UHFRFID读写器系统设计

号的抽样数时， 所得的误码率将降低， 但同时仿真时间将 增大， 取抽样信号的功率为 1 W， 观察信噪比从 1~15 dB 示， 从图中可以看出， 当信噪比达到 12 dB 时， 误码率已
3
结
语
个加性高斯白噪声信道传输后再经带通滤波器滤除多
写器的通信过程进行了 Simulink 仿真， 给出了曼彻斯特 到的高斯白噪声信道分析了系统的信道抗干扰性能， 并 给出了在 915 MHz 频率下， 系统的误码率曲线， 分析了
第 18 期
张 媛， 等： UHF RFID 读写器系统设计
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有自身信息的信号， 读写器读取该信号后送到信息处理 中心并进行相应的处理。
ISO18000⁃6 标准下 RFID 系统最常用的调制方式， 其原 始相位保持不变。
理利用载波的幅度变化来传递数字信息， 而其频率和初
图1
RFID 系统基本结构图
的矩形波与原始数据做异或运算即可实现曼彻斯特编 码。对曼彻斯特编码进行解码的目的是从接收到的曼 彻斯特码流中恢复出原始信号， 仿真实现时可以使用和 编码相反的方法， 即用一个频率为原始码流一半的矩形 波与原始数据做异或运算即可实现曼彻斯特解码， 其仿 真模型如图 2 所示， 仿真结果如图 3 所示。曼彻斯特编 解码后的输出信号与原始信号保持一致， 符合要求。 2.2 读写器的调制解调建模 按照从读写器到电子标签的传输方向， 读写器中发
读写器是 RFID 系统信息控制和处理中心， 在系统工作
中起着举足轻重的作用 ， 其性能的好坏直接影响到数 据获取的可靠性和有效性。而超高频读写器在远距离 识别以及高速数据读取方面有着显著的优势 ， 为此本 文研究基于 ISO 18000⁃6 标准的 Type B 协议下的高频读 写器具有重要的现实意义。
图5
对曼彻斯特编码进行 2ASK 调制解调仿真结果
误码率特性分析
图7
RFID 通信过程仿真结果
到， 信号经过调制以及解调之后恢复的信号与原始信号
在 ISO18000 Type B 协 议 的 基 础 上 的 ， 其常用频率为 915 MHz， 将载波信号频率设为 915 MHz。为了降低系 统的仿真时间， 将每个信号的抽样数设为 2， 若增加信 变化时， 系 统 的 误 码 率 的 变 化【5】， 误码率曲线如图 8 所 达到 10-4， 系统具有较高的抗干扰性能。
Abstract： A design method of UHF RFID read⁃write device based on ISO18000⁃6 type B protocol is proposed to analyze its
射频识别系统是一种非接触的自动识别系统， 通过 射频无线信号自动识别目标对象， 并进行读、 写数据等 相关操作， 这种无线获取数据的方式在工业自动化、 商 业自动化、 交通运输控制管理众多领域得到广泛应用。 RFID 系统由阅读器、 电子标签和计算机网络构成， 其中
T s 为码元持续时间； 式中： A 为振幅； g （t） 为持续时间为 T s 的基带脉冲波形， 为简便起见， 通常假设 g （t） 是高度 a n 是第 n 个符号的电平 为１、 宽度等于 T s 的矩形脉冲；
（1）
取值； m(t) = ∑a n g(t - nT s ) 。
n
解调和调制的实质一样， 均是频谱搬移。调制是把 基带信号搬移到载波位置， 这一过程可以通过一个相乘 器来实现。解调则是调制的反过程， 即把在载频位置的 已调信号的频谱搬回到原始基带位置， 因此同样可以用 相乘器与载波相乘来实现 [4]。 2ASK 调制。以下仿真模型给出了读写器向电子标签传 输过程中编码及调制解调的仿真模型， 前面已经对曼彻 斯特编码给出了介绍， 此处不再赘述。将经过编码信号 与正弦波进行相乘并通过带通滤波器后， 可得到已调的 高频信号， 解调时将已调信号与原正弦信号相乘再经过 低通滤波以及抽样判决器， 即可恢复出原始的编码信 号， 在对接收到的已调信号进行解调时采用相同频率的 正弦波， 其曼彻斯特编码进行 2ASK 调制解调的仿真模 在 ISO18000⁃6 Type B 协议下， RFID 系统采用的是
