（ｎ）白化处理，去除信号的二阶相关性，得到处理数据ｚ；利用ＩＣＡ算法对ｚ进行信号分离，得到可识别的射频标签信号。本发明专利技术由于其数据处理流程没有对频率和时间进行分割，所以避免了各用户之间抢占信道所带来的数据碰撞问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种射频标签识别方法，特别涉及一种基于ICA技术的射频 标签识别方法。
技术介绍
RFID(Radio Frequency Identification)是一种利用射频技术实现的非接触 式自动识别技术。它以无线通信技术、大规模集成电路技术为核心，利用射 频信号及其空间耦合、传输特性，实现对静止或移动目标的自动识别，高效 的获取目标信息数据，通过与互联网等技术的结合可以实现全球范围内目标 的跟踪与信息的共享。做为量大面广的基础技术，RFID技术将彻底改变人类 的生产和生活方式，被认为是21世纪最有发展前途的战略技术之一。近年来， RFID技术己经被广泛应用于社会、经济、国防等众多领域，在制造业、服务 业等国民经济诸多领域和人们日常生活中都显示出巨大的发展潜力与应用空 间，并将对整个社会信息化水平的提高以及加强国防安全等方面产生广泛的 影响。RFID系统中的最主要问题在于系统共享无线信道资源，所以系统中存在 数据碰撞问题。当阅读器的阅读范围内存在多个标签的时候，由于不同的标 签都试图发送自己的ID信息给阅读器，这时采用传统的防碰撞技术已经不能 很好的解决问题，特别是当RFID系统的容量很大时，问题就显得更加突出。 解决碰撞的方法通常有两种方式 一种强调不同的防碰撞算法和协议，它是 通过阅读器的判优算法来减少数据碰撞的。另外一种方式是把RFID系统看成 多路访问通信系统来处理。通过这种方法实现碰撞率的减少具有更高的效率和更好的鲁棒性。现在己经有几种用于RFID系统的多路访问协议，比如aloha、 Framedaloha、 PPM (脉位调制)、TDMA (时分多址)、FDMA (频分多址)、 CDMA (码分多址)等，这些传输方式应用于被动式标签且标签数目不多的 场合时，能够很好的解决数据碰撞问题。但是这些技术都存在当系统的容量 增加时，系统的性能会迅速下降，有时甚至会出现网络阻塞的情况发生。
技术实现思路
为解决多标签RFID系统中存在的数据碰撞问题，本专利技术提供一种基于 ICA技术的射频标签识别方法。本专利技术将DS-CDMA应用于RFID系统的多路 访问通信模式，结合独立成分分析算法ICA，进行多标签数据处理，以实现 多标签RFID系统中射频标签的识别。本专利技术解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤1) 阅读器以广播方式发送査询请求；2) 各标签接到査询命令后，将标签的ID数据信息与DS-CDMA扩频序 列PN混合得到该标签的唯一码序列；3) 对混合后的唯一码序列进行ASK调制，发送到给阅读器；4) 阅读器将接收的各标签发送来的信号进行ASK解调；5) 对解调出来的ASK信号进行上采样，得到数据样本;c(w)，采样频率跟 PN-CDMA扩频序列的频率一致；6) 对数据样本;cW白化处理，去除信号的二阶相关性，计算样本均值五W 得到处理数据z;7) 利用ICA算法对z进行信号分离，得到可识别的射频标签信号。 本专利技术的技术效果在于本专利技术在考虑RFID系统实际的工作模式的情况下，将RFID系统看成多路访问的通信方式，在利用DS-CDMA技术进行多标签检测的方法上，结合独立成分分析ICA技术，对不同标签的数据进行分离， 实现多标签的识别。本专利技术方法的实现对容量没有非常特殊的要求，同时由 于采用了CDMA技术，所以没有对频率和对时间的分割，所有的标签都使用 相同的频率段进行数据的发送，对于标签数目较多时，系统的优势非常明显， 同时，对于系统以后的扩容需要也较好解决。 下面将结合图对本专利技术作进一步的说明。 附图说明图1为本专利技术中整个RFID系统的数据通信系统框图。 图2为本专利技术中RFID系统标签端数据处理框图。 图3为本专利技术中RFID系统阅读器端数据处理框图。 图4为本专利技术用于仿真的测试数据源以及利用ICA算法处理之后还原的 波形图。图5本专利技术中采用ICA算法不同标签数的误码率图。 