專利名稱：超高頻rfid閱讀器基帶信號(hào)解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及RFID閱讀器基帶信號(hào)解碼方法技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及超高頻RFID閱讀器基帶信號(hào)解碼方法。
背景技術(shù)：
超高頻閱讀器通過天線發(fā)射的載波頻率為860至960MHz，下面以900MHz的頻率為例介紹其工作原理。
超高頻RFID閱讀器工作原理是如圖1所示，閱讀器上的CPU根據(jù)國際RFID標(biāo)準(zhǔn)的格式，向閱讀器上的數(shù)據(jù)發(fā)送通道01發(fā)送讀標(biāo)簽命令，數(shù)據(jù)發(fā)送通道01將命令調(diào)制到900MHz的載波中去，通過天線02發(fā)射到空間中；接收到此無線電波的標(biāo)簽010根據(jù)RFID標(biāo)準(zhǔn)的要求，將包含有本標(biāo)簽號(hào)碼等信息的數(shù)據(jù)串通過900MHz的載波反射出來，其中標(biāo)簽號(hào)碼是FMO編碼格式的；此信號(hào)通過天線03傳到閱讀器的接收通道04，接收通道04將標(biāo)簽信號(hào)中FMO格式的數(shù)據(jù)從900MHz載波中解調(diào)出來后送到CPU，由CPU對(duì)FMO編碼數(shù)據(jù)處理。
FMO編碼格式的特點(diǎn)是，如圖2所示1、傳輸?shù)拿總€(gè)比特結(jié)尾都會(huì)發(fā)生電平跳變，比特中間有可能跳變有可能不跳變。
2、如果在比特的中間發(fā)生跳變，表示是數(shù)據(jù)0。
3、如果在比特的中間沒有發(fā)生跳變，表示是數(shù)據(jù)1。
無線電干擾問題無線射頻設(shè)備在數(shù)據(jù)接收過程中不可避免會(huì)受到一些干擾，干擾隨機(jī)附加在信號(hào)中，從而改變波形的形狀，CPU接收到的波形可能會(huì)如圖3所示，陰影部分代表干擾波06。
目前，公知的數(shù)據(jù)解碼方式如下CPU檢查引腳的電平變化；當(dāng)檢測(cè)到首次電平變化后，使用定時(shí)中斷功能，根據(jù)比特頻率40KHz的兩倍設(shè)定中斷頻率，在中斷中接收數(shù)據(jù)，這樣采樣點(diǎn)05就在波形的中間，如圖4所示；每個(gè)比特采樣2次，第二次根據(jù)是否和第一次采樣的結(jié)果相同而判斷為“比特0”或“比特1”，然后將本比特的采樣結(jié)果存入內(nèi)存空間中。
使用上述方法時(shí)，存在累積誤差問題。因?yàn)楦鶕?jù)國際RFID標(biāo)準(zhǔn)的要求，數(shù)據(jù)頻率是40KHz，允許±15％的頻率誤差，而標(biāo)簽號(hào)碼在64比特以上；如果CPU設(shè)定的中斷頻率和標(biāo)簽返回?cái)?shù)據(jù)的頻率稍微有點(diǎn)偏差，那么每個(gè)數(shù)據(jù)位都偏差一點(diǎn)，這樣累積起來，到后面的數(shù)據(jù)位時(shí)偏差將會(huì)變得很大，從而引起檢測(cè)錯(cuò)誤，如圖5所示，最后兩個(gè)比特出現(xiàn)錯(cuò)誤。另外，當(dāng)遇到干擾時(shí)，上述公知方法沒有濾波功能。
對(duì)此公知方法的改良是提高檢測(cè)頻率，用多次檢測(cè)并取其平均值的方法來決定電平的高低；這種改進(jìn)在遇到干擾時(shí)，可以過濾掉一些干擾，但是如果干擾比較強(qiáng)，同一比特干擾波06多次出現(xiàn)，如圖6所示，或者干擾波06持續(xù)時(shí)間超過1/4個(gè)比特周期的時(shí)候，如圖7所示，使用平均值濾波法將無法得到正確的數(shù)據(jù)，也即是得到錯(cuò)誤的FMO編碼。另外這種提高頻率的方法對(duì)解決上述采樣點(diǎn)累積偏差問題也沒有幫助。