邱秀清

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所,合肥 230088)

引 言

射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)[1]。2007年 VDC(Venture Development Corporation)在全球RFID行業(yè)規(guī)劃中國(guó)版研究報(bào)告中指出：RFID伴隨著巨大推動(dòng)力并以一種前所未有的方式登陸中國(guó),得到了政府項(xiàng)目的廣泛支持以及越來越多全球制造商的積極擁護(hù)。中國(guó)的RFID運(yùn)動(dòng)已經(jīng)順利完成強(qiáng)力起始階段,并有可能在未來五年內(nèi)保持高速發(fā)展[2]。

RFID由于載波頻段不同,可以劃分為低頻(30～300 kHz)、中頻(300 kHz～ 3 M Hz)、高頻(3 ～ 30 M Hz)和超高頻(300 MHz～3 GHz)。其中,超高頻(UHF)頻段的有效作用距離最大,可以達(dá)到8～20 m,可廣泛應(yīng)用于商業(yè)物流和交通運(yùn)輸領(lǐng)域。

超高頻射頻識(shí)別系統(tǒng)的協(xié)議目前有很多種,主要可以分為兩大協(xié)議制定者：一是ISO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織);二是EPC Global。ISO組織目前針對(duì)UHF頻段制定了射頻識(shí)別協(xié)議ISO 18000-6,而EPC Global組織則制定了針對(duì)產(chǎn)品電子編碼超高頻射頻識(shí)別系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。其中,EPC UHF Class l Generation2(EPC Cl G2)已逐步成為物流管理方面的主流標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)還被采納為ISO/IEC18000-6C標(biāo)準(zhǔn)[3],是當(dāng)前最新的標(biāo)簽與讀寫器通信協(xié)議。本文重點(diǎn)分析了EPC C1 G2標(biāo)準(zhǔn)下的數(shù)據(jù)編碼方式,同時(shí),利用Matlab/Simulink[4]工具對(duì)EPC C1 G2標(biāo)準(zhǔn)下的 UHF RFID系統(tǒng)的發(fā)送鏈路和接收鏈路進(jìn)行了建模和仿真。

1 發(fā)送鏈路的建模和仿真

1.1 發(fā)送鏈路編碼[5]

發(fā)送鏈路采用PIE編碼,如圖1所示。其中,Tari為讀寫器對(duì)標(biāo)簽發(fā)信的基準(zhǔn)時(shí)間間隔,是數(shù)據(jù) 0的持續(xù)時(shí)間,其值可以采用6.25～ 25 μ s 的任意值(一般推薦選擇 6.25 μ s、12.5 μ s或者 25 μ s);PW(脈沖寬度)可以采用 0.265Tari～0.525Tari的任意值 。若取 Tari=25 μ s,PW=0.5Tari,數(shù)據(jù)1的周期T1=2Tari,則數(shù)據(jù)0及數(shù)據(jù)1的PIE編碼格式如圖2所示。

圖1 Gen 2協(xié)議下的PIE符號(hào)

圖2 仿真系統(tǒng)中設(shè)定的PIE編碼格式

1.2 發(fā)送鏈路系統(tǒng)框架[6-7]

圖3為搭建的發(fā)送鏈路框架,包括PIE碼產(chǎn)生、升余弦濾波、希爾伯特變換、調(diào)制深度控制、量化、濾波、上變頻和放大器等模塊。其中,PIEcode模塊通過在Matlab下編寫S函數(shù)來實(shí)現(xiàn)[4]。

圖3 發(fā)送鏈路框架

1.3 發(fā)送鏈路仿真結(jié)果

在搭建的發(fā)送鏈路框架下得到的仿真結(jié)果如圖4～圖6所示。數(shù)據(jù)源發(fā)送的偽隨機(jī)PIE碼如圖4所示,經(jīng)過升余弦濾波以后的波形如圖5所示。

