一种超高频RFID标签信号的恢复方法与流程

本发明涉及信号处理技术，尤其涉及一种超高频rfid标签信号恢复方法。

背景技术：

近年来，射频识别(rfid)技术已成功应用于许多不同领域，如库房盘存，资产跟踪和个人身份识别。在典型的多标签超高频(uhf)rfid系统中，不同的无源标签可以同时反向散射它们的信息，导致标签信号彼此干扰。这种现象通常被称为标签冲突，其对rfid系统的访问效率的下降具有明显的影响。在包括iso18000-6c在内的各种rfid标准中，解决该问题的一种常见解决方案是基于帧结构的时隙aloha算法。但是该种算法仅能处理包含一个标签信号的时隙，因此其最大系统吞吐量受限。

最近，通过分解冲突信号将冲突的时隙转换为可用的时隙，从而在物理层解决标签冲突成为一个新的研究热点。然而，当前的物理层防冲突算法都忽略了标签信号的一个关键统计特性，即当通过正交接收结构的读卡器观测标签信号时，可以认为读写器或标签产生的实值rfid波形，是一种具有最大非圆特性的非圆复数信号。对于非圆复数信号，当接收信号和其复共轭被同时处理时，可以获得额外的性能增益，这种解决方案通常被称为宽线性(wl)处理。在无源uhfrfid系统的标签防冲突问题上，wl处理方法还未有应用。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种超高频rfid标签信号恢复方法，其基于宽线性最小均方误差(wlmmse)准则，该方法利用标签冲突信号中冗余的统计信息，减少因标签数量增多而引起的效率损失,能显著提高rfid系统的吞吐量。

为实现上述目的本发明采用如下技术方案：

一种基于超高频rfid标签信号恢复方法，包括：

下变频模块，用于将接收天线接收的射频信号下变频到基带；载波抵消模块，用于抵消接收信号中包含的发送天线发出的载波信号；直流分量抵消模块，用于去除标签返回的开关调制信号(ook)信号中的直流分量，将其转换为二进制相移键控(bpsk)信号；

标签数量估计模块，用于估计标签数量；

信道估计模块，用于估计信道系数矩阵；

标签信号分离模块，用于利用基于宽线性最小均方误差准则将冲突的标签信号进行分离；

所述方法包括如下步骤：

步骤s1.基于下变频模块将接收的射频信号下变频到基带；

步骤s2.对下变频后的基带信号，利用载波抵消模块消除数字基带信号中的载波分量,依据直流分量抵消模块去除信号中的直流分量；

步骤s3.估计标签数量以及信道系数矩阵；

步骤s4.基于标签信号分离模块恢复每个rfid标签信号。

优选的，步骤s2中还包含，依据直流分量抵消模块去除信号中的直流分量，将其转换为二进制相移键控(bpsk)信号。

优选的，步骤s1之前还包含s0，获得多标签信号响应的其中一个信息块，作为待分离信息块。

优选的，步骤s1包含将所述信息块对应的射频信号下变频到基带；

优选的，步骤s3包含判断标签数量是否为0，是则返回至步骤s0；否则进入步骤s31，

配置所估计的信道系数矩阵为p，并得到增广形式的信道系数矩阵构建增广形式的接收信号向量计算发送信号与接收信号的增广互相关协方差矩阵，

接收信号的增广自相关协方差矩阵，

计算白噪声v(n)的功率密度e(v^hv)＝n0i，

其中i是单位矩阵，

优选的，步骤s4中，包含对接收信号的增广自相关协方差矩阵css进行求逆，并将其与发送信号与接收信号的增广互相关协方差矩阵cas相乘得到估计系数；将所述估计系数与增广形式的接收信号向量s相乘，得到分离后的标签信号

进一步的，分离后的标签信号为增广形式，取其上半部分为最终的标签分离信号。

优选的，s4之后还包含，基于标签信号调整解调模块，将分离后的标签信号解调为二进制数据。

相对于现有技术中的方案，本发明的优点：

(1)在多标签冲突信号中的二阶非圆统计特性，同时对接收到的冲突信号和其复共轭进行联合处理，获得了额外的性能提升；

(2)相对于传统的基于线性模型的信号恢复方法，在标签数量增多时，能利用冲突信号中的统计冗余以补偿由于空间冗余减少而引起的效率损失，并且该优势在标签数量增大时愈发明显。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明实施例的基于超高频rfid标签信号恢复系统的框图；

