无源rfid系统中连接天线和读写器的光链路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路，由于采用光链路结构，容易适用于不同的环境布线，且长距离传输的情况下光链路损耗很小，适用于大容量数据的传输等特点，可以提高天线的分布范围，提高系统的接收灵敏度，适应于识别大数量电子标签的应用场景。解决了现有无源RFID系统中存在的识别标签的范围较小，识别准确度不高的问题。可以广泛适用于物流仓储中的仓库管理、身份识别、交通运输、食品医疗、动物管理、门禁防盗以及工业军事等多种领域。
【专利说明】无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路
【技术领域】
[0001]本发明涉及无源射频识别【技术领域】，尤其涉及一种无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路。
【背景技术】
[0002]射频识别技术(Radio Frequency Identification, RFID)是一种非接触式的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合传输特性自动识别目标对象并获取相关信息，实现自动识别。RFID技术有着十分广泛的应用前景，越来越受到人们的重视其可以应用于物流仓储中的仓库管理、身份识别、交通运输、食品医疗、动物管理、门禁防盗以及工业军事等多种领域，给人们生活带来了极大的便利。
[0003]无源射频识别系统是目前RFID技术应用的主流，在超高频及微波波段，无源RFID技术主要基于电磁波反向散射原理。相对于有源RFID系统，无源RFID系统所能达到的识别标签的范围较小，目前市场上能够达到的最高水平是12m左右；而且在应对密集数量的无源电子标签，无源RFID系统的读写器的识别准确度也有很大的局限。造成以上两个难题的原因如下:第一，无源电子标签本身不提供能量，标签工作的能量来自于读写器反射过来的电磁波；对于读写器来讲，无源RFID系统中使用的读写器则采用了手法同时、同频的通信方式。所以对于无源RFID系统来讲，读写器发射通路和接收通路的隔离度会影响整体系统的接收灵敏度。在现有技术中，无源RFID系统收发隔离的实现主要采用环形器或定向耦合器(也称“收发隔离模块”)，在所有端口匹配的情况下，“收发隔离模块”的隔离度在20?30dB，以至于发射通路泄漏到接收通路的功率(即最主要的“自干扰”信号功率)远远大于电子标签反射回来的信号功率，这使得整个无源RFID系统的接收灵敏度就相当低，从而使电子标签的读写距离较短、识别的标签数量有限。第二，上述所说的自干扰信号还有另外两部分来源，一部分是来源于天线端的阻抗不匹配，当发射通路发射已调信号时，会有反射驻波形成的干扰信号进入接收通道中；另一部分是发射出去的已调信号，经过标签周围的环境反射后，随标签反射信号进入接收通道中，这两种自干扰信号也都会影响系统的接收灵敏度。第三，目前市场上的读写器和天线的组合方式有两种，一种是将天线和读写器集成化、一体化，另一种是将天线和读写器通过同轴电缆连接，这两种组合方式都限制了无源RFID系统的读写距离和标签识别数量。这是因为读写器和天线一体化后天线的分布范围和分布的天线数量受到了限制，没有办法在大规模的范围内布置天线；天线和读写器通过同轴电缆相连会导致从天线端接收到的微弱信号在经过插入损耗较大的同轴电缆后大幅度衰弱，影响了后端阅读器的接收灵敏度。
[0004]综上述，现有无源RFID系统中存在的问题是无源RFID系统所能达到的识别标签的范围较小；而且在应对密集数量的无源电子标签时，无源RFID系统的读写器的识别准确度也有很大的局限。
【发明内容】
[0005](一 )要解决的技术问题
[0006]本发明要解决的技术问题就是如何解决现有无源RFID系统中存在的识别标签的范围较小，识别准确度不高的问题。
[0007]( 二)技术方案
[0008]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路，其特征在于，包括读写器芯片，用于发射下行信号，接收上行信号；第一电信号转光信号模块与读写器芯片连接，用于将接收到的信号转换成光信号，经过光纤传输后输入第一光信号转电信号模块；第一光信号转电信号模块，用于将接收到的信号转换成电信号，并输入多级低噪声放大器；依次连接的多级低噪声放大器和功率放大器，用于放大光信号转电信号模块输出的射频信号，并将放大后的射频信号送达输入到第一定向耦合器的输入端；第一定向耦合器，用于配合后端天线分离上行和下行两条链路，第一定向耦合器的下行信号输出端也是上行信号的输入端，此端和天线相接，上行链路中第二调整电路的输入端和第一定向I禹合器的上行信号的输出端相接；由于第一定向型I禹合器的隔离度有限，下行信号在通过定向耦合器的时候会有一部分能量泄漏到上行链路中，产生自干扰信号；天线将下行信号以电磁波的形式送达无源电子标签；无源电子标签对下行的电磁波信号进行反射调制，得到上行信号；天线接收上行信号，经过第一定向耦合器，将上行信号和自干扰信号一起输出到第一低噪声放大器；第一低噪声放大器，用于将接收到的信号放大，然后输入到第二电信号转光信号模块；第二电信号转光信号模块，用于将接收到的电信号转换成光信号，然后经过光纤传输，输入到第二光信号转电信号模块；第二光信号转电信号模块，用于将接收到的光信号转换成电信号后，输出到第二低噪声放大器；第二低噪声放大器，用于将接收到的信号放大，然后输入到读写器芯片的接收端口中；
[0009]其中读写器芯片、第一电信号转光信号模块、第二光信号转电信号模块、第二低噪声放大器组成光链路的近端部分；