圖4 數(shù)據(jù)源發(fā)送的偽隨機(jī)PIE碼

圖5 經(jīng)過升余弦濾波以后的波形

發(fā)送的雙邊帶幅度調(diào)制信號(hào)如圖6所示。圖6(a)和圖6(b)調(diào)制深度分別為30%和100%的結(jié)果。

2 接收鏈路的建模和仿真

2.1 后向鏈路編碼[5]

2.1.1 FM0后向鏈路編碼

圖6 發(fā)送的雙邊帶幅度調(diào)制信號(hào)

FM0編碼又稱“雙相間隔碼編碼”,即：若信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)未發(fā)生跳變,則表示二進(jìn)制1;若信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)發(fā)生跳變,則表示二進(jìn)制 0。具體編碼方式如圖 7所示。在數(shù)字信號(hào)為100110的情況下,可具有兩種編碼輸出：001010110010和 110101001101。

圖7 數(shù)字信號(hào)與FM0編碼比較

2.1.2 Miller調(diào)制副載波

Miller調(diào)制副載波也是標(biāo)簽到讀寫器通信時(shí)可選的數(shù)據(jù)編碼方式之一。Miller編碼規(guī)則是邏輯“0”的電平和前位有關(guān),而邏輯“1”雖然在位中間有跳變,但是上跳還是下跳取決于前位結(jié)束時(shí)的電平。數(shù)據(jù)101100011010的Miller編碼如圖8所示。不同于基帶FM0編碼之處是,基帶Milier編碼僅在2個(gè)連續(xù)符號(hào)0間才發(fā)生相位翻轉(zhuǎn),其他數(shù)據(jù)符號(hào)組合(01/10/11)不發(fā)生相位翻轉(zhuǎn)。

圖8 數(shù)據(jù) 101100011010的 Miller編碼

2.2 接收鏈路系統(tǒng)框架[6-7]

圖9為搭建的接收鏈路系統(tǒng)框架。在接收鏈路的搭建中,發(fā)射機(jī)先發(fā)送一個(gè)無調(diào)制的載波來激活標(biāo)簽,接收鏈路采用FM0編解碼模塊。由于具有滯后性,引入一個(gè)位延時(shí)。另外,由于Free Space Path Loss模塊要求的輸入為complex型,因此在其前端引入了一個(gè)Product模塊,用于將輸入的Double信號(hào)轉(zhuǎn)換為Complex。在其后端引入了Complex to Real-Image模塊進(jìn)行反轉(zhuǎn)換。這種巧妙的設(shè)計(jì)解決了模塊信號(hào)類型的不匹配問題。

圖9 接收鏈路系統(tǒng)框架

2.3 接收鏈路仿真結(jié)果

圖10 原始輸入信號(hào)以及進(jìn)行FM0編碼和解碼以后信號(hào)

圖11 接收波形

圖10給出了原始輸入信號(hào)以及進(jìn)行FM0編碼和解碼以后的信號(hào)。圖11(a)、11(b)分別為閱讀器和標(biāo)簽距離1 m和5 m的接收波形。

[1]曾少林,易靈芝,王根平,等.高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)算法在RFID數(shù)據(jù)安全中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2007,15(6)：792-793.

[2]VDC：中國(guó) RFID 市場(chǎng)白皮書.[2010-03].http：//www.rfidinfo.com.cn/Tech/d111_1.html.

[3]張暉,王東輝.RFID技術(shù)及其應(yīng)用的研究[J].微計(jì)算機(jī)信息 ,2007(11)：252-254.

[4]王正林,王勝開,陳國(guó)順,等.MATLAB/Simulink與控制系統(tǒng)仿真[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社,2008.

[5]EPC Radio-Frequency Identity Protocols Class-1 Generation-2 UHF RFID Protocol for Communications at 860 M Hz～960 M Hz.Version 1.0.9,2005.

[6]Jin Li,Cheng Tao.Analysis and Simulation of UHF RFID System[C].ICSP 2006 Proceedings,Guilin,2006.

[7]韓益鋒.射頻識(shí)別閱讀器的研究與設(shè)計(jì)[D].上海：復(fù)旦大學(xué),2005.