UHFRFID读写器数字基带关键技术研究

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RFID(Radio Frequency Identification)是一种非接触式信息传递并实现信息识别的技术,其传输距离远、识别速度快、保密性好、存储数据量大,在仓储、物流、身份识别、防伪、食品与公共安全等领域都有着广泛的需求及发展前景。  在UHF RFID系统中,由于无源标签的性能较差,导致其反向散射链路速率偏差最高可达22%;与此同时,为保证复杂环境下系统的通信质量,需要对信号带宽进行压缩,提高频谱利用率,减小对相邻信道的干扰,这就对读写器接收机接收性能以及发射频谱提出了更高的要求。读写器主要由模拟与射频部分、数字基带部分和控制单元组成,其中数字基带是射频部分和MCU控制单元之间沟通的桥梁,负责整个读写器的基带数据传输,编解码以及数据校验等工作。本文针对RFID系统的特点,对读写器数字基带的关键技术进行了重点研究,主要的工作内容如下:  对本设计所采用的ISO/IEC18000-6C协议进行了分析,分别从协议的物理层、媒质控制层和时序约束等方面进行阐述,并在对协议充分研究的基础上,提出了UHF RFID读写器数字基带部分的系统框架,并对其模块功能进行简要描述。  由于供给给标签的电能较弱,致使标签返回给读写器的数据速率不稳定,且存在着较大的频率偏差,这给读写器接收端信号准确的判决和解码造成了很大的压力,本文利用基于数字锁相环的时钟同步技术来解决这一问题,降低了电路的资源消耗,实现了对接收机性能的改善。经测试,此设计方法可以成功解决+/-22%的频率偏差,接收链路的误码率可以控制在0.05%以下。  针对RFID数字接收机输入信号的特点,对接收机中多速率信号处理技术进行深入的分析研究,并对CIC,HB,FIR,IIR等滤波器完成了电路设计,以较低的资源开销完成了接收信号的抽取与信道滤波。与此同时提出了协议中单边带幅度键控调制方式的设计方案,并对升余弦滤波器和希尔伯特滤波器进行了电路实现。  对读写器数字基带设计进行FPGA验证,采用STM32处理器作为读写器的控制单元,射频及模拟前端部分由分立器件搭建的印制电路板构成,把数字基带设计下载至Xilinx Virtex-5FPGA器件中以进行整个射频识别系统的测试。经测试,各功能模块均达到了预期的设计指标,读写器能够完成ACK等盘存命令,并成功捕获到读写器与标签的信息交互过程。
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