[0010]第一光信号转电信号模块、多级低噪声放大器、功率放大器、天线端、第一定向耦合器、第一低噪声放大器、第二电信号转光信号模块组成光链路的远端部分；
[0011]其中在第一定向稱合器和第一低噪声放大器之间，或者读写器芯片与第一电信号转光信号模块之间，只有一处设置有调整电路。
[0012]优选地，所述第一定向耦合器和第一低噪声放大器之间设置有调整电路；
[0013]所述调整电路包括功分器和自干扰消除电路；
[0014]其中，自干扰消除电路包括检测模块、调整模块、反馈模块和合路器；
[0015]第一定向耦合器，用于配合天线分离上行链路和下行链路，将下行信号的一部分信号输入到天线的输入端，一部分耦合到耦合端输出作为远端自干扰消除的参考信号，还有一部分信号泄漏到上行链路中作为自干扰信号，并且接收天线输出的上行信号，并将自干扰信号和上行信号作为新的上行信号输出到功分器中；
[0016]检测模块包括幅度检测模块和相位检测模块，调整模块包括幅度调整模块和相位调整模块；
[0017]调整模块，用于按照上行信号的特性，调整参考信号的幅度和相位；其中下行信号耦合一部分信号作为自干扰消除的参考信号；
[0018]功分器，用于接收第一定向耦合器输出的上行信号，并将上行信号分为三路，一路大幅度信号输入到合路器的其中一个输入端，另外两路小幅度信号分别输入到检测模块中的幅度检测模块和相位检测模块中；
[0019]幅度检测模块和相位检测模块，接收功分器输出的两路小幅度信号，经过检测后输出幅度控制信号和相位控制信号
[0020]幅度调整模块和相位调整模块，用于接收检测模块输出的幅度控制信号和相位控制信号，根据接收到的幅度控制信号和相位控制信号，对参考信号进行幅度调整和相位调整，输出消除信号，并使得消除信号和上行信号中的自干扰信号是等幅反相的关系；
[0021]合路器，其中一个输入端用于接收功分器输出的一路大幅度信号，另一个输入端用于接收调整模块输出的消除信号，输出端用于输出已消信号；
[0022]反馈模块，用于提取一部分已消信号进行检测，检测消除的效果，并将效果反馈到检测模块中的相位检测模块；
[0023]其中，已消信号是上行信号经过自干扰消除电路后，将自干扰信号进行大幅度消除后的信号；
[0024]消除信号是下行信号耦合输出的参考信号根据上行信号中的自干扰信号的特征调整而成的信号。
[0025]优选地，所述读写器芯片与第一电信号转光信号模块之间设置有调整电路，所述调整电路包括第二定向耦合器、功分器和自干扰消除电路；
[0026]其中，自干扰消除电路包括检测模块、调整模块、反馈模块和合路器；
[0027]第二定向耦合器，用于将读写器输出的下行信号耦合出部分下行信号作为自干扰消除的参考信号；
[0028]检测模块包括幅度检测模块和相位检测模块，调整模块包括幅度调整模块和相位调整模块；
[0029]调整模块，用于按照上行信号的特性，调整参考信号的幅度和相位；
[0030]功分器，用于接收第二低噪声放大器输出的上行信号，并将上行信号分为三路，一路大幅度信号输入到合路器的其中一个输入端，另外两路小幅度信号分别输入到检测模块中的幅度检测模块和相位检测模块中；
[0031]幅度检测模块和相位检测模块，接收功分器输出的两路小幅度信号，经过检测后输出幅度控制信号和相位控制信号
[0032]幅度调整模块和相位调整模块，用于接收检测模块输出的幅度控制信号和相位控制信号，根据接收到的幅度控制信号和相位控制信号，对参考信号进行幅度调整和相位调整，输出消除信号，并使得消除信号和上行信号中的自干扰信号是等幅反相的关系；
[0033]合路器，其中一个输入端用于接收功分器输出的一路大幅度信号，另一个输入端用于接收调整模块输出的消除信号，输出端用于输出已消信号；
[0034]反馈模块，用于提取一部分已消信号进行检测，检测消除的效果，并将效果反馈到检测模块中的相位检测模块。
[0035]优选地，所述检测模块还包括控制中心，所述控制中心与检测模块的输出端相连接，控制中心与幅度检测模块之间连接有自干扰消除使能信号，且所述控制中心设置于相位检测模块与反馈模块的连接之间；
[0036]所述自干扰消除电路还包括缓冲器，所述缓冲器一个输入端通过使能信号与控制中心连接，另一输入端与调整模块的输出端相连接，其所述缓冲器设置于调整模块和合路器的连接之间；
[0037]所述自干扰消除使能信号，是控制中心根据幅度检测模块检测到的自干扰信号的幅度，判断是否需要对自干扰信号进行消除的依据；
[0038]所述使能信号，是控制中心根据是否需要对自干扰信号进行消除的情况发出的使能信号，其控制缓冲器的输出。
[0039]优选地，所述相位检测模块由带通滤波器、鉴相器、第一模数转换器、微控制单元、第一数模转换器组成；
[0040]所述幅度检测模块由第一检波器、整形电路和第二模数转换器、微控制单元、第二数模转换器组成；
[0041]其中相位检测模块与幅度检测模块中的微控制单元为同一个；
[0042]所述幅度调整模块为可控增益放大器，所述相位调整模块为可控移相器；
[0043]其中，带通滤波器用于将其他频率分量滤除，之后输入到鉴相器中；鉴相器，用于检测出待检测信号和参考信号的相位差，以电压信号的方式输出到第一模数转换器中；第一模数转换器将信号转化为数字信号后输入微控制单元；微控制单元用于根据输入的相位检测信号和反馈信号进行运算，对相位调整信号进行微调，进而输出最佳的相位调整信号；第一数模转换器，用于将微控制单元输出的信号转换为模拟信号来控制可控移相器；
[0044]第一检波器，包括包络检波器和比较器，当检测信号输入到包络检波器中时，输出包络信号，该包络信号代表着上行信号的幅度大小，如果该幅度值大于比较器中预设的阈值，比较器就会输出自干扰消除使能信号至微控制单元，同时微控制单元输出使能信号，否则微控制单元输出信号为零；整形电路，用于接收包络信号，并将其调整为适应第二模数转换器输入范围的信号；微控制单元，用于根据输入幅度信息和反馈信号进行运算，对幅度调整信号进行微调，输出最佳的幅度调整信号，经过第二数模转换器转换成模拟信号来控制可控增益放大器进行工作；
