RFI D读写器抗干扰研究

周英

广州科技贸易职业学院机电系,广东 广州 511442

RFI D读写器抗干扰研究

周英

广州科技贸易职业学院机电系,广东 广州 511442

RFID读写器工作在2.4GHz，全球开放的ISM频段，信号干扰比较严重，RFID读写器可能工作在噪声比较大和干扰比较强烈的地方，因此有必要对读写器进行一些抗干扰的措施，以加强RFID系统的可靠性。本文提出了在读写器和电子标签之间采用跳频扩频技术来达到抗干扰的目的。

RFID读写器；跳频扩频；抗干扰

RFID reader; frequency hopping spread spectrum;anti-jamming

引言

随着R F I D(R a d i o F r e q u e n c y Identification，RFID)技术的不断成熟，它在物流领域起着越来越重要的作用，并将成为未来自动识别技术的主流，具有十分广阔的应用前景，而读写器是射频识别技术的基础。微波无线射频识别技术是当前国际上最先进的第五代自动识别技术，微波频段读写器工作在全球开发的ISM，该频段干扰比较严重，因此设计一款强抗干扰能力、RFID读写器具有重大的理论意义、现实意义和市场价值。本文针对读写器抗干扰进行研究，提出了在读写器和电子标签之间采用跳频扩频的技术[1～4]来达到抗干扰的目的。

1 数学模型建立

RFID读写器抗干扰原理图如图1所示。

图1 抗干扰原理图

设数据流波形a(t)，数据速率Ra，其取值为双极性(±1),进行FSK调制(频偏设为△f)后输出信号的等效低通信号为b(t)，见公式(1)。

设伪随机序列控制下的瞬时取值为f(t)，随着时间改变，f(t)取值在频率点fii=1,…,Ni上改变。跳频载波信号的低通信号c(t)，见公式(2)

跳频就是以跳频载波对数据调制信号的频率搬移过程，跳频输出的等效低通信号d(t)，见公式(3)。

在接收端，以同步PN码控制的频率伪随机变化的载波(其1等效低通信号为发送载波c(t)的共轭信号c*(t))和接收信号混频(相乘)进行解跳频，得到解解扩输出信号，见公式(4)。

其中，n(t)和J(t)分别表示噪声和干扰信号，并且c(t)*c*(t)＝1，以同步跳变的本地恢复载波对接收信号混频后，就得到了解跳后的窄带信号b(t)和带宽的噪声以及干扰信号。用窄带滤波器即可滤除大部分噪声和干扰，达到抗干扰的目的。

2 仿真模型

我们采用Matlab中的simulink建立读写器与电子标签之间的通讯。根据上小节的数学模型搭建simulink系统结构图如图2所示。

图2 抗干扰仿真系统

在读写器方，采用Bernouli二进制随机数据产生器模拟信号数据，数据的调制采用M-FSK。调制后与跳频载波混频(相乘)，后送入高斯白噪声信道。在标签方，用跳频载波的共轭与接收到得数据相乘，进行解扩，再送入M-FSK解调，得到数据。本仿真系统用一个二路的时域示波器Scope,观察发送和接收的数据。用4个频域示波器观察各个阶段的频谱。

3 性能分析

读写器发送数据与电子标签接收的数据比较如图3所示。图上半部分为读写器发送的数据。图3为上半部位电子标签接收的数据。

如图3所示，系统的能够正确的收发数据。

（1) 数据调制后信号的频谱

发送数据被M-FSK调制后的频谱，如图4所示。

图3 收发数据的时域波形

图4 发送信号调制后的频谱

由图4可见，系统的发送数据被调制在+100Hz和-100Hz处的两条频谱线上。

（2) 扩频后的信号频谱

信号扩频后的频谱如图5所示。

图5 发送信号扩频后的频谱

由图5可知，系统的数据被扩频在32个跳频点，间隔50Hz，扩频带宽为1600Hz，从-8000Hz～+8000Hz。

（3) 跳频接收信号的频谱

标签方收到信号的频谱如图6所示。

图6 经过AWGN信道并受到单频正弦干扰的跳频接收信号的频谱

由图6可见，标签方收到信号的频谱，可以明显地看到干扰以及噪声的频谱，两条长竖线是正弦单频干扰信号谱。

（4) 接收方解扩后信号的频谱

标签方信号解扩后的频谱如图7所示。

图7 跳频解跳输出信号的频谱

由图7可见，跳频解调后恢复很好的窄带信号的频谱 。

由仿真结果得出跳频扩频技术应用在RFID系统中可以极大地提高系统的抗干扰。

（5) 系统误码率

仿真系统中的误码计算器显示如图8所示。

图8 误码率计算器

由图8知，系统在高斯白噪声和正弦单频的干扰条件下，系统的误差率小，在0.0003～0.0004之间。系统抗干扰能力好。

4 小结

仿真结果表明读写器的抗干扰能力效果理想。在高斯白噪声和正弦单频干扰下。收发数据的误码率低。该抗干扰机制的实现比较简单，适用于RFID读写器。

[1]胡中豫. 现代短波通信[M]. 北京国防工业出版社，2007.

[2]梅文化.跳频通信[M].北京国防工业出版社，2005.

[3]张申如，益晓新，王庭昌. 跳频数字通信网中的用户干扰性能分析[J]. 电子与信息学报，2006，23（3）：222～224.

[4]戴敏. 跳频通信技术及其应用与发展[J]. 通讯世界，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，硕士研究生，助教，智能控制，网络控制，自动化等方向。