基于軟件無線電的RFID閱讀器設(shè)計(jì)

0 引言

射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification,RFID)是利用射頻信號(hào)的空間耦合及反向散射特性對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別以及數(shù)據(jù)交換的技術(shù).因此識(shí)別過程不需要人工干預(yù)，具有高精度.長(zhǎng)壽命.易操作等特點(diǎn).

超高頻射頻識(shí)別(UHF RFID)由于識(shí)別距離遠(yuǎn)(最大可達(dá)10 m)的特點(diǎn)，已經(jīng)被越來越多地應(yīng)用于物流管理.交通運(yùn)輸管理.工廠生產(chǎn)控制等領(lǐng)域.目前RFID標(biāo)準(zhǔn)繁雜，沒有一個(gè)較為通用的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，所以對(duì)于標(biāo)簽種類眾多的應(yīng)用場(chǎng)合及RFID技術(shù)研究開發(fā)院所，開發(fā)一個(gè)能夠支持多種RFID 標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)的閱讀器就顯得很有必要.利用軟件無線電的特性，將不同的RFID標(biāo)準(zhǔn)用軟件代碼來實(shí)現(xiàn)，通過加載不同軟件代碼的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)符合不同標(biāo)準(zhǔn)的RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀寫操作，可以方便地解決需要購(gòu)買不同的閱讀器才可以對(duì)不同類型的RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀寫的問題.

軟件無線電是20世紀(jì)90年代以后逐漸興起的一種全新的設(shè)計(jì)思想，其核心是在通用的模塊化.可編程的硬件平臺(tái)上通過加載不同的通信軟件，以實(shí)現(xiàn)不同通信方式間的轉(zhuǎn)換.這種設(shè)計(jì)思想使通信中的無線電臺(tái)可以適應(yīng)不同的通信方式，軟件無線電良好的兼容性和可編程性使得通信系統(tǒng)的開發(fā)主要成為數(shù)字信號(hào)處理軟件的研究.基于這一思想，可以試圖將RFID的各種標(biāo)準(zhǔn)以軟件代碼的形式實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)通過加載不同軟件來完成符合各種不同標(biāo)準(zhǔn)的RFID閱讀器的功能.

本文使用NI公司開發(fā)的LabVIEW軟件來編寫軟件無線電的代碼，LabVIEW 是目前國(guó)際上應(yīng)用最廣的數(shù)據(jù)采集和控制開發(fā)環(huán)境之一，其在通信仿真領(lǐng)域有著重要的作用.它使用圖形化的編程語言(又稱“G”語言)編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式.LabVIEW 也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫，包括數(shù)據(jù)采集.GPIB.串口控制.數(shù)據(jù)分析.數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等.可以增強(qiáng)研究和開發(fā)人員構(gòu)建自己科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，并提供實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑.

1 基于軟件無線電的RFID閱讀器模型

RFID 標(biāo)簽要反射回自身所攜帶的信息，需要首先獲得激勵(lì)信號(hào)，然后經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器將閱讀器傳送過來的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流穩(wěn)壓電源.所以需要軟件無線電(仿真閱讀器)首先發(fā)射激勵(lì)波，在一些較為安全的RFID 應(yīng)用協(xié)議中，還包括了安全認(rèn)證以及對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行操作的過程，這就需要在激勵(lì)波中增加一些操作指令代碼，來從標(biāo)簽中獲取相應(yīng)的信息.標(biāo)簽的反射信號(hào)攜帶了自身的信息，在反射信號(hào)的接收過程中，信道的衰落.多徑效應(yīng)，加上接收器本身也會(huì)引進(jìn)噪聲.因此，在信息解析之前需要濾掉這些影響.仿真閱讀器采用與激勵(lì)波頻率相同的載波進(jìn)行相干解調(diào).整個(gè)RFID仿真閱讀器的框架如圖1所示.

2 標(biāo)簽信息的解析

本文對(duì)符合AAR S-918標(biāo)準(zhǔn)的RFID標(biāo)簽進(jìn)行了讀取.該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)RFID系統(tǒng)的工作頻率.發(fā)送/接收帶寬.調(diào)制方式.發(fā)射機(jī)功率以及編碼方案等做了詳細(xì)的規(guī)定.

其編碼方案如圖2所示，從圖2中可以看出，每1位用戶數(shù)據(jù)位用8 個(gè)子位來代替，即用戶數(shù)據(jù)“1”用“10101100”來代替，用戶數(shù)據(jù)“0”用“11001010”來代替.數(shù)據(jù)幀標(biāo)識(shí)頭為“1010101010101100”.在對(duì)標(biāo)簽反射信號(hào)進(jìn)行濾波.解調(diào)等信號(hào)處理之后，還原出基帶原始信號(hào).接下來對(duì)標(biāo)簽攜帶信息進(jìn)行還原.AAR S-918標(biāo)準(zhǔn)中采用特有6 b ASCII編碼，編碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示.

3 閱讀器性能測(cè)試

根據(jù)RFID系統(tǒng)的工作原理及AAR S-918標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)工作的頻率的規(guī)定，首先使用LabVIEW 軟件編寫發(fā)射激勵(lì)波的程序，設(shè)置載波頻率為915 MHz,采樣率為800 kHz,發(fā)射增益為30 dB.程序前面板與系統(tǒng)框圖分別如圖3,圖4所示.[!--empirenews.page--]

當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器的識(shí)別區(qū)域后，就會(huì)將自身所攜帶的信息通過電磁反射回傳給閱讀器，仿真閱讀器根據(jù)AAR S-918 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將反射回來的ASK 信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并根據(jù)AAR S-918標(biāo)準(zhǔn)的編碼規(guī)則對(duì)其所攜帶的信息進(jìn)行解碼，閱讀器的信號(hào)處理及解碼程序如圖5,圖6所示.

從圖6 中可以看出，經(jīng)過解析，標(biāo)簽所攜帶的信息為“$1(B,S1$”,用標(biāo)準(zhǔn)商用閱讀器讀到的數(shù)據(jù)如圖7所示.從圖7中可以看出，商用閱讀器讀出的數(shù)據(jù)與仿真閱讀器讀出的數(shù)據(jù)完全一致.仿真閱讀器成功讀取到了標(biāo)簽自身所攜帶的信息，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)閱讀器的功能.

4 結(jié)語

本文通過對(duì)軟件無線電和RFID 系統(tǒng)的學(xué)習(xí)研究，采用LabVIEW圖形化編程語言設(shè)計(jì)了一個(gè)基于軟件無線電的RFID仿真閱讀器.通過與標(biāo)準(zhǔn)閱讀器的讀取結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，這一設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)閱讀器的讀取功能.從而實(shí)現(xiàn)了通過加載不同軟件來讀寫符合不同標(biāo)準(zhǔn)的RFID標(biāo)簽的功能，適合于多種不同標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)簽同時(shí)應(yīng)用的場(chǎng)合.

本文所針對(duì)的AAR S-918標(biāo)準(zhǔn)因其不具有復(fù)雜的協(xié)議認(rèn)證過程，可以較為簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn).在以后的工作中，將會(huì)對(duì)其他協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，將其加入到代碼庫中，以方便地實(shí)現(xiàn)用加載代碼的方式來完成對(duì)RFID標(biāo)簽的讀寫操作.