[0045]可控移相器，根据所知的相位差，在相位调整信号的控制下，将参考信号移相，得到与自干扰信号反相的消除信号；
[0046]可控增益放大器，根据所知的幅度信息，在幅度调整信号的控制下调整电路中的增益，对参考信号进行适当的放大或衰减，使其满足和自干扰信号等幅的关系；
[0047]所述反馈模块包括第二功分器，第二检波器，第三模数转换器；
[0048]所述第二功分器用于将已消信号分为两路，一路大功率信号输出到RFID读写器芯片中，另一路小功率信号输出到第二检波器中；
[0049]第二检波器，用于检测信号检测幅度大小，并发送信号到第三模数转换器中；
[0050]第三模数转换器，将信号转换为数字信号，输出信号作为反馈信号，反馈到微控制单元，作为微调的依据。
[0051](三)有益效果
[0052]本发明的无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路，由于采用光链路结构，容易适用于不同的环境布线，且长距离传输的情况下光链路损耗很小，适用于大容量数据的传输等特点，可以提高天线的分布范围，提高系统的接收灵敏度，适应于识别大数量电子标签的应用场景。【专利附图】
【附图说明】
[0053]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0054]图1:本发明提供的一种无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路的结构示意图；
[0055]图2:本发明提供的自干扰消除电路的结构示意图；
[0056]图3:远端带有自干扰消除电路的无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路的结构示意图；
[0057]图4:近端带有自干扰消除电路的无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路的结构示意图；
[0058]图5:本发明提供的数字控制的自干扰消除电路的结构示意图；
[0059]图6:远端带有数字控制的自干扰消除电路的无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路的结构示意图；
[0060]图7:近端带有数字控制的自干扰消除电路的无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路的结构示意图；
[0061]图8:本发明提供的数字控制的带有具体结构的自干扰消除电路的结构示意图；
[0062]图9:远端带有数字控制的带有具体结构的自干扰消除电路的无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路的结构示意图；
[0063]图10:近端带有数字控制的带有具体结构的自干扰消除电路的无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路的结构示意图；
【具体实施方式】
[0064]下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
[0065]实施例1，如图1所示，提供了一种无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路，包括读写器芯片，用于发射下行信号，接收上行信号；第一电信号转光信号模块与读写器芯片连接，用于将接收到的信号转换成光信号，经过光纤传输后输入第一光信号转电信号模块；第一光信号转电信号模块，用于将接收到的信号转换成电信号，并输入多级低噪声放大器；依次连接的多级低噪声放大器和功率放大器，用于放大光信号转电信号模块输出的射频信号，并将放大后的射频信号送达输入到第一定向耦合器的输入端；第一定向耦合器，用于配合后端天线分离上行和下行两条链路，第一定向耦合器的下行信号输出端也是上行信号的输入端，此端和天线相接，上行链路中第二调整电路的输入端和第一定向耦合器的上行信号的输出端相接；由于第一定向型耦合器的隔离度有限，下行信号在通过定向耦合器的时候会有一部分能量泄漏到上行链路中，产生自干扰信号；天线将下行信号以电磁波的形式送达无源电子标签；无源电子标签对下行的电磁波信号进行反射调制，得到上行信号；天线接收上行信号，经过第一定向耦合器，将上行信号和自干扰信号一起输出到第一低噪声放大器；第一低噪声放大器，用于将接收到的信号放大，然后输入到第二电信号转光信号模块；第二电信号转光信号模块，用于将接收到的电信号转换成光信号，然后经过光纤传输，输入到第二光信号转电信号模块；第二光信号转电信号模块，用于将接收到的光信号转换成电信号后，输出到第二低噪声放大器；第二低噪声放大器，用于将接收到的信号放大，然后输入到读写器芯片的接收端口中；
[0066]其中读写器芯片、第一电信号转光信号模块、第二光信号转电信号模块、第二低噪声放大器组成光链路的近端部分；
[0067]第一光信号转电信号模块、多级低噪声放大器、功率放大器、天线端、第一定向耦合器、第一低噪声放大器、第二电信号转光信号模块组成光链路的远端部分；
[0068]其中在第一定向稱合器和第一低噪声放大器之间，或者读写器芯片与第一电信号转光信号模块之间，只有一处设置有调整电路。
