Rfid接收器的制造方法
【專利說明】
[0001] 本申請是于2006年10月27日提交的名稱為"RFID接收器"的中國專利申請 200680049551. 0的分案申請。
[0002] 相關申請的交叉參考
[0003] 本申請要求于2005年10月28日提交的編號為60/731，629的美國臨時申請的權 益。
技術領域
[0004] 本發(fā)明涉及發(fā)射器一接收器系統(tǒng)，并且具體地涉及在艱難環(huán)境中檢測信號的系 統(tǒng)，如用于傳感網絡和射頻識別（RFID)系統(tǒng)的系統(tǒng)。
【背景技術】
[0005] 在艱難環(huán)境中檢測信號已經成為實際的問題，諸如在信噪比很低和/或來自其它 信號的干擾很高的環(huán)境中。在現(xiàn)今的很多系統(tǒng)中，經典的檢測理論被用于數(shù)字收發(fā)器中。在 送些系統(tǒng)中，通過使用設計用于匹配接收器輸入端信號波形的"匹配濾波器"，嵌入在信息 負載信號中的比特流每次被檢測一比特。
[0006] 需要的是用于檢測非常微弱的信號的一種穩(wěn)定且有效的方法，所述微弱信號帶有 由信號源特征和傳播環(huán)境造成的嚴重相位和時序模糊度。所提出的系統(tǒng)與經典信號檢測器 相比具有明顯更高的性能。

【發(fā)明內容】

[0007] 在第一方面，操作RFID接收器的方法可W包括采樣來自至少一個被詢問RFID標 簽的包括RFID數(shù)據(jù)信號的接收信號；提供在數(shù)據(jù)狀態(tài)之間形成具體轉移的接收信號樣本 或采樣點的預定概率，每個預定概率與影響接收信號的數(shù)據(jù)、時序和波特率相關；把所述一 組預定概率應用到多對信號樣本中的每一對W確定所述接收信號的概率，所述接收信號在 所述對內的每個信號樣本之間形成具體轉移；W及通過確定具有最高發(fā)生概率的所述接收 信號中的轉移序列處理所述確定概率W恢復RFID數(shù)據(jù)信號。
[0008] 所述預定概率可W也與影響所述接收信號的相位變量相關。所述應用所述一組 預定概率和所述處理所述確定概率可W被重復W恢復所述RFID數(shù)據(jù)信號。所述一組預定 概率與第一方向中的轉移相關?？蒞提供第二組預定概率，所述預定概率與相對方向中的 轉移相關；并且把所述第二組預定概率應用到多對信號樣本中的每一對W確定所述接收信 號的第二概率，所述接收信號在所述對內的每個信號樣本之間W所述相對方向形成具體轉 移；W及可W處理所述第一和第二確定概率W恢復所述RFID信號。應用所述第一和第二組 預定概率W及所述處理所述第一和第二確定概率可W被重復W恢復所述RFID數(shù)據(jù)信號。 所述應用和處理可W被重復直到進一步的重復不改變所述確定概率。
【附圖說明】
[0009] 圖I是RF發(fā)射器一接收器系統(tǒng)和無源傳感器的簡化框圖。
[0010] 圖2a是圖1所示類型的端到端通信系統(tǒng)的簡化框圖。
[0011] 圖化是圖2a所示系統(tǒng)的SISO實現(xiàn)的模型。
[0012] 圖3是作為4端口設備的SISO解碼器的圖示。
[0013] 圖4是帶有交織和解交織的SISO處理的框圖。
[0014] 圖5是量化相位空間的圖解說明。
[0015] 圖6是量化時域的圖解說明。
[0016] 圖7是網格圖（trellisdiagram)的示例的圖解說明。
[0017] 圖8a是單態(tài)網格轉移的圖解說明。
[001引圖8b是網格段的圖解說明。
[001引圖9a是單奇偶校驗（SPC)碼的框圖。
[0020] 圖9b是RFIDSISO解碼器的框圖。
[0021] 圖9c表示循環(huán)碼的SISO解碼器的詳細操作。
[0022] 圖9d圖解說明SPC的SISO解碼器的操作。
[0023] 圖10是模塊化的相干SISO解碼器。
[0024] 圖11是模塊化的非相干SISO解碼器。
[00巧]圖12a圖解說明模塊化的級聯(lián)非相干。
[0026] 圖12b圖解說明相干SISO解碼器。
[0027] 圖13a是RFID系統(tǒng)的框圖。
[0028] 圖13b是圖13a中閱讀器/詢問器的框圖。
[0029] 圖14a是用于RFID應用的FMO編碼器的框圖。
[0030] 圖14b是用于RFID應用的Miller(米勒）編碼器的框圖。
[0031] 圖15a是經典相干檢測器的框圖。
[0032] 圖15b是經典非相干檢測器的框圖。
[0033] 圖15c是多符號非相干檢測器的框圖。
[0034] 圖15d圖解說明圖15c中多符號非相干檢測器的操作。
[0035] 圖16示出了FMO和Miller碼的網格圖。
