软件无线电在射频识别系统阅读器中的应用研究

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1、http://www.paper.edu.cn软件无线电在射频识别系统阅读器中的应用研究11211鲍升华，郭惠玲,鲍旭清,何红丽，刘德芹（1.中国矿业大学(北京),1000832.合肥工业大学，230009）摘要：射频识别系统与其他识别系统相比具有众多的优点，而阅读器的成本偏高一直阻碍着它的应用。结合软件无线电的思想，本文提出了阅读器的结构模型。使用该模型设计阅读器，可以有效的缩短开发时间、降低设计成本，提高系统的可扩展性和可维护性。关键词：射频识别；软件无线电；阅读器；数字信号处理器1射频识别简介一台典型的阅读器包含有高频模块（发送器和接收器）

2、、控制单元以及应答器连接的耦合器件。此外，许多阅读器还都有附加的接口（RS232,RS485等），以便将获得的数据进一步[1,2]传输给另外的系统（个人计算机、机器人控制装置等）。其结构如图1-1所示。应答器是射频识别系统真正的数据载体。通常，应答器由耦合元件以及微电子芯片组成。在阅读器的响应范围之外，应答器处于无源状态。通常，应答器没有自己的供电电源（电池）。只是在阅读器的相应范围之内，应答器才是有源的。应答器工作所需的能量，如同时钟脉冲[1,2]和数据一样，是通过耦合单元（非接触的）传输给应答器的。数据射频识别时序应答器（非接触阅读器的数据载

3、体）能量图1-1典型的射频识别系统示意图2软件无线电简介软件无线电就是用软件实现的方法使用户终端可以动态地、实时地适应无线电环境。也就是说用软件定义无线电功能。其中心思想是：构造一个具有开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，将各种功能，如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件来完成。软件无线电的基本结构可分为三种：射频低通采样数字化结构、射频带通采样数字化结构和宽带中频带通采样数字化结构。射频低通采样和射频带通采样数字化结构由于对A/D变换器的性能如转换率、工作带宽、动态范围等提出了较高的要求，同时对后续数字信号处理速度要求

4、也较高，现在的器件水平还难以满足设计的要求，所以目前难以实现。宽带中频带通采样数字化结构是对接收信号进行中频带通采样，而所有调制解调等功能全部由后面的数字信号处理软件实现，由于它是在中频进行A/D采样，采样速率大大降低，同时也大大减轻了后续数字信号处理负担，因此它对器件的性能要求较低，目前器件均可满足设计的要求，所以本文采用这种软件无线电结构,[3,4]其结构如图2-1所示。1http://www.paper.edu.cn低噪放数字信中频高速数字上、及射频号处理变换器A/D,D/A下变频器变换器器DSP图2-1宽带中频带通采样软件无线电结构3软件

5、无线电在射频识别系统阅读器中的应用3.1软件无线电的引入一旦引入软件无线电方法，必然涉及到DSP芯片，相对一般硬件电路，DSP技术的应用会[5-7]给射频识别系统的设计带来极大的好处：1.实现射频识别系统的单片处理：早期射频识别系统的解码及有关处理用复杂的硬件电路实现，系统复杂，灵活性低，稳定性差且易丢失数据。使用单片的DSP就可完成全部采样、解码及相关处理任务，配以简单的外围电路（如：A/D片，串口电平转换片及液晶板）即可实现可靠的、功能全面的工作。其外围电路体积小且能直接与DSP相连。2.应用DSP处理功可实现抗干扰设计：(1)加数字滤波，以

6、消除杂散或寄生信号的影响(2)加FFT（快速付里叶变换）处理，以发现干扰信号的频谱成分(3)在上述两种处理基础上的自适应处理(4)时域处理以识别标签信号的质量。3.利用DSP运算功能，克服路经效应：在与相位有关的射频识别检测系统中，存在由路程差产生的相位差导致接收灵敏度产生周期性变化的问题，用正交混频并用DSP求两路均方值方法就可以解决。4.适用于多信道复用技术：时分、频分或码分技术，都可以使用DSP解决。3.2射频识别系统阅读器的模型根据软件无线电的理论知识和射频识别阅读器的实际需要，射频识别阅读器的结构模型设计为如图3-1所示。RAMA/D变

7、频DSP数据接口D/A变频天线阅读器TCP/IP或RS232控制接口数据库主控服务器图3-1射频识别系统阅读器结构模型1．天线或线圈。根据实际应用领域的需要，选择不同类型的天线。2．阅读器。主要包括五个部分：DSP、A/D和D/A、变频、RAM、数据接口。（1）变频：一方面把天线接收的频率转换到中频，便于A/D转换；另一方面把D/A的中频信号转换到天线能发射的频率。2http://www.paper.edu.cn（2）A/D和D/A：一方面采集天线发射的信号转换成数字信号；另一方面把数字信号转换为模拟信号。（3）DSP:完成软件无线电主要的功能。

8、（4）RAM:随机存储器，供DSP大量数据交换使用。（5）数据接口：一方面把外部的数据传入阅读器，另一方面是把阅读器的数据传出。3．主控