[0069]工作过程中，读写器芯片下行信号经过调整电路整合成符合E/0模块输入范围的信号，然后转换出来的光信号通过光纤传输到远端部分，首先经过0/E模块转换成电信号，然后上行信号经过多级低噪声放大器(LNA)和功率放大器(PA)的放大后，最后到达天线端进行电磁波发射。无源电子标签收到电磁波信号后进行反射调制，反射的上行信号和自干扰信号叠加进入接收通道中，经过调整电路做适当的放大或衰减后输入到LNA中，LNA适当放大后进入E/0模块中，待转换成光信号在光纤上传输，然后再通过0/E模块将光信号转换成电信号，最后经过LNA适当放大后输入到读写器的接收端口中。由于光纤链路和同轴电缆相比:容易适用于不同的环境布线，长距离传输的情况下链路损耗很小，适用于大容量数据的传输等特点，可以提高天线的分布范围，提高系统的接收灵敏度，适应于识别大数量电子标签的应用场景。
[0070]实施例2:在实施例1的基础上，本实施例提供了一种无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路，该链路中设有自干扰消除电路，如图2所示；该自干扰消除电路可保证系统的接收灵敏度。
[0071]将图2所示的自干扰消除电路设于无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路的远端，如图3所示。具体地，所述第一定向耦合器和第一低噪声放大器之间设置有调整电路；所述调整电路包括功分器和自干扰消除电路；该光链路应用于远端分布天线数量少，无源电子标签所处范围较复杂，下行信号泄露严重的情况。
[0072]设置于远端的自干扰消除电路由三个部分组成:检测模块、调整模块和反馈模块。由于自干扰信号主要是来自于第一定向耦合器中下行信号泄露，所以利用第一定向耦合器耦合端的输出的下行的参考信号来模拟经过泄露和外界反射后的消除信号，所以参考信号输入到调整模块中。上行信号经过第一定向耦合器流向功分器，功分器将上行信号分为三路，一路大幅度信号输入到合路器的其中一个输入，另外两路小幅度信号分别输入到检测模块中的幅度检测模块和相位检测模块中。由于在上行信号中，自干扰信号远远大于反射回来的标签信号，所以检测模块就是在检测自干扰信号的幅度和相位。经过检测后输出幅度控制信号和相位控制信号。这两路控制信号分别输入到幅度调整电路和相位调整电路中，对参考信号进行幅度调整和相位调整，使得调整模块输出的消除信号和上行信号中的自干扰信号是等幅反相的关系。调整模块输出的消除信号输入到合路器的另一路输入端中，合路器输出的信号应该是进行自干扰消除后的已消信号。由于相位调整模块的调整精度有限，一般只能将参考信号和消除信号之间的相位差做到170°?190°，所以自干扰消除电路中的反馈模块会提取一部分已消信号进行检测，检测消除的效果，并将效果反馈到检测模块中的相位检测模块，相位检测模块会进行相应的调整，以便提高下一次自干扰信号消除的精度。
[0073]将图2所示的自干扰消除电路设于无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路的近端，通过近端的自调整电路实现自干扰的消除，如图4所示。具体地，所述读写器芯片与第一电信号转光信号模块之间设置有调整电路，所述调整电路包括第二定向耦合器、功分器和自干扰消除电路；近端带有自干扰消除功能的光链路无源RFID系统适用于远端天线模块较小，分布密而广，第一定向耦合器泄露不是很严重，光链路产生干扰较大的情况下。
[0074]具体的电路实现方法和远端相同。近端自干扰消除电路由三个部分组成:检测模块、调整模块和反馈模块。由于自干扰信号主要是来自于第一定向耦合器中下行信号泄露，但自干扰消除电路位于近端，所以利用第二定向耦合器耦合端的输出的下行的参考信号来模拟经过泄露和外界反射后的自干扰信号(形成的信号称为“消除信号”)，所以参考信号输入到调整模块中。上行信号经过LNA2流向功分器，功分器将上行信号分为三路，一路大幅度信号输入到合路器的其中一个输入，另外两路小幅度信号分别输入到检测模块中的幅度检测模块和相位检测模块中。由于在上行信号中，自干扰信号远远大于反射回来的标签信号，所以检测模块就是在检测自干扰信号的幅度和相位。经过检测后输出幅度控制信号和相位控制信号。这两路控制信号分别输入到幅度调整电路和相位调整电路中，对参考信号进行幅度调整和相位调整，使得调整模块输出的消除信号和上行信号中的自干扰信号是等幅反相的关系。调整模块输出的消除信号输入到合路器的另一路输入端中，合路器输出的信号应该是进行自干扰消除后的已消信号。由于相位调整模块的调整精度有限，一般只能将参考信号和消除信号之间的相位差做到170°?190°，所以自干扰消除电路中的反馈模块会提取一部分已消信号进行检测，检测消除的效果，并将效果反馈到检测模块中的相位检测模块，相位检测模块会进行相应的调整，以便提高下一次自干扰信号消除的精度。
[0075]实施例3:在实施例1与实施例2的基础上，本实施例提供了一种无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路，该链路中设有数字控制的自干扰消除电路，如图5所示。
