UHF RFID读写器的设计方案 [结构图 仿真效果]

　　0 引言

　　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着的优势，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。

　　1 RFID工作原理

　　不同的RFID系统，工作原理略有不同，但其依据的基本工作原理是一样的。RFID系统读写器与电子标签基本结构如图1所示。由读写器模块中振荡器产生射频振荡信号，经过载波形成电路产生载波信号，再经过发送通道编码、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。

　　读写器在RFID 系统中扮演重要的角色，主要负责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。在ISO18000-6 Type B 协议下RFID 系统是基于读写器先发言原理工作，即读写器先发送出一定频率的射频信号，当电子标签进入到该工作区域时，首先产生感应电流对自身激活，进而发射出带有自身信息的信号，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。

　　2 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解决同步的问题，往往不直接使用数据的NRZ 码对射频进行调制，而是将数据的NRZ 码进行编码变换后再对射频信号进行调制。在ISO18000-6 TypeB协议下，使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“01”.这种编码的特点是每个码元中间都有跳变，低频能量较少，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ISO18000-6标准下RFID 系统最常用的调制方式，其原理利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。

　　2ASK信号可以表示成具有一定波形的二进制序列与正弦波的乘积，即：

　　式中：A 为振幅;Ts 为码元持续时间;g(t)为持续时间为Ts 的基带脉冲波形，为简便起见，通常假设g(t)是高度为1、宽度等于Ts 的矩形脉冲。

　　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。