[0036] 圖17示出了作為信噪比函數(shù)的比特誤差率。
[0037] 圖18示出了帶有時變持續(xù)時間的脈沖的時序網格（timingtrellis)段的第一種 方法。
[0038] 圖19示出了圖18方法的時序刻度標記。
[0039] 圖20示出了對于時變持續(xù)時間的脈沖使用折疊時序網格的第二種方法。
[0040] 圖21示出了每個節(jié)點帶有H個轉移的樹狀圖。
[00川 圖22示出了符號樹結構方法3的示例，其中N= 4且Amax= 1。
[004引圖23示出了帶有窗口的符號樹結構方法3的示例，其中N= 4且Amax= 1。
[0043] 圖24示出了SISO實現(xiàn)：中間度量變量計算。
[0044] 圖25示出了SISO實現(xiàn)；節(jié)點處理器和分支選擇單元的互連。
[0045] 圖26示出了SISO實現(xiàn)；擴展的并行源節(jié)點處理。
[0046] 圖27示出了前向和后向處理器。
【具體實施方式】
[0047] 接收器子系統(tǒng)可W提供增強的信號檢測，送種檢測可W容忍一些時延，特別是用 于傳感網絡和基于無源射頻識別（RFID)的系統(tǒng)。送種系統(tǒng)可W使用帶有軟輸入一軟輸 出（SISO)組件的迭代或重復處理技術，W便將信道解碼與均衡、解調、相位跟蹤、符號時序 (symboltiming)和同步W及干擾抵消相結合。送通過在有限狀態(tài)機（FSM)的任意給定狀 態(tài)下基于觀察向量來交換概率或"軟信息"或者等同的發(fā)送符號正確檢測概率而實現(xiàn)，所述 FSM模擬觀察空間。FSM在時域中的演進得出在此被稱作"網格（Trellis)"的平面圖。在 存在帶有隨機相位與時序的附加白高斯噪聲（AWGN)的情況下，使用SISO的接收器的性能 接近理想相干接收器的性能。在存在諸如多路經、衰減和干擾的其它信道異常的情況下，性 能增益更大于傳統(tǒng)系統(tǒng)。此處描述的SISO解碼器也可W用于采用串行或并行級聯(lián)的信道 編碼方法的應用。
[0048] 本文公開的系統(tǒng)可W使用迭代算法，送種算法可W被應用于寬范圍傳感類的信號 和波形。帶有軟輸入一軟輸出（SISO)組件的迭代處理技術可W被用于將信道解碼與均衡、 解調、相位跟蹤、符號時序和同步W及干擾抵消相結合。送通過概率或"軟信息"的交換來 實現(xiàn)。當發(fā)送序列從二進制對稱源度S巧被生成并且在存在附加白高斯噪聲（AWGN)、信道 失真、隨機相位和同步誤差的情況下，送種接收器的性能趨近于未編碼信號的理想相干接 收器。在出現(xiàn)諸如多路經、衰減和干擾的其它信道異常的情況下，預期的性能增益比傳統(tǒng)系 統(tǒng)高得多。此處描述的全部SISO解碼器也可W用于采用串行或并行級聯(lián)信道編碼方法的 應用。
[0049] 現(xiàn)在參考圖1，發(fā)送系統(tǒng)1-10在諸如RF信道的正向/前向信道1-16內發(fā)送信號， 該信號被施加于可W是RFID標簽的傳感器1-14。前向信道1-16內的發(fā)送信號x(t)可W被 建模為復數(shù)發(fā)送信號的實部，就是說x(0=民ea![a(!;)ej'W+6>]，其中tE[nTsym，（n+l)TsJ; 其中Lym表示符號時間間隔，a(t)可W是承載信號的復數(shù)值或實數(shù)值信息，而0表示符號 時間內發(fā)送信號的相位。送個相位可W從符號到符號之間隨時間變化。在無源RFID標簽 應用中，發(fā)送波形和接收波形是獨立的，然而，從標簽1-14發(fā)送的功率取決于來自閱讀器 信號的功率和標簽把其接收的功率轉化為返回閱讀器的可用發(fā)送功率的效率。在有源傳感 器中，發(fā)送信號和接收信號一般是互相獨立的信號。
[0050] 發(fā)送系統(tǒng)1-10包括發(fā)送系統(tǒng)1-10的數(shù)據(jù)源1-2,其用于調制發(fā)射器1-4。天線 1-5通過前向信道1-16把調制信號施加于傳感器1-14。一般在RFID應用中，發(fā)射器1-4 和數(shù)據(jù)源1-2形成RFID網絡的詢問器和閱讀器。數(shù)據(jù)源1-2由閱讀器使用，W把地址和/ 或命令序列嵌入諸如RFID標簽1-14的器件。在后向散射無源RFID標簽中，發(fā)送信號也可 W嵌入帶有連續(xù)波（CW)的正弦信號，送種信號可W用于為無源RFID標簽供應功率。然后 RFID標簽1-14可W基于接收命令，通過被圖解說明為返回信道1-18的空間，響應返回數(shù)據(jù) 序列。接收系統(tǒng)1-12的主要功能是在返回信道1-18內遇到諸如多路徑和/或自然和人為 干擾的多種失真的情況下，檢測從傳感器1-14發(fā)送的數(shù)據(jù)。接收器系統(tǒng)包括接收天線1-7， 其把從RFID標簽1-14接收的信號施加于接收器1-6。然后來自接收器1-6的檢測數(shù)據(jù)可 W被用戶1-8使用。在RFID應用中，數(shù)據(jù)用戶是閱讀器，其把數(shù)據(jù)傳遞到用于解譯接收包 的高層協(xié)議。對于無源RFID標簽，發(fā)送系統(tǒng)1-10和接收系統(tǒng)1-12可W被稱為"閱讀器/ 詢問器"1-13。