[0076]设有数字控制的自干扰消除电路分为四个部分:检测模块、调整模块、反馈模块和缓冲器。检测模块中包括:幅度检测模块、相位检测模块、控制中心。调整模块包括:幅度调整模块、相位调整模块。其本原理是:上行信号输入到功分器处，功分器将上行信号分为三路，一路大幅度信号输入到合路器的其中一个输入，另外两路小幅度信号分别输入到检测模块中的幅度检测模块和相位检测模块中。由于在上行信号中，自干扰信号远远大于反射回来的标签信号，所以检测模块就是在检测自干扰信号的幅度和相位。经过检测后幅度检测模块输出幅度控制信号和自干扰消除使能信号(SJCEN)，相位检测模块输出相位控制信号。幅度控制信号和相位控制信号分别输入到幅度调整电路和相位调整电路中，对参考信号进行幅度调整和相位调整，使得调整模块输出的消除信号和上行信号中的自干扰信号是等幅反相的关系。调整模块输出的消除信号输入到合路器的另一路输入端中，合路器输出的信号应该是进行自干扰消除后的标签反射信号(称之为“已消信号”)。另外一路控制信号SJCEN输入至控制中心，它的作用是检测自干扰信号的干扰影响是否达到需要消除的情况，如果自干扰信号没有必要消除，那么SJCEN会通知控制中心，然后控制中心会产生输出使能信号(EN)控制缓冲器，使其输出为零，这样合路器里输出的信号就是未进行自干扰消除的上行信号；如果自干扰信号达到需要消除的标准，那么SJCEN会通知控制中心，这时控制中心会告诉缓冲器，将消除信号输入至合路器中，进行自干扰消除工作。这样的结构可以帮助自干扰消除模块根据不同的外界环境选择不同的工作方式，提高系统效率，节约能量。由于相位调整模块的调整精度有限，一般只能将参考信号和消除信号之间的相位差做到170°?190°，所以自干扰消除电路中的反馈模块会提取一部分已消信号进行检测，检测消除的效果，并将效果反馈到检测模块中的控制中心，控制中心根据得到的反馈信号进行运算，得到相应的相位补偿信号输入到相位检测模块，相位检测模块会进行相应的调整，以便提高下一次自干扰信号消除的精度。
[0077]根据不同的应用场景，数字控制的自干扰消除电路可以使用在光链路中不同的位置中。
[0078]将图5所示的设有数字控制的自干扰消除电路设于无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路的远端，如图6所示。具体地，所述第一定向耦合器和第一低噪声放大器之间设置有调整电路；所述调整电路包括功分器和自干扰消除电路；该光链路应用于远端分布天线数量少，无源电子标签所处范围较复杂，下行信号泄露严重的情况。
[0079]远端的带有数字控制的自干扰消除电路自干扰消除电路由三个部分组成:检测模块、调整模块和反馈模块。由于自干扰信号主要是来自于第一定向耦合器中下行信号泄露，所以利用第一定向耦合器耦合端的输出的下行的参考信号，来模拟经过泄露和外界反射后的自干扰信号(形成的信号称为“消除信号”)，所以参考信号输入到调整模块中。上行信号经过第一定向I禹合器流向功分器，功分器将上行信号分为三路，一路大幅度信号输入到合路器的其中一个输入，另外两路小幅度信号分别输入到检测模块中的幅度检测模块和相位检测模块中。由于在上行信号中，自干扰信号远远大于反射回来的标签信号，所以检测模块就是在检测自干扰信号的幅度和相位。经过检测后幅度检测模块输出幅度控制信号和自干扰消除使能信号(SJCEN)，相位检测模块输出相位控制信号。幅度控制信号和相位控制信号分别输入到幅度调整电路和相位调整电路中，对参考信号进行幅度调整和相位调整，使得调整模块输出的消除信号和上行信号中的自干扰信号是等幅反相的关系。调整模块输出的消除信号输入到合路器的另一路输入端中，合路器输出的信号应该是进行自干扰消除后的已消信号。另外一路控制信号SJCEN输入至控制中心，它的作用是检测自干扰信号的干扰影响是否达到需要消除的情况，如果自干扰信号没有必要消除，那么SJCEN会通知控制中心，然后控制中心会产生输出使能信号(EN)控制缓冲器，使其输出为零，这样合路器里输出的信号就是未进行自干扰消除的上行信号；如果自干扰信号达到需要消除的标准，那么SJCEN会通知控制中心，这时控制中心会告诉缓冲器，将消除信号输入至合路器中，进行自干扰消除工作。这样的结构可以帮助自干扰消除模块根据不同的外界环境选择不同的工作方式，提高系统效率，节约能量。由于相位调整模块的调整精度有限，一般只能将参考信号和消除信号之间的相位差做到170°?190°，所以自干扰消除电路中的反馈模块会提取一部分已消信号进行检测，检测消除的效果，并将效果反馈到检测模块中的控制中心，控制中心根据得到的反馈信号进行运算，得到相应的相位补偿信号输入到相位检测模块，相位检测模块会进行相应的调整，以便提高下一次自干扰信号消除的精度。[0080]将图5所示的设有数字控制的自干扰消除电路设于无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路的远端，如图7所示。具体地，所述读写器芯片与第一电信号转光信号模块之间设置有调整电路，所述调整电路包括第二定向耦合器、功分器和自干扰消除电路；适用于远端天线模块较小，分布密而广，第一定向耦合器泄露不是很严重，光链路产生干扰较大的情况下。
[0081]具体的电路实现方法和远端相同。近端的带有数字控制的自干扰消除电路由三个部分组成:检测模块、调整模块和反馈模块。由于自干扰信号主要是来自于第一定向耦合器中下行信号泄露，但自干扰消除电路位于近端，所以利用第二定向耦合器耦合端的输出的下行的参考信号，来模拟经过泄露和外界反射后的自干扰信号(形成的信号称为“消除信号”)，所以参考信号输入到调整模块中。上行信号经过LNA2流向功分器，功分器将上行信号分为三路，一路大幅度信号输入到合路器的其中一个输入，另外两路小幅度信号分别输入到检测模块中的幅度检测模块和相位检测模块中。由于在上行信号中，自干扰信号远远大于反射回来的标签信号，所以检测模块就是在检测自干扰信号的幅度和相位。经过检测后幅度检测模块输出幅度控制信号和自干扰消除使能信号(SJCEN)，相位检测模块输出相位控制信号。幅度控制信号和相位控制信号分别输入到幅度调整电路和相位调整电路中，对参考信号进行幅度调整和相位调整，使得调整模块输出的消除信号和上行信号中的自干扰信号是等幅反相的关系。调整模块输出的消除信号输入到合路器的另一路输入端中，合路器输出的信号应该是进行自干扰消除后的已消信号。