具体实施方案参见图2，图2为本专利技术中标签端具体的信号处理模块方框图。从标签端 的ROM出来的数据为二进制基带信号，通过和DS-CDMA扩频序列PN相乘，将 相乘以后的数据进行ASK调制，由标签端天线发送出去。参见3，图3为本专利技术中的阅读器端数据处理流程。从阅读器端接收过来 的天线经过ASK解调之后，对解调后的信号进行上采样，采样速率跟PN序列 速率一致。之后对采样数据进行白化处理，最后利用ICA技术分离出不同标 签端的数据。参见图1，图1为本专利技术的数据处理流程图。本专利技术基于DS-CDMA技术进行多标签检测的方法上，结合独立成分分析ICA技术，对不同标签数据进行分离方法如下1) 阅读器以广播方式发送査询请求；2) 各标签接到查询命令后，从标签EEPROM中取出含有ID信息的基带 数据，基带数据可采用贝努利二进制序列产生模块来产生，将基带数据与与 伪随机序列PN相乘得到该标签的唯一码序列，其中PN序列通过PN标签的唯 一码序列选择器选择不同类型的PN序列，然后由PN序列发生器产生所对应 的PN序列，其中PN序列的频率要比基带二进制数据频率要高很多，且两者的频率存在整数倍的关系；3) 将该标签的唯一码序列进行ASK调制发送到阅读器端；4) 阅读器对从天线接收来的混合数据进行ASK解调，直接利用ASK解 调模块来完成；5) 阅读器对解调后的信号进行上采样，得xOO，采样频率与PN序列频率 一致；6) 对信号样本;cW进行白化处理，去除二阶相关性。如果信号 "[z,，z2,…,z」7'的均值为零，其元素z,是不相关的，且具有单位方差五^>~，则我们称该信号是白的，所以白化本质上是去相关加上縮放，所以可以使用 PCA技术。这意味着白化可以通过线性变换操作完成，即寻找线性变换r，使 得变换之后的向量z-^是白的。其具体的白化过程如下，即寻找合适的线性 变换K的过程i. 估计样本均值E(x)， ￡(^)=丄|>(" ii. 对样本;cOt)进行中心化处理，g卩x&) —xOt)-五(;c)，其目的是使变换之后的数据样本均值为零； iii. 求协方差矩阵，即相关矩阵C,-^xx"; iv. 求协方差矩阵C,的特征值《，^，…《，Z^^^(^…《)是以C义特征值《,^，…《为对角元素的对角矩阵； v. 求协方差矩阵C,的特征向量，￡ = …,&)是以协方差矩阵 ^ =￡[0:"的单位范数特征向量为列的矩阵； vi. 对中心化处理之后的x(yt)进行线性变换处理，即乘以白化矩阵7得 到白化后的处理数据z = ^ ，其中r = zr1/2f为对角矩阵。7)利用ICA算法实现白化处理后各标签基带信号分离，实现标签的识别， 其具体过程如下i. 选择要估计的独立成分的个数附。 ii. 选择一组具有单位范数的初始化(可随机选取)向量w,， / = 1,2,…,附。iii. 选择一个函数g(y)4anh(flj)， lSfl^2。 iv. 对每一个z、l,2,…,w，更新w,: w, <~￡{zg(wfz)-￡(g'(w,rz))}w,V. 对矩阵『进行正交化『—(,卞/2『Vi. 如果收敛，z信号分离结束，得到可识别的射频标签信号，否则 返回步骤iv)。 本专利技术应用示例根据上述实现步骤，对具体的RFID系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＩＣＡ技术的射频标签识别方法，包括以下步骤：１）阅读器以广播方式发送查询请求；２）各标签接到查询命令后，将标签的ＩＤ数据信息与ＤＳ－ＣＤＭＡ扩频序列ＰＮ混合得到该标签的唯一码序列；３）对混合后的唯一码序列进行 ＡＳＫ调制，发送到给阅读器；４）阅读器将接收的各标签发送来的信号进行ＡＳＫ解调；５）对解调出来的ＡＳＫ信号进行上采样，得到数据样本ｘ（ｎ），采样频率跟ＰＮ－ＣＤＭＡ扩频序列的频率一致；６）对数据样本ｘ（ｎ）白化处理， 去除信号的二阶相关性，计算样本均值Ｅ（ｘ）得到处理数据ｚ；７）利用ＩＣＡ算法对ｚ进行信号分离，得到可识别的射频标签信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁莉芬，何怡刚，侯周国，邓晓，李兵，肖迎群，唐志军，谢涛，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]