[005。圖I示出基本的發(fā)射器接收器對即閱讀器/詢問器1-13。信號通過脈沖響應h(t) 在通信信道上被發(fā)送并滲雜有附加白高斯噪聲（AWGN)n(t)，接收信號y(t)被建模為：
[0052]y(t) =x(t)*h(t)+n(t) (I)
[0053] 其中"* "表示卷積運算。
[0054] 現(xiàn)在參考圖2,圖2a示出傳感信號的端到端通信系統(tǒng)物理結構圖模型2-1，并且所 述模型2-1包括數(shù)據(jù)源2-2,其饋送到發(fā)射器2-4內的調制器。送個信號經由前向信道2-6 施加于傳感器2-8。只有當來自傳感器2-8的發(fā)送信號是原始信號的部分放大形式的情況 下，脈沖響應/沖激響應是前向信道和返回信道的合成脈沖響應，也就是hf(t)*hf(t)。在 無源RFID應用中，標簽一般只可使用來自閱讀器的信號來為自身提供能量。來自標簽的返 回信號使用后向散射調制來調制返回到閱讀器的電子產品代碼或響應，在送種情況下，信 道脈沖響應只限于返回信道轉移函數(shù)2-10。接收器2-11檢測輸入比特流，并將其輸出到用 戶數(shù)據(jù)2-12。
[0055] 在離散時域內，我們把送種復數(shù)接收信號在時間n關于第k包或頓的采樣形式表 示為N維向量，
[0056] Yk= HkXk+rik (2)
[0057]送里y,表示從接收信號復數(shù)信號（下轉換后）如y(nTj均勻采樣獲得的N維接 收復數(shù)向量，其中L表示采樣間隔，并且集合信道傳輸函數(shù)被表示為：
[0058] (3)
[0059] 信道響應矩陣H可W是實數(shù)或復數(shù)值常量，或屬于特定類型的隨機分布函數(shù)，W 模擬室內或室外多路經信道響應。
[0060] 序列誤差概率可W被最小化，其相當于最大化取決于觀察序列的后驗誤差概率。 經估計的發(fā)送符號是：
[0061] 二argiT|iax尸(《.,i>'） (4
[0062] 其中￥代表輸入符號集（al地油et)。
[0063] 通過運用貝葉斯規(guī)則度ayesrule),得出
[0065] 如果￥ ={0, 1}郝么設對數(shù)似然比
[0064] (5)
W
[0067]使用Bayes公式并消除Pr(y)，獲得可靠性信息或"外部（extrinsic)"信息
[006引Ai(aJ=Ai(aj+入2(曰n)，(7)
表先驗對數(shù)似然比化LR)值。序列AI(a。）在每次迭代中被計算，并且是圖4顯示的軟度 量（softmetric)計算塊4-8的函數(shù)。在SISO解碼器中，如圖4中所示的解碼器4-2,每個 發(fā)送符號的后驗概率可W被計算，然后從可靠性信息中減去后驗概率W消除先驗信息的影 響。然后外部信息可W被反饋W用于下一次迭代的度量計算，其中：
[0071] 其中飄化符號（tilde)(~）表示來自上一次解碼狀態(tài)的值。在存在未知隨機相 位和時序的情況下，有必要考慮輸入和輸出聯(lián)合概率分布函數(shù)Pr(a，9,T|y)，在送個函數(shù) 中，等式（4)表達的最優(yōu)化問題變?yōu)?br>(8a)
[0073] 其中￥代表a。，4。，T?？扇〉乃兄档募?。
[0074] 現(xiàn)在參考圖化，在理論模型2-30中，通過把單一的新信道編碼運用于用戶數(shù)據(jù)可 W增強整個RFID系統(tǒng)的性能。送種編碼技術可W包括外部碼2-19、交織器2-18和單奇偶 校驗碼2-16的使用，后面詳細說明的單奇偶校驗碼2-16被用來驅動信道上的調制編碼器。 例如，外部碼可W是循環(huán)碼（僅采用大小為M的輸入數(shù)據(jù)并重復q次，其中q〉l)。大小為M 位的輸入數(shù)據(jù)可W被分成N個相等大小的序列，其中每個序列的大小為M/N。每個序列被復 制（重復）q次（比如說q= 3)，然后通過每個大小為M/N的不同交織器排列，所有重復和 排列的子序列進入具有化個輸入和一個輸出的單奇偶校驗（