另外一路控制信号SJCEN输入至控制中心，它的作用是检测自干扰信号的干扰影响是否达到需要消除的情况，如果自干扰信号没有必要消除，那么SJCEN会通知控制中心，然后控制中心会产生输出使能信号(EN)控制缓冲器，使其输出为零，这样合路器里输出的信号就是未进行自干扰消除的上行信号；如果自干扰信号达到需要消除的标准，那么SJCEN会通知控制中心，这时控制中心会告诉缓冲器，将消除信号输入至合路器中，进行自干扰消除工作。这样的结构可以帮助自干扰消除模块根据不同的外界环境选择不同的工作方式，提高系统效率，节约能量。由于相位调整模块的调整精度有限，一般只能将参考信号和消除信号之间的相位差做到170°?190°，所以自干扰消除电路中的反馈模块会提取一部分已消信号进行检测，检测消除的效果，并将效果反馈到检测模块中的控制中心，控制中心根据得到的反馈信号进行运算，得到相应的相位补偿信号输入到相位检测模块，相位检测模块会进行相应的调整，以便提高下一次自干扰信号消除的精度。
[0082]实施例4:在实施例1、实施例2与实施例3的基础上，本实施例提供了一种无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路，该链路中设有数字控制的带有具体结构的自干扰消除电路，如图8所示；
[0083]将图8所示的设有数字控制的带有具体结构的自干扰消除电路设于无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路的远端，如图9所示。具体地，所述第一定向耦合器和第一低噪声放大器之间设置有调整电路；所述调整电路包括功分器和自干扰消除电路；
[0084]RFID读写器芯片从发射通道输出已调的下行信号，输入到下行链路的E/0模块中，下行信号沿着光链路传输到0/E模块中转换为电信号，经过多级LNA和PA放大到适当功率后输入到天线端，进行定向辐射。无源电子标签接收到下行信号之后进行反射调制，反射信号沿着上行链路，先进行远端的自干扰消除。远端的数字控制的自适应性自干扰消除模块的工作过程是:上行信号首先进入功分器，功分器将上行信号分成三路，一路大功率信号输入到合路器其中一个输入端，另外两路小功率信号输入到检测模块的中。
[0085]调整模块由可控移相器和可控增益放大器(AGC)组成。
[0086]检测模块由幅度检测模块、相位检测模块、数字控制中心组成。
[0087]所述相位检测模块由带通滤波器(BPF)、鉴相器、第一模数转换器(ADl)、微控制单元(MCU)、第一数模转换器(DAl)组成；为了更好地进行相位检测，待相位检测信号进入BPF将其他频率分量滤除，之后输入到鉴相器中。鉴相器检测出待检测信号和参考信号的相位差，以电压信号的方式输出，经过ADl转化为数字信号进入MCU待处理，MCU根据输入的相位检测信号和反馈信号进行运算(查表算法)，对相位调整信号进行微调，进而输出最佳的相位调整信号，通过DAl转换为模拟信号来控制可控移相器，可控移相器根据所知的相位差将参考信号移相，得到与自干扰信号反相的消除信号。
[0088]所述幅度检测模块由包括第一检波器、整形电路和第二模数转换器(AD2)、MCU、第二数模转换器DA2组成。首先待检测信号输入到包括比较器的检波器中输出包络信号，该包络信号代表着上行信号的幅度大小，如果该幅度值大于比较器中预设的阈值，比较器就会输出自干扰消除使能信号(ENSJC)至MCU中，这时近端自干扰消除电路才开始工作，同时MCU也会输出缓冲器使能(EN)信号，此时合路器的另一个输入端的输入信号不为零；如果幅度值小于比较器中预设的阈值，那么比较器会至MCU中，这时近端的自干扰消除电路停止工作，同时MCU也会输出缓冲器使能(EN)信号，此时合路器的另一个输入端的输入信号为零。然后包络信号进入整形电路，为了适应AD2的输入范围，进行信号整形，AD2将幅度检测信号输入到MCU中，MCU根据输入幅度信息和反馈信号进行运算(查表算法)，输出最佳的幅度调整信号，经过DA2转换成模拟信号来控制AGC工作，AGC根据所知的幅度信息，调整电路中的增益，对参考信号进行适当的放大或衰减，满足和自干扰信号等幅的关系。
[0089]下行信号作为参考信号经定向耦合器耦合端输入到AGC中，经过了幅度调整和相位调整的参考信号作为消除信号输入到合路器的另一端，由于消除信号和上行信号里的自干扰信号反相，二者相互抵消，降低了自干扰信号对标签反射信号的影响。反馈模块包括第二功分器、第二检波器、第三模数转换器AD3。第二功分器将已消除信号分为两路，一路大功率信号输出到RFID读写器芯片中，另一路小功率信号输出到第二检波器中，检测幅度大小(也就是消除的效果)，经过AD3转换为反馈信号，反馈到MCU，作为微调的依据。之后上行信号通过光链路和LNA2进行适当的放大输出到RFID读写器芯片的接收端。
[0090]将图8所示的设有数字控制的带有具体结构的自干扰消除电路设于无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路的近端，如图10所示，RFID读写器芯片从发射通道输出已调的下行信号，输入到下行链路的E/0模块中，下行信号沿着光链路传输到0/E模块中转换为电信号，经过多级LNA和PA放大到适当功率后输入到天线端，进行定向辐射。无源电子标签接收到下行信号之后进行反射调制，反射信号沿着上行链路，上行信号先经过LNAl进行适当放大为适合在光链路传输的信号，然后通过光链路传输到LNA2进行适当的放大输出到近端自干扰消除电路中，最后将已消除信号输入到RFID读写器芯片的接收端。近端的数字控制的自适应性自干扰消除模块的工作过程是:上行信号首先进入功分器，功分器将上行信号分成三路，一路大功率信号输入到合路器其中一个输入端，另外两路小功率信号输入到检测模块中。[0091]调整模块由可控移相器和AGC组成。
