周英

廣州科技貿(mào)易職業(yè)學(xué)院機(jī)電系,廣東 廣州 511442

RFI D讀寫器抗干擾研究

周英

廣州科技貿(mào)易職業(yè)學(xué)院機(jī)電系,廣東 廣州 511442

RFID讀寫器工作在2.4GHz，全球開放的ISM頻段，信號干擾比較嚴(yán)重，RFID讀寫器可能工作在噪聲比較大和干擾比較強(qiáng)烈的地方，因此有必要對讀寫器進(jìn)行一些抗干擾的措施，以加強(qiáng)RFID系統(tǒng)的可靠性。本文提出了在讀寫器和電子標(biāo)簽之間采用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)來達(dá)到抗干擾的目的。

RFID讀寫器；跳頻擴(kuò)頻；抗干擾

RFID reader; frequency hopping spread spectrum;anti-jamming

引言

隨著R F I D(R a d i o F r e q u e n c y Identification，RFID)技術(shù)的不斷成熟，它在物流領(lǐng)域起著越來越重要的作用，并將成為未來自動識別技術(shù)的主流，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，而讀寫器是射頻識別技術(shù)的基礎(chǔ)。微波無線射頻識別技術(shù)是當(dāng)前國際上最先進(jìn)的第五代自動識別技術(shù)，微波頻段讀寫器工作在全球開發(fā)的ISM，該頻段干擾比較嚴(yán)重，因此設(shè)計(jì)一款強(qiáng)抗干擾能力、RFID讀寫器具有重大的理論意義、現(xiàn)實(shí)意義和市場價(jià)值。本文針對讀寫器抗干擾進(jìn)行研究，提出了在讀寫器和電子標(biāo)簽之間采用跳頻擴(kuò)頻的技術(shù)[1～4]來達(dá)到抗干擾的目的。

1 數(shù)學(xué)模型建立

RFID讀寫器抗干擾原理圖如圖1所示。

圖1 抗干擾原理圖

設(shè)數(shù)據(jù)流波形a(t)，數(shù)據(jù)速率Ra，其取值為雙極性(±1),進(jìn)行FSK調(diào)制(頻偏設(shè)為△f)后輸出信號的等效低通信號為b(t)，見公式(1)。

設(shè)偽隨機(jī)序列控制下的瞬時(shí)取值為f(t)，隨著時(shí)間改變，f(t)取值在頻率點(diǎn)fii=1,…,Ni上改變。跳頻載波信號的低通信號c(t)，見公式(2)

跳頻就是以跳頻載波對數(shù)據(jù)調(diào)制信號的頻率搬移過程，跳頻輸出的等效低通信號d(t)，見公式(3)。

在接收端，以同步PN碼控制的頻率偽隨機(jī)變化的載波(其1等效低通信號為發(fā)送載波c(t)的共軛信號c*(t))和接收信號混頻(相乘)進(jìn)行解跳頻，得到解解擴(kuò)輸出信號，見公式(4)。

其中，n(t)和J(t)分別表示噪聲和干擾信號，并且c(t)*c*(t)＝1，以同步跳變的本地恢復(fù)載波對接收信號混頻后，就得到了解跳后的窄帶信號b(t)和帶寬的噪聲以及干擾信號。用窄帶濾波器即可濾除大部分噪聲和干擾，達(dá)到抗干擾的目的。

2 仿真模型

我們采用Matlab中的simulink建立讀寫器與電子標(biāo)簽之間的通訊。根據(jù)上小節(jié)的數(shù)學(xué)模型搭建simulink系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 抗干擾仿真系統(tǒng)

在讀寫器方，采用Bernouli二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)據(jù)產(chǎn)生器模擬信號數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的調(diào)制采用M-FSK。調(diào)制后與跳頻載波混頻(相乘)，后送入高斯白噪聲信道。在標(biāo)簽方，用跳頻載波的共軛與接收到得數(shù)據(jù)相乘，進(jìn)行解擴(kuò)，再送入M-FSK解調(diào)，得到數(shù)據(jù)。本仿真系統(tǒng)用一個(gè)二路的時(shí)域示波器Scope,觀察發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)。用4個(gè)頻域示波器觀察各個(gè)階段的頻譜。

3 性能分析

讀寫器發(fā)送數(shù)據(jù)與電子標(biāo)簽接收的數(shù)據(jù)比較如圖3所示。圖上半部分為讀寫器發(fā)送的數(shù)據(jù)。圖3為上半部位電子標(biāo)簽接收的數(shù)據(jù)。

如圖3所示，系統(tǒng)的能夠正確的收發(fā)數(shù)據(jù)。

（1) 數(shù)據(jù)調(diào)制后信號的頻譜

發(fā)送數(shù)據(jù)被M-FSK調(diào)制后的頻譜，如圖4所示。

圖3 收發(fā)數(shù)據(jù)的時(shí)域波形

圖4 發(fā)送信號調(diào)制后的頻譜

由圖4可見，系統(tǒng)的發(fā)送數(shù)據(jù)被調(diào)制在+100Hz和-100Hz處的兩條頻譜線上。

（2) 擴(kuò)頻后的信號頻譜

信號擴(kuò)頻后的頻譜如圖5所示。

圖5 發(fā)送信號擴(kuò)頻后的頻譜

由圖5可知，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)被擴(kuò)頻在32個(gè)跳頻點(diǎn)，間隔50Hz，擴(kuò)頻帶寬為1600Hz，從-8000Hz～+8000Hz。

（3) 跳頻接收信號的頻譜

標(biāo)簽方收到信號的頻譜如圖6所示。

圖6 經(jīng)過AWGN信道并受到單頻正弦干擾的跳頻接收信號的頻譜

由圖6可見，標(biāo)簽方收到信號的頻譜，可以明顯地看到干擾以及噪聲的頻譜，兩條長豎線是正弦單頻干擾信號譜。

（4) 接收方解擴(kuò)后信號的頻譜

標(biāo)簽方信號解擴(kuò)后的頻譜如圖7所示。

圖7 跳頻解跳輸出信號的頻譜

由圖7可見，跳頻解調(diào)后恢復(fù)很好的窄帶信號的頻譜 。

由仿真結(jié)果得出跳頻擴(kuò)頻技術(shù)應(yīng)用在RFID系統(tǒng)中可以極大地提高系統(tǒng)的抗干擾。

（5) 系統(tǒng)誤碼率

仿真系統(tǒng)中的誤碼計(jì)算器顯示如圖8所示。

圖8 誤碼率計(jì)算器

由圖8知，系統(tǒng)在高斯白噪聲和正弦單頻的干擾條件下，系統(tǒng)的誤差率小，在0.0003～0.0004之間。系統(tǒng)抗干擾能力好。

4 小結(jié)

仿真結(jié)果表明讀寫器的抗干擾能力效果理想。在高斯白噪聲和正弦單頻干擾下。收發(fā)數(shù)據(jù)的誤碼率低。該抗干擾機(jī)制的實(shí)現(xiàn)比較簡單，適用于RFID讀寫器。

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RFID reader work in 2.4GHz, global open ISM band, signal interference is very serious, and RFID reader may work in the place with much noise and strong interference, so it is necessary for the reader to do some anti-jamming measures, to strengthen the RFID system reliability. This paper presents the frequency hopping spread spectrum technique between reader and electronic to achieve the purpose of anti interference.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.09.058

周英，碩士研究生，助教，智能控制，網(wǎng)絡(luò)控制，自動化等方向。