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供超高頻RFID閱讀器基帶信號(hào)解碼方法，它是超高頻RFID無線射頻閱讀器在接收返回的標(biāo)簽數(shù)據(jù)時(shí)使用的解碼和濾波方法，它是一種能夠體現(xiàn)FMO編碼格式特點(diǎn)的解碼和濾波的方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案利用FMO編碼特點(diǎn)，根據(jù)接收到每個(gè)比特的脈沖寬度來判斷該比特對(duì)應(yīng)的FMO編碼是數(shù)據(jù)“0”還是“1”，如果脈沖寬度短則為“0”，如果脈沖寬度長則為“1”；CPU從接收通道得到的是40KHz(±15％)的信號(hào)，在采樣頻率設(shè)定為400KHz的情況下，采樣到4次或6次將認(rèn)為是脈沖寬度短，為半個(gè)數(shù)據(jù)0，而采樣到8次至12次認(rèn)為是脈沖寬度長，為數(shù)據(jù)1；這樣就解決了標(biāo)簽頻率不統(tǒng)一問題，而且因?yàn)橛?jì)數(shù)是電平發(fā)生變化后重新開始，是從當(dāng)前比特開始的，所以沒有累積誤差問題。
當(dāng)有干擾時(shí)，利用當(dāng)前比特的上一個(gè)比特結(jié)束時(shí)的電平及下一個(gè)比特的開始的電平狀態(tài)對(duì)比來推斷當(dāng)前比特狀態(tài)，如兩個(gè)電平相同，則為“1”，如兩個(gè)電平不相同，則為“0”，從而過濾掉干擾信號(hào)。
本發(fā)明的這些措施解決了因?yàn)槔鄯e誤差而導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤問題，并且在強(qiáng)干擾情況下也可以準(zhǔn)確得到信號(hào)數(shù)據(jù)，總的來說，加快了閱讀器對(duì)標(biāo)簽的搜索速度，提高了產(chǎn)品的可靠性、讀標(biāo)簽速度和讀標(biāo)簽距離。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明圖1是閱讀器工作原理框圖；圖2是FMO編碼示意圖；圖3是數(shù)據(jù)受到干擾后的示意圖；圖4是公知的采樣方法示意圖；圖5是公知的采樣方法造成數(shù)據(jù)接收錯(cuò)誤的示意圖；圖6是出現(xiàn)干擾時(shí)的改良的公知采樣方法的示意圖；圖7是出現(xiàn)干擾時(shí)的改良的公知采樣方法的示意圖二；圖8是本發(fā)明根據(jù)脈沖的寬度進(jìn)行判斷的示意圖；圖9、圖10、圖11、圖12、圖13、圖14是數(shù)據(jù)受到干擾時(shí)的情況判斷示意圖。
具體實(shí)施例方式一、接收開始當(dāng)閱讀器發(fā)送完命令后，根據(jù)RFID協(xié)議要求，等待一定時(shí)間后自動(dòng)轉(zhuǎn)為接收狀態(tài)；閱讀器的CPU在內(nèi)存中開辟一個(gè)數(shù)組，指針指向數(shù)組中第一個(gè)存儲(chǔ)空間，完成對(duì)存儲(chǔ)空間的初始化。
二、接收過程因?yàn)樾盘?hào)源的頻率是40KHz左右，即約每25微秒發(fā)射一個(gè)比特。我們將CPU設(shè)定為每2.5微秒中斷一次，在中斷中采樣信號(hào)電平，并記錄；記錄方法是，如果本次采樣到的電平和上次相同，則存儲(chǔ)空間中的計(jì)算值加1，如果本次采樣的電平和上次采樣到的不同，將指針值加1，并換下一個(gè)空間來存儲(chǔ)，并置新存儲(chǔ)空間初值為1。
三、結(jié)束接收根據(jù)信號(hào)源的頻率和標(biāo)簽卡號(hào)返回的比特?cái)?shù)量計(jì)算出數(shù)據(jù)接收的時(shí)間；當(dāng)超過預(yù)定時(shí)間后即判斷數(shù)據(jù)接收完成。
四、對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼以每2.5微秒中斷一次計(jì)算的話，半個(gè)比特將可以采樣5次，數(shù)組的連續(xù)兩個(gè)空間數(shù)值為“5”將可以判斷為是一個(gè)FMO編碼的“0”，而一個(gè)數(shù)組空間數(shù)值為“10”，將可以判斷為是一個(gè)FMO編碼的“1”。我們對(duì)數(shù)組中的存儲(chǔ)空間內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析就可以得到標(biāo)簽返回的卡號(hào)信息了。
五、容錯(cuò)1、因?yàn)轭l率誤差為±15％，由于頻率變化問題，半個(gè)比特內(nèi)采樣到4次至6次將認(rèn)為是正確的半個(gè)數(shù)據(jù)“0”，而采樣到8次至12次也可認(rèn)為是正確的數(shù)據(jù)“1”，這樣就解決了標(biāo)簽頻率不統(tǒng)一問題，而且因?yàn)橛?jì)數(shù)是電平發(fā)生變化后重新開始，是從當(dāng)前比特開始的，所以沒有累積誤差問題。