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2013 年 9 月 15 日 第 36 卷第 18 期
现代电子技术 Modern Electronics Technique
Sep. 2013 Vol.36 No.18
UHF RFID 读写器系统设计
张 媛 1，芦海玉 2，朱 武1
441805） （1.上海电力学院 电子与信息工程学院，上海 摘 200090； 2.老河口市职业技术学校，湖北 老河口
2013 年第 36 卷
两者结果一致时输出 0， 再将结果与 1 一起输入错误率 延迟， 故在原始信号后加一延迟模块， 延迟时间可由仿 真图形中进行估计。
统计模块， 即可得到误码率， 考虑到信号传输过程中的
图4
对曼彻斯特编码进行 2ASK 调制解调仿真图
图6
RFID 通信过程仿真示意图
在本文中为了加快系统的仿真时间， 将本地振荡正 弦波幅值设置为 1， 频率设为 915 Hz， 设置脉冲发生器 为 600~1 100 Hz， 低通滤波器的截止频率为 200 Hz， 抽 的采样时间分别为 0.1 s 和 0.05 s， 带通滤波器参数设置 样 判 决 器 的 时 间 设 为 0.01 s。 从 图 5 中 可 以 清 楚 的 看 保持一致。 2.3 任何信号的传输都伴随着噪声， 加性高斯白噪声是 UHF RFID 读写器传输性能的研究 2.4
ZHANG Yuan1，LU Hai⁃yu2，ZHU Wu1
anti⁃jamming performance. The SIMULINK simulation of its communication process was performed in the experiment. Manches⁃ ter CODEC and 2ASK modulation demodulation model are offered. The anti⁃interference performance of the system is analyzed in combination with the Gaussian white noise channel which happens regularly. The variation of system BER （bit error rate） with the SNR is given. The simulation results show that the UHF RFID read⁃write system possesses a good anti⁃interference per⁃ formance. Keywords：RFID ；reader；electronic tag；Simulink
[1]
基本工作原理是一样的。 RFID 系统读写器与电子标签 频振荡信号， 经过载波形成电路产生载波信号， 再经过
基本结构如图 1 所示。由读写器模块中振荡器产生射 发送通道编码、 调制和功率放大后经天线发出射频信 号， 当电子标签进入到工作区域， 读取读写器发送的信 号， 一部分用于产生能量驱动电源激活自身工作， 一部 分用于获取信息， 并根据指令将带有自身信息的信号经 过编码、 调制后由天线发送给读写器。读写器再将读取 的信号传送给数据处理模块进行相应操作。 与电子标签的双向通信， 同时接收来自主机系统的控制 指令。各种读写器虽然在耦合方式、 通信流程、 数据传 输方法， 特别是在频率范围等方面有着根本的差别， 但 是在功能原理上， 以及由此决定的构造设计上， 各种读 写 器 是 十 分 类 似 的 [3]。 在 ISO18000 ⁃ 6 Type B 协 议 下 RFID 系统是基于读写器先发言原理工作， 即读写器先 区域时， 首先产生感应电流对自身激活， 进而发射出带 读写器在 RFID 系统中扮演重要的角色， 主要负责
签的识别距离取决于读写器的输出功率， 识别距离越 远， 其被识别的准确率越高， 但同时读写器输出功率越 高， 其造价及技术难度将越高， 实际应用中， 一般根据系 统要求来确定实施方案。 2.1 读写器的编解码模型设立 在 RFID 中， 为了使读写器在读取数据时能很好地