图2为本发明实施例的wlmmse与线性最小均方(lmmse)，迫零(zf)标签冲突信号恢复算法在不同的信噪比(snr)及不同的标签数量情况下的误码率(ber)性能对比；

图3为本发明实施例的wlmmse与lmmse两种标签冲突信号恢复算法的实际吞吐量性能对比；

图4为本发明实施例rfid系统图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例：

如图1所示为基于超高频rfid标签信号恢复系统的框图，其包含

射频信号下变频模块，用于将接收天线接收的射频信号下变频到基带；

载波抵消模块，用于抵消接收信号中包含的发送天线发出的载波信号；

直流分量抵消模块，用于去除标签返回的开关调制信号(ook)信号中的直流分量，将其转换为二进制相移键控(bpsk)信号；

标签数量估计模块，用于估计标签数量；

信道估计模块，用于估计信道系数矩阵；

标签信号恢复模块，用于利用基于宽线性最小均方误差准则(wlmmse)将冲突的标签信号进行分离。

标签信号调整解调模块，用于将分离后的标签信号解调为二进制码流(也称二进制数据)。

接下来描述基于该系统的标签信号恢复方法，该方法包含：

步骤s0.获得多标签信号响应的其中一个信息块，作为待分离信息块，然后进入步骤s1；

步骤s1.将该信息块对应的射频信号首先下变频到基带，并进入步骤s2；

步骤s2.数字化该基带信号，估计并消除数字基带信号中的载波分量，同时去除信号中的直流分量，然后进入步骤s3；

步骤s3.估计标签数量以及信道系数矩阵，判断标签数量是否为0，是则返回步骤s0；否则进入步骤s31；配置所估计的信道系数矩阵为p，并得到增广形式的信道系数矩阵

步骤s31.构建增广形式的接收信号向量计算发送信号与接收信号的增广互相关协方差矩阵

接收信号的增广自相关协方差矩阵

计算白噪声v(n)的功率密度e(v^hv)＝n0i，

其中i是单位矩阵，

然后进入步骤s4。

步骤s4.针对接收信号的增广自相关协方差矩阵css进行求逆，并进而与发送信号与接收信号的增广互相关协方差矩阵cas相乘得到所估计系数；将系数与接收信号的增广形式s进行相乘，得到分离后的标签信号分离后的标签信号为增广形式，取其上半部分为最终的标签分离信号。

基于标签信号调整解调模块，将分离后的标签信号解调为二进制码流。

接下通过图2,3来描述本申请提出的实施方式与现有的方法的对比。图2与图3的仿真环境中，使用的rfid系统符合iso18000-6c协议和gb/t29768标准，其中接收天线的数量nt为4，每个标签和读卡器之间的信道假设为独立同分布的准静态瑞利衰落信道。

如图2为所示为本发明实施例的wlmmse与lmmse，zf标签冲突信号恢复算法在不同的信噪比(snr)及不同的标签数量(nt情况下的误码率(ser)性能对比从图中可看出:本发明提出的恢复方法(wlmmse)，相对于lmmse方法和zf方法，具有更低的误码率。当标签数量nt从2个增加到4个时，性能优势更为明显。

如图3为所示为本发明实施例的wlmmse与lmmse两种标签冲突信号恢复算法的实际吞吐量性能对比，从图中可看出:本发明提出的恢复方法(wlmmse)所达到的吞吐量随着可恢复标签数量的增大，且比传统的线性最小均方(lmmse)方法更接近理想吞吐量。

如图4所示为本发明实例的rfid系统图，包含1个读卡器和nt个标签，其中读卡器上配有1根发射天线和nr根接收天线。

上述实施方式中的超高频rfid标签信号恢复方法是基于宽线性最小均方误差(wlmmse)准则。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。