RFI D讀寫器抗干擾研究

周英

廣州科技貿易職業學院機電系,廣東 廣州 511442

RFI D讀寫器抗干擾研究

周英

廣州科技貿易職業學院機電系,廣東 廣州 511442

RFID讀寫器工作在2.4GHz，全球開放的ISM頻段，信號干擾比較嚴重，RFID讀寫器可能工作在噪聲比較大和干擾比較強烈的地方，因此有必要對讀寫器進行一些抗干擾的措施，以加強RFID系統的可靠性。本文提出了在讀寫器和電子標簽之間采用跳頻擴頻技術來達到抗干擾的目的。

RFID讀寫器；跳頻擴頻；抗干擾

RFID reader; frequency hopping spread spectrum;anti-jamming

引言

隨著R F I D(R a d i o F r e q u e n c y Identification，RFID)技術的不斷成熟，它在物流領域起著越來越重要的作用，并將成為未來自動識別技術的主流，具有十分廣闊的應用前景，而讀寫器是射頻識別技術的基礎。微波無線射頻識別技術是當前國際上最先進的第五代自動識別技術，微波頻段讀寫器工作在全球開發的ISM，該頻段干擾比較嚴重，因此設計一款強抗干擾能力、RFID讀寫器具有重大的理論意義、現實意義和市場價值。本文針對讀寫器抗干擾進行研究，提出了在讀寫器和電子標簽之間采用跳頻擴頻的技術[1～4]來達到抗干擾的目的。

1 數學模型建立

RFID讀寫器抗干擾原理圖如圖1所示。

圖1 抗干擾原理圖

設數據流波形a(t)，數據速率Ra，其取值為雙極性(±1),進行FSK調制(頻偏設為△f)后輸出信號的等效低通信號為b(t)，見公式(1)。

設偽隨機序列控制下的瞬時取值為f(t)，隨著時間改變，f(t)取值在頻率點fii=1,…,Ni上改變。跳頻載波信號的低通信號c(t)，見公式(2)

跳頻就是以跳頻載波對數據調制信號的頻率搬移過程，跳頻輸出的等效低通信號d(t)，見公式(3)。

在接收端，以同步PN碼控制的頻率偽隨機變化的載波(其1等效低通信號為發送載波c(t)的共軛信號c*(t))和接收信號混頻(相乘)進行解跳頻，得到解解擴輸出信號，見公式(4)。

其中，n(t)和J(t)分別表示噪聲和干擾信號，并且c(t)*c*(t)＝1，以同步跳變的本地恢復載波對接收信號混頻后，就得到了解跳后的窄帶信號b(t)和帶寬的噪聲以及干擾信號。用窄帶濾波器即可濾除大部分噪聲和干擾，達到抗干擾的目的。

2 仿真模型

我們采用Matlab中的simulink建立讀寫器與電子標簽之間的通訊。根據上小節的數學模型搭建simulink系統結構圖如圖2所示。

圖2 抗干擾仿真系統

在讀寫器方，采用Bernouli二進制隨機數據產生器模擬信號數據，數據的調制采用M-FSK。調制后與跳頻載波混頻(相乘)，后送入高斯白噪聲信道。在標簽方，用跳頻載波的共軛與接收到得數據相乘，進行解擴，再送入M-FSK解調，得到數據。本仿真系統用一個二路的時域示波器Scope,觀察發送和接收的數據。用4個頻域示波器觀察各個階段的頻譜。

3 性能分析

讀寫器發送數據與電子標簽接收的數據比較如圖3所示。圖上半部分為讀寫器發送的數據。圖3為上半部位電子標簽接收的數據。

如圖3所示，系統的能夠正確的收發數據。

（1) 數據調制后信號的頻譜

發送數據被M-FSK調制后的頻譜，如圖4所示。

圖3 收發數據的時域波形

圖4 發送信號調制后的頻譜

由圖4可見，系統的發送數據被調制在+100Hz和-100Hz處的兩條頻譜線上。

（2) 擴頻后的信號頻譜

信號擴頻后的頻譜如圖5所示。

圖5 發送信號擴頻后的頻譜

由圖5可知，系統的數據被擴頻在32個跳頻點，間隔50Hz，擴頻帶寬為1600Hz，從-8000Hz～+8000Hz。

（3) 跳頻接收信號的頻譜

標簽方收到信號的頻譜如圖6所示。

圖6 經過AWGN信道并受到單頻正弦干擾的跳頻接收信號的頻譜

由圖6可見，標簽方收到信號的頻譜，可以明顯地看到干擾以及噪聲的頻譜，兩條長豎線是正弦單頻干擾信號譜。

（4) 接收方解擴后信號的頻譜

標簽方信號解擴后的頻譜如圖7所示。

圖7 跳頻解跳輸出信號的頻譜

由圖7可見，跳頻解調后恢復很好的窄帶信號的頻譜 。

由仿真結果得出跳頻擴頻技術應用在RFID系統中可以極大地提高系統的抗干擾。

（5) 系統誤碼率

仿真系統中的誤碼計算器顯示如圖8所示。

圖8 誤碼率計算器

由圖8知，系統在高斯白噪聲和正弦單頻的干擾條件下，系統的誤差率小，在0.0003～0.0004之間。系統抗干擾能力好。

4 小結

仿真結果表明讀寫器的抗干擾能力效果理想。在高斯白噪聲和正弦單頻干擾下。收發數據的誤碼率低。該抗干擾機制的實現比較簡單，適用于RFID讀寫器。

[1]胡中豫. 現代短波通信[M]. 北京國防工業出版社，2007.

[2]梅文化.跳頻通信[M].北京國防工業出版社，2005.

[3]張申如，益曉新，王庭昌. 跳頻數字通信網中的用戶干擾性能分析[J]. 電子與信息學報，2006，23（3）：222～224.

[4]戴敏. 跳頻通信技術及其應用與發展[J]. 通訊世界，2007，12（6）：87～91.

RFID reader work in 2.4GHz, global open ISM band, signal interference is very serious, and RFID reader may work in the place with much noise and strong interference, so it is necessary for the reader to do some anti-jamming measures, to strengthen the RFID system reliability. This paper presents the frequency hopping spread spectrum technique between reader and electronic to achieve the purpose of anti interference.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.09.058

周英，碩士研究生，助教，智能控制，網絡控制，自動化等方向。