2、RFID標(biāo)簽發(fā)送的數(shù)據(jù)頻率有±15％的誤差，是指不同標(biāo)簽，或同一標(biāo)簽在不同時(shí)候發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)候頻率也許有所不同，但在本次發(fā)送數(shù)據(jù)的幾個(gè)毫秒時(shí)間內(nèi)，頻率一般變化不大。我們?cè)跀?shù)據(jù)接收完成后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，看采樣次數(shù)出現(xiàn)的概率，在8至12之間的記錄中，出現(xiàn)概率最高的代表了此次數(shù)據(jù)的典型周期。比如說整個(gè)數(shù)組中，在8至12之間的記錄中采樣到11次的最多，采樣到10次的是次多，采樣到8次的是最少，那么此次數(shù)據(jù)的周期長于25uS的標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)此次數(shù)據(jù)一個(gè)周期標(biāo)準(zhǔn)采樣次數(shù)為11次左右，就可以認(rèn)為采樣到10次至12次是正確的數(shù)據(jù)“1”，因11÷2＝5.5，正確的半個(gè)數(shù)據(jù)“0”就為5次或6次，從而再進(jìn)一步縮小范圍，更有利于下面濾波。同理，當(dāng)8至12之間的記錄中，采樣到9次的最多，那么可以判斷出采樣到4次或5次將認(rèn)為是半個(gè)數(shù)據(jù)“0”，而采樣到8次至10次可認(rèn)為是數(shù)據(jù)“1”。
六、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波因?yàn)闊o線電在空間傳輸過程中有可能會(huì)混合空間干擾，從而引起接收到的波形合并干擾，當(dāng)遇到這些異常情況時(shí)，我們利用每個(gè)比特結(jié)尾都會(huì)發(fā)生電平跳變的特點(diǎn)，根據(jù)當(dāng)前比特的上一個(gè)比特和下一個(gè)比特的電平狀態(tài)來推斷當(dāng)前比特狀態(tài)，從而過濾掉干擾信號(hào)，以下給出幾個(gè)例子來說明本發(fā)明的實(shí)施方式1、如圖9的情況，中間的那個(gè)比特為受干擾比特。我們根據(jù)上一個(gè)比特結(jié)尾時(shí)候是低電平，下一個(gè)比特開始時(shí)候也是低電平，兩者電平相同，從而推測(cè)出中間比特全程為高電平，中間不應(yīng)該有電平跳轉(zhuǎn)，有電平跳變也只是干擾信號(hào)，進(jìn)而根據(jù)FMO編碼原則可以確定其數(shù)據(jù)為1。
同理，當(dāng)遇到圖10所示的情況，根據(jù)上一個(gè)比特結(jié)尾和下一個(gè)比特開始時(shí)候的電平相同，都是高電平的情況，可以推測(cè)出中間比特全程為低電平，所以可以確定受干擾比特為數(shù)據(jù)1；由于有干擾信號(hào)所以出現(xiàn)電平跳變。
圖11所示的情況，根據(jù)上一個(gè)比特結(jié)尾和下一個(gè)比特開始時(shí)候的電平相同，都是高電平的情況，可以推測(cè)出中間比特全程為低電平，有電平跳變也只是干擾信號(hào)，所以可以確定受干擾比特為數(shù)據(jù)1，盡管該比特受到多個(gè)干擾，但我們只需要知道該比特未受干擾時(shí)的情況，也就是全程為低電平的情況，干擾的多少?zèng)]有影響，因此就將干擾濾除了。
2、如圖12的情況，中間的比特為受干擾比特，我們根據(jù)上一個(gè)比特結(jié)尾時(shí)候是低電平，下一個(gè)比特開始時(shí)候是高電平，兩者電平不同，如果中間比特的電平是先低后高，則違反了FMO編碼規(guī)則，因?yàn)榍耙粋€(gè)比特的電平延續(xù)太長了；從而推測(cè)出中間比特的電平是先高后低，中間有電平跳轉(zhuǎn)，進(jìn)而根據(jù)FMO編碼原則可以確定其數(shù)據(jù)為0。同理，當(dāng)遇到圖13、圖14所示的情況，根據(jù)上一個(gè)比特結(jié)尾和下一個(gè)比特開始時(shí)候電平不同的情況，可以確定受干擾比特為數(shù)據(jù)0，干擾的多少無需判斷，進(jìn)而將干擾濾除了。