图3 仿真结果
解决同步的问题， 往往不直接使用数据的 NRZ 码对射 对射频信号进行调制。在 ISO18000⁃6 TypeB 协议下， 使 “ 01” 。这种编码的特点是每个码元中间都有跳变， 低
文献标识码：A
文章编号：1004⁃373X （2013） 18⁃0148⁃03
Design of UHF RFID reader system
（1. Collage of Electronic and Information Engineering，Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China； 2. Laohekou Vocational and Technical School，Laohekou 441805，China）
方法， 并对其通信过程进行了 Simulink 仿真， 给出了曼彻斯特编解码以及 2ASK 调制解调的模型。结合实际中经常遇到的高 具有较高的抗干扰性能。
要：为了分析 UHF RFID 读写器系统抗干扰性能， 提出了基于 ISO18000⁃6 type B 协议下 UHF RFID 读写器的设计
斯白噪声信道分析了系统的信道抗干扰性能， 给出了系统的误码率随信噪比变化曲线。仿真表明该 UHF RFID 读写器系统 关键词：RFID ；读写器；电子标签；Simulink 中图分类号：TN911⁃34
本 文 所 建 立 的 UHF RFID 读 写 器 仿 真 模 型 是 建 立
最常见的一种噪声， 它存在于各种传输煤质中， 表现为 信号围绕平均值的一种随机波动过程。加性高斯白噪 声的均值为 0， 方差表现为噪声的功率的大小。本文对 于加性高斯白噪声信道的基础之上 [5]。 通信模块仿真， 仿真结果如图 7 所示。已调信号经过一 余的谐波后与正弦载波信号相乘进行解调， 解调后的信 号经过放大再滤波以及抽样判决就可以得到原始的基 波信号。 系比较器进行比较， 当两者的结果不一致时， 输出 1， 当 在图 7 中将编码信号与抽样判决后的信号通过关 图 6 给出 UHF RFID 读写器向电子标签传输方向的 读写器与电子标签之间的信号传输性能的研究就是基
[2]
1
RFID 工作原理
不同的 RFID 系统， 工作原理略有不同， 但其依据的
收稿日期： 2013⁃04⁃19 基金项目： 上海市教委科研创新重点项目 （11ZZ173） ； 上 （09160501700； 10110502200）
ห้องสมุดไป่ตู้
海市科技创新行动计划地方院校能力建设项目
发送出一定频率的射频信号， 当电子标签进入到该工作
[4]
与正弦波的乘积， 即：
2ASK 信号可以表示成具有一定波形的二进制序列
e 2ASK (t) = Am(t)cos ω c t
频进行调制， 而是将数据的 NRZ 码进行编码变换后再 用的是曼彻斯特编码。其编码原则是， 当原始数据为 “ 1” ， 将其编码为 “ 10” ； 当原始数据为 “ 0” ， 将其编码为 频能量较少， 便于接收端提取时钟信息。 仿真实现时， 用一个频率为原始数据发送频率 2 倍
送的信号首先需要经过编码， 然后通过调制器调制， 最 后传送到传输通道上去， 基带数字信号往往具有丰富的 低频分量， 因此必须用数字基带信号对载波进行调制， 以 使 信 号 与 信 道 的 特 性 相 匹 配 。 2ASK 调 制 是 基 于
150 型如图 4 所示， 仿真结果如图 5 所示。
现代电子技术
图2
曼彻斯特编解码 Simulink 仿真模型
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UHF RFID 读写器设计
超高频射频识别系统采用的频率主要位于 ISM 频
段， 基于 ISO 18000⁃6 标准的射频识别系统的频率主要 位 于 860~930 MHz， 常 用 频 率 为 915 MHz。 在 该 频 段 下， 电子标签的识别距离一般能达到 1~10 m ， 而电子标