一种提高射频识别系统通信可靠性的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种提高射频识别系统通信可靠性的方法，它包括以下步骤：（１）在标签与读卡器通信的反向链路中，在所述标签中增设一直序扩频电路，在所述读卡器中增设一扩频码与所述直序扩频电路相同的解扩电路；（２）所述标签将要发送的基带数据通过预先设定的扩频码，经所述扩频电路进行直序扩频；（３）将扩频后的基带数据调制到载波上；（４）标签返回信号通过天线反射给所述读卡器；（５）所述读卡器对所述标签反射回的载波进行解调；（６）所述读卡器通过与所述标签一致的扩频码对所述基带信号进行解扩，得到所述标签发送的基带数据。本发明专利技术能够提高ＲＦＩＤ系统中标签向读卡器反射信号的抗干扰、抗噪声、抗多径衰落和保密性能，可方便地植入到基于任何ＲＦＩＤ通讯协议的ＲＦＩＤ系统中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通信领域的射频识别方法，特别是关于。
技术介绍
通信领域的RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)技术，是利用射频方式进行远距离的通信达到识别物品目的的一种自动化物品识别技术。该技术主要和当今数字化移动商务相适应，可以实现自动识别和远程实时监控及管理，是当代信息技术中的热门技术之一。将RFID标签安装在需要认证的物件上，标签通过电磁波发送关于该物件的身份信息给接收装置，按这种工作方式RFID系统可用来追踪和管理几乎所有物理对象。RFID技术在工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理、防伪技术等众多领域具有广泛的应用前景。如图1所示，RFID系统主要由读卡器和标签组成，读卡器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当标签进入发射天线的工作区域时，标签获得能量被激活，标签将自身携带的信息返回给读卡器，读卡器对接收信号进行解调和解码后，将标签的信息数据通过接口与后台控制计算机进行数据交换，同时可以执行应用系统软件发来的命令，实现不同的功能。RFID系统按照标签上是否含有数据电源，可分为有源标签RFID系统和无源标签RFID系统两类。无源的射频标签自身没有电源，因此无源射频标签工作用的所有能量必须从读卡器发出的电磁场中取得。与此相反，有源的射频标签包含一个电池，为标签的工作提供全部或部分能量。在RFID系统的应用中，标签从读卡器发射的电磁场中接收到的信号能量很低，并且随着距离的增大而衰减。从标签返回至读卡器的后向链路的信号能量更低，尤其对于无源标签来说，标签工作的所有能量来自于读卡器发射的电磁场。随着标签到读卡器距离的增大，标签接收到的功率会从几百uW减弱到几uW，反射回读卡器的能量比标签接收到的能量更低，往往不到1uW。因此在远距离的工作条件下，由于噪声、干扰、多径等影响，读卡器难以检测到标签的返回信号或难以解调出正确的数据信息。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供，采用本专利技术方法可以使RFID系统在低信噪比的条件下获得较低的信息差错率，解决读卡器难以检测或难以正确解调标签返回数据的问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案1、，它包括以下步骤(1)在标签与读卡器通信的反向链路中，在所述标签中增设一直序扩频电路，在所述读卡器中增设一扩频码与所述直序扩频电路相同的解扩电路；(2)所述标签将要发送的基带数据通过预先设定的扩频码，经所述扩频电路进行直序扩频；(3)将扩频后的基带数据调制到载波上；(4)标签返回信号通过天线反射给所述读卡器；(5)所述读卡器对所述标签反射回的载波进行解调；(6)所述读卡器通过与所述标签一致的扩频码对所述基带信号进行解扩，得到所述标签发送的基带数据。在所述步骤(2)之后，先对扩频后的所述基带数据进行副载波调制后，再进入步骤(3)；同时在步骤(5)之后，先通过副载波解调后，再进入步骤(6)。所述扩频码是基于RFID系统使用的m序列。所述标签与读卡器采用基于ASK的通信协议进行调制与解调。所述标签与读卡器采用基于PSK的通信协议进行调制与解调。本专利技术由于采用以上技术方案，其具有以下优点1、本专利技术由于对从标签返回的数据加入了扩频处理，而信道中的噪声不带有扩频因子，读卡器接收的噪声信号在解扩时能量被扩散，在接收端就得到了信噪比的增益，因此使RFID系统抗噪声性能得到有效提高，可以在很小的信噪比情况下进行通信，甚至可在信号比噪声低得多的条件下实现可靠通信。