[0092]检测模块由幅度检测模块、相位检测模块、数字控制中心组成。
[0093]所述相位检测模块由BPF、鉴相器、AD1、微控制单元、DAl组成；为了更好地进行相位检测，待相位检测信号进入BPF将其他频率分量滤除，之后输入到鉴相器中。鉴相器检测出待检测信号和参考信号的相位差，以电压信号的方式输出，经过ADl转化为数字信号进入MCU待处理，MCU根据输入的相位检测信号和反馈信号进行运算(查表算法)，对相位调整信号进行微调，进而输出最佳的相位调整信号，通过DAl转换为模拟信号来控制可控移相器，可控移相器根据所知的相位差将参考信号移相，得到与自干扰信号反相的消除信号。
[0094]所述幅度检测模块由第一检波器、整形电路和第二模数转换器AD2、微控制单元、第二数模转换器DA2组成。首先待检测信号输入到包括比较器的检波器中输出包络信号，该包络信号代表着上行信号的幅度大小，如果该幅度值大于比较器中预设的阈值，比较器就会输出自干扰消除使能信号(ENSJC)至MCU中，这时近端自干扰消除电路才开始工作，同时MCU也会输出缓冲器使能(EN)信号，此时合路器的另一个输入端的输入信号不为零；如果幅度值小于比较器中预设的阈值，那么比较器会至MCU中，这时近端的自干扰消除电路停止工作，同时MCU也会输出缓冲器使能(EN)信号，此时合路器的另一个输入端的输入信号为零。然后包络信号进入整形电路，为了适应AD2的输入范围，进行信号整形，AD2将幅度检测信号输入到MCU中，MCU根据输入幅度信息和反馈信号进行运算(查表算法)，输出最佳的幅度调整信号，经过DA2转换成模拟信号来控制AGC工作，AGC根据所知的幅度信息，调整电路中的增益，对参考信号进行适当的放大(或衰减)，满足和自干扰信号等幅的关系。
[0095]下行信号作为参考信号经第二定向耦合器耦合端输入到AGC中，经过了幅度调整和相位调整的参考信号作为消除信号输入到合路器的另一端，由于消除信号和上行信号里的自干扰信号反相，二者相互抵消，降低了自干扰信号对标签反射信号的影响。
[0096]反馈模块包括第二功分器、第二检波器、第三模数转换器AD3。第二功分器将已消除信号分为两路，一路大功率信号输出到RFID读写器芯片中，另一路小功率信号输出到第二检波器中，检测幅度大小(也就是消除的效果)，经过AD3转换为反馈信号，反馈到MCU，作为微调的依据。
[0097]以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管实施例对本发明进行了说明，本领域的技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路，其特征在于，包括读写器芯片，用于发射下行信号，接收上行信号；第一电信号转光信号模块与读写器芯片连接，用于将接收到的信号转换成光信号，经过光纤传输后输入第一光信号转电信号模块；第一光信号转电信号模块，用于将接收到的信号转换成电信号，并输入多级低噪声放大器；依次连接的多级低噪声放大器和功率放大器，用于放大光信号转电信号模块输出的射频信号，并将放大后的射频信号送达输入到第一定向耦合器的输入端；第一定向耦合器，用于配合后端天线分离上行和下行两条链路，第一定向耦合器的下行信号输出端也是上行信号的输入端，此端和天线相接，上行链路中第二调整电路的输入端和第一定向耦合器的上行信号的输出端相接；由于第一定向型耦合器的隔离度有限，下行信号在通过定向耦合器的时候会有一部分能量泄漏到上行链路中，产生自干扰信号；天线将下行信号以电磁波的形式送达无源电子标签；无源电子标签对下行的电磁波信号进行反射调制，得到上行信号；天线接收上行信号，经过第一定向I禹合器，将上行信号和自干扰信号一起输出到第一低噪声放大器；第一低噪声放大器，用于将接收到的信号放大，然后输入到第二电信号转光信号模块；第二电信号转光信号模块，用于将接收到的电信号转换成光信号，然后经过光纤传输，输入到第二光信号转电信号模块；第二光信号转电信号模块，用于将接收到的光信号转换成电信号后，输出到第二低噪声放大器；第二低噪声放大器，用于将接收到的信号放大，然后输入到读写器芯片的接收端口中； 其中读写器芯片、第一电信号转光信号模块、第二光信号转电信号模块、第二低噪声放大器组成光链路的近端部分； 第一光信号转电信号模块、多级低噪声放大器、功率放大器、天线端、第一定向耦合器、第一低噪声放大器、第二电信号转光信号模块组成光链路的远端部分； 其中在第一定向耦合器和第一低噪声放大器之间，或者读写器芯片与第一电信号转光信号模块之间，只有一 处设置有调整电路。
2.根据权利要求1所述的无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路，其特征在于，所述第一定向耦合器和第一低噪声放大器之间设置有调整电路； 所述调整电路包括功分器和自干扰消除电路； 其中，自干扰消除电路包括检测模块、调整模块、反馈模块和合路器； 第一定向耦合器，用于配合天线分离上行链路和下行链路，将下行信号的一部分信号输入到天线的输入端，一部分耦合到耦合端输出作为远端自干扰消除的参考信号，还有一部分信号泄漏到上行链路中作为自干扰信号，并且接收天线输出的上行信号，并将自干扰信号和上行信号作为新的上行信号输出到功分器中； 检测模块包括幅度检测模块和相位检测模块,调整模块包括幅度调整模块和相位调整模块； 调整模块，用于按照上行信号的特性，调整参考信号的幅度和相位；其中下行信号耦合一部分信号作为自干扰消除的参考信号； 功分器，用于接收第一定向耦合器输出的上行信号，并将上行信号分为三路，一路大幅度信号输入到合路器的其中一个输入端，另外两路小幅度信号分别输入到检测模块中的幅度检测模块和相位检测模块中； 