3、見上述“五、容錯(cuò)”部分，具體運(yùn)算舉例，如附圖9，我們依次接收到的采樣數(shù)據(jù)是A高電平5次、B低電平5次、C高電平2次、D低電平5次、E高電平3次、F低電平5次、G高電平5次，并且假設(shè)已經(jīng)根據(jù)容錯(cuò)第二步的方法得出本次數(shù)據(jù)每個(gè)比特周期采樣次數(shù)為9到11次，那么A和B相加為10，在9到11之間，于是組成了第一個(gè)比特，并且此比特由兩部分組成，也就說明中間有一次電平跳變，所以為數(shù)據(jù)0。
C和D兩數(shù)相加得數(shù)為7，不在9到11之間，需要繼續(xù)把E加上，2+5+3＝10，從而組成了第二個(gè)比特，因?yàn)槭艿礁蓴_，不是由兩個(gè)4至6的編號(hào)或一個(gè)9至11的數(shù)組成，不知道是數(shù)據(jù)0還是1，這樣就需要根據(jù)前一個(gè)比特的結(jié)尾B為低電平，后一個(gè)比特的開始F也為低電平來判斷，以此得出中間比特的電平應(yīng)該是一直為高電平，從而知道是數(shù)據(jù)1，由于有干擾信號(hào)，所以有電平跳變。
后面的F和G相加為10，組成了第三個(gè)比特，它由兩部分組成，中間有電平跳變，所以為數(shù)據(jù)0。
七、采樣頻率問題本文舉的例子是在采樣頻率設(shè)定為400KHz的情況下的，如果改變采樣頻率，每個(gè)周期采樣到的次數(shù)將會(huì)發(fā)生改變，不過原理是不變的。例如采樣頻率設(shè)定為600KHz，那么對(duì)于40KHz(±15％)的信號(hào)源，每周期將會(huì)采樣到15次左右，再結(jié)合±15％的誤差考慮，采樣到6次或9次將認(rèn)為是脈沖寬度短，為半個(gè)數(shù)據(jù)0，而采樣到12次至18次認(rèn)為是脈沖寬度長，為數(shù)據(jù)1。
權(quán)利要求
1.超高頻RFID閱讀器基帶信號(hào)解碼方法，其特征在于利用FMO編碼特點(diǎn)，根據(jù)接收到每個(gè)比特的脈沖寬度來判斷該比特對(duì)應(yīng)的FMO編碼是數(shù)據(jù)“0”還是“1”，如果脈沖寬度短則為“0”，如果脈沖寬度長則為“1”。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高頻RFID閱讀器基帶信號(hào)解碼方法，其特征在于利用當(dāng)前比特的上一個(gè)比特結(jié)束時(shí)的電平及下一個(gè)比特的開始的電平狀態(tài)對(duì)比來推斷當(dāng)前比特未受干擾時(shí)的狀態(tài)，如果兩個(gè)電平相同，則為“1”，如果兩個(gè)電平不相同，則為“0”，從而過濾掉干擾信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超高頻RFID閱讀器基帶信號(hào)解碼方法，其特征在于找出出現(xiàn)概率最高的采樣值，并結(jié)合40KHz±15％的頻率定義，推算出相對(duì)準(zhǔn)確的頻率范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及RFID閱讀器基帶信號(hào)解碼方法技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及超高頻RFID閱讀器基帶信號(hào)解碼方法，本發(fā)明涉及解碼和濾波算法，其充分利用了FMO編碼的特點(diǎn)，根據(jù)接收到波形的脈沖寬度對(duì)比來判斷是數(shù)據(jù)0還是1，并且利用受干擾處的前后波形狀態(tài)來推斷受干擾處的波形，從而過濾干擾，還原信號(hào)；從而解決了標(biāo)簽信號(hào)接收不穩(wěn)定問題，并且在強(qiáng)干擾情況下可以有效濾波，總體來說，加快了閱讀器對(duì)標(biāo)簽的搜索速度，增加了產(chǎn)品的可靠性和讀卡距離。
文檔編號(hào)H04L27/00GK101038620SQ20071002763
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者鐘漢 申請(qǐng)人:東莞市太平洋計(jì)算機(jī)科技有限公司, 東莞市依時(shí)利科技有限公司