2、本专利技术对射频识别信道的解扩过程是与多径传播信号的直接路径同步的，因此既使反射路径中包含有相同的扩频因子，也同样会被抑制掉，从而使本专利技术具有较高的抗多径衰落性能。3、普通未采用本专利技术的RFID系统不知道扩展基带信号的扩频码，因此他们无法解码出正确的标签数据；另外，标签扩频发送端对要传送的信息进行了频谱扩展，使信号功率密度降低，近似于噪声性能，从而使信号具有低幅度、隐蔽性好等优点，提高了通信保密性能。4、采用副载波调制方法的本专利技术系统可以进一步降低射频识别系统的通信误码率，适用于对通信可靠性要求更高的系统。本专利技术方法可方便地植入基于任何RFID通讯协议的RFID系统中。附图说明图1是普通RFID系统的通信框2是本专利技术的提高通信可靠性的RFID系统的通信框3是本专利技术的实施例一的RFID系统的通信框4是本专利技术的实施例二的RFID系统的通信框5是普通RFID系统与本专利技术方法的RFID系统的通信误码率比较图6是采用不同阶数扩频码的RFID系统的通信误码率曲线具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细描述。首先介绍本专利技术的工作原理根据Shannon(香农)定理，对于连续信道，如果信道带宽为W且受到加性白噪声干扰(又称高斯信道)，则其信道容量C的理论公式为C＝Wlog2(1+S/N)。式中，C为信道容量(bit/s，即信道能达到的最大传输能力)，W为信道带宽，N为噪声功率，S为信号功率。令C是希望具有的信道容量，即要求的信息，将其转换成以e为底的对数C/W＝1.44loge(1+S/N)。对于干扰环境中的典型情况，S/N＜＜1，对上式用幂级数展开，略去高次项得C/W＝1.44S/N。在高斯信道中，如果要保持信道容量C不变，当传输系统的信号噪声功率比S/N下降时，可以增加系统传输带宽W，即带宽W和信噪比S/N是可以互换的。甚至在信号被噪声淹没的情况下，只要增加信号的带宽，仍然可以保证可靠的通信质量。同样，对于任意给定的信号噪声功率比，可以用增大传输带宽来获得较低的信息差错率。扩展频谱技术正是利用这一原理，用高速率的扩频编码来达到扩展待传输的数字信息带宽的目的。科捷尔尼弗在其潜在抗干扰理论中得到如下关于信息与差错概率公式Pe≈f(E/N0)。该式表明差错概率Pe是信号能量与噪声功率谱密度N0之比的函数。设信号频谱宽度为W，信息持续时间为T，信号功率为S＝E/T，噪声功率为N＝WN0，信息带宽为ΔF＝1/T，则有Pe＝f(S·T·W/N)＝f((S/N)·(W/ΔF))。由上式可知差错概率Pe是信噪比S/N和信号带宽与信息带宽比W/ΔF二者乘积的函数。即对于传输具有一定的带宽ΔF和信噪比S/N的信息来说，增加带宽可以降低差错概率。本专利技术提出的提高射频识别系统通信可靠性的方法，涉及射频识别系统从RFID标签(Tag)到读卡器(Reader)通信的反向链路，该方法包括以下步骤1、标签对要发送的基带数据通过预先设定的扩频码进行直序扩频；2、将扩频后的基带数据调制到载波上；3、标签返回信号通过天线反射给读卡器； 4、读卡器对标签反射回的载波进行解调；5、读卡器通过与标签一致的扩频码对基带数据进行解扩。通过以上对通信方法实现过程的描述可知，标签与读卡器之间的数据需要进行扩频和解扩，因此需要在RFID系统中增设以下硬件单元(如图2所示)在标签中增设一直序扩频电路，以实现标签在对读卡器发送数据时实际发送的是经该电路直序扩频后的数据。同时在读卡器中增设一解扩电路，该解扩电路的扩频码与标签中的相同，以实现读卡器在接收标签发送的数据时，利用相同的扩频码对所接收的数据进行解扩。为配合扩频数据的通信，标签可以采用两种调制方法，读卡器采用相应的解调方法第一种方法是对扩频后的基带信号直接进行数据调制；第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高射频识别系统通信可靠性的方法，它包括以下步骤：（１）在标签与读卡器通信的反向链路中，在所述标签中增设一直序扩频电路，在所述读卡器中增设一扩频码与所述直序扩频电路相同的解扩电路；（２）所述标签将要发送的基带数据通过预先 设定的扩频码，经所述扩频电路进行直序扩频；（３）将扩频后的基带数据调制到载波上；（４）标签返回信号通过天线反射给所述读卡器；（５）所述读卡器对所述标签反射回的载波进行解调；（６）所述读卡器通过与所述标签一致的 扩频码对所述基带信号进行解扩，得到所述标签发送的基带数据。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李敏，张春，李永明，王志华，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]