幅度检测模块和相位检测模块，接收功分器输出的两路小幅度信号，经过检测后输出幅度控制信号和相位控制信号 幅度调整模块和相位调整模块，用于接收检测模块输出的幅度控制信号和相位控制信号，根据接收到的幅度控制信号和相位控制信号，对参考信号进行幅度调整和相位调整，输出消除信号，并使得消除信号和上行信号中的自干扰信号是等幅反相的关系； 合路器，其中一个输入端用于接收功分器输出的一路大幅度信号，另一个输入端用于接收调整模块输出的消除信号，输出端用于输出已消信号； 反馈模块，用于提取一部分已消信号进行检测，检测消除的效果，并将效果反馈到检测模块中的相位检测模块； 其中，已消信号是上行信号经过自干扰消除电路后，将自干扰信号进行大幅度消除后的信号； 消除信号是下行 信号耦合输出的参考信号根据上行信号中的自干扰信号的特征调整而成的信号。
3.根据权利要求1所述的无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路，其特征在于，所述读写器芯片与第一电信号转光信号模块之间设置有调整电路，所述调整电路包括第二定向耦合器、功分器和自干扰消除电路； 其中，自干扰消除电路包括检测模块、调整模块、反馈模块和合路器； 第二定向耦合器，用于将读写器输出的下行信号耦合出部分下行信号作为自干扰消除的参考信号； 检测模块包括幅度检测模块和相位检测模块,调整模块包括幅度调整模块和相位调整模块； 调整模块，用于按照上行信号的特性，调整参考信号的幅度和相位； 功分器，用于接收第二低噪声放大器输出的上行信号，并将上行信号分为三路，一路大幅度信号输入到合路器的其中一个输入端，另外两路小幅度信号分别输入到检测模块中的幅度检测模块和相位检测模块中； 幅度检测模块和相位检测模块，接收功分器输出的两路小幅度信号，经过检测后输出幅度控制信号和相位控制信号 幅度调整模块和相位调整模块，用于接收检测模块输出的幅度控制信号和相位控制信号，根据接收到的幅度控制信号和相位控制信号，对参考信号进行幅度调整和相位调整，输出消除信号，并使得消除信号和上行信号中的自干扰信号是等幅反相的关系； 合路器，其中一个输入端用于接收功分器输出的一路大幅度信号，另一个输入端用于接收调整模块输出的消除信号，输出端用于输出已消信号； 反馈模块，用于提取一部分已消信号进行检测，检测消除的效果，并将效果反馈到检测模块中的相位检测模块。
4.根据权利要求2或3所述的无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路，其特征在于，所述检测模块还包括控制中心，所述控制中心与检测模块的输出端相连接，控制中心与幅度检测模块之间连接有自干扰消除使能信号，且所述控制中心设置于相位检测模块与反馈模块的连接之间； 所述自干扰消除电路还包括缓冲器，所述缓冲器一个输入端通过使能信号与控制中心连接，另一输入端与调整模块的输出端相连接，其所述缓冲器设置于调整模块和合路器的连接之间； 所述自干扰消除使能信号，是控制中心根据幅度检测模块检测到的自干扰信号的幅度，判断是否需要对自干扰信号进行消除的依据； 所述使能信号，是控制中心根据是否需要对自干扰信号进行消除的情况发出的使能信号，其控制缓冲器的输出。
5.根据权利要求2至4中任意一项所述的无源RFID系统中连接天线和读写器的光链路，其特征在于，所述相位检测模块由带通滤波器、鉴相器、第一模数转换器、微控制单元、第一数模转换器组成； 所述幅度检测模块由第一检波器、整形电路和第二模数转换器、微控制单元、第二数模转换器组成； 其中相位检测模块与幅度检测模块中的微控制单元为同一个； 所述幅度调整模块为可控增益放大器，所述相位调整模块为可控移相器； 其中，带通滤波器用于将其他频率分量滤除，之后输入到鉴相器中；鉴相器，用于检测出待检测信号和参考信号的相位差，以电压信号的方式输出到第一模数转换器中；第一模数转换器将信号转化为数字信号后输入微控制单元；微控制单元用于根据输入的相位检测信号和反馈信号进行运算，对相位调整信号进行微调，进而输出最佳的相位调整信号；第一数模转换器，用于将微控制单元输出的信号转换为模拟信号来控制可控移相器； 第一检波器，包括包络 检波器和比较器，当检测信号输入到包络检波器中时，输出包络信号，该包络信号代表着上行信号的幅度大小，如果该幅度值大于比较器中预设的阈值，t匕较器就会输出自干扰消除使能信号至微控制单元，同时微控制单元输出使能信号，否则微控制单元输出信号为零；整形电路，用于接收包络信号，并将其调整为适应第二模数转换器输入范围的信号；微控制单元，用于根据输入幅度信息和反馈信号进行运算，对幅度调整信号进行微调，输出最佳的幅度调整信号，经过第二数模转换器转换成模拟信号来控制可控增益放大器进行工作； 可控移相器，根据所知的相位差，在相位调整信号的控制下，将参考信号移相，得到与自干扰信号反相的消除信号； 可控增益放大器，根据所知的幅度信息，在幅度调整信号的控制下调整电路中的增益，对参考信号进行适当的放大或衰减，使其满足和自干扰信号等幅的关系； 所述反馈模块包括第二功分器，第二检波器，第三模数转换器； 所述第二功分器用于将已消信号分为两路，一路大功率信号输出到RFID读写器芯片中，另一路小功率信号输出到第二检波器中； 第二检波器，用于检测信号检测幅度大小，并发送信号到第三模数转换器中； 第三模数转换器，将信号转换为数字信号，输出信号作为反馈信号，反馈到微控制单元，作为微调的依据。
【文档编号】G06K17/00GK104008409SQ201410182802
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】李建强, 肖阳, 徐坤, 戴一堂, 尹飞飞 申请人:北京邮电大学