Rfid接收器的制造方法
【专利说明】
[0001] 本申请是于2006年10月27日提交的名称为"RFID接收器"的中国专利申请 200680049551. 0的分案申请。
[0002] 相关申请的交叉参考
[0003] 本申请要求于2005年10月28日提交的编号为60/731，629的美国临时申请的权 益。
技术领域
[0004] 本发明涉及发射器一接收器系统，并且具体地涉及在艰难环境中检测信号的系 统，如用于传感网络和射频识别（RFID)系统的系统。
【背景技术】
[0005] 在艰难环境中检测信号已经成为实际的问题，诸如在信噪比很低和/或来自其它 信号的干扰很高的环境中。在现今的很多系统中，经典的检测理论被用于数字收发器中。在 送些系统中，通过使用设计用于匹配接收器输入端信号波形的"匹配滤波器"，嵌入在信息 负载信号中的比特流每次被检测一比特。
[0006] 需要的是用于检测非常微弱的信号的一种稳定且有效的方法，所述微弱信号带有 由信号源特征和传播环境造成的严重相位和时序模糊度。所提出的系统与经典信号检测器 相比具有明显更高的性能。
【发明内容】
[0007] 在第一方面，操作RFID接收器的方法可W包括采样来自至少一个被询问RFID标 签的包括RFID数据信号的接收信号；提供在数据状态之间形成具体转移的接收信号样本 或采样点的预定概率，每个预定概率与影响接收信号的数据、时序和波特率相关；把所述一 组预定概率应用到多对信号样本中的每一对W确定所述接收信号的概率，所述接收信号在 所述对内的每个信号样本之间形成具体转移；W及通过确定具有最高发生概率的所述接收 信号中的转移序列处理所述确定概率W恢复RFID数据信号。
[0008] 所述预定概率可W也与影响所述接收信号的相位变量相关。所述应用所述一组 预定概率和所述处理所述确定概率可W被重复W恢复所述RFID数据信号。所述一组预定 概率与第一方向中的转移相关。可W提供第二组预定概率，所述预定概率与相对方向中的 转移相关；并且把所述第二组预定概率应用到多对信号样本中的每一对W确定所述接收信 号的第二概率，所述接收信号在所述对内的每个信号样本之间W所述相对方向形成具体转 移；W及可W处理所述第一和第二确定概率W恢复所述RFID信号。应用所述第一和第二组 预定概率W及所述处理所述第一和第二确定概率可W被重复W恢复所述RFID数据信号。 所述应用和处理可W被重复直到进一步的重复不改变所述确定概率。
【附图说明】
[0009] 图I是RF发射器一接收器系统和无源传感器的简化框图。
[0010] 图2a是图1所示类型的端到端通信系统的简化框图。
[0011] 图化是图2a所示系统的SISO实现的模型。
[0012] 图3是作为4端口设备的SISO解码器的图示。
[0013] 图4是带有交织和解交织的SISO处理的框图。
[0014] 图5是量化相位空间的图解说明。
[0015] 图6是量化时域的图解说明。
[0016] 图7是网格图（trellisdiagram)的示例的图解说明。
[0017] 图8a是单态网格转移的图解说明。
[001引图8b是网格段的图解说明。
[001引图9a是单奇偶校验（SPC)码的框图。
[0020] 图9b是RFIDSISO解码器的框图。
[0021] 图9c表示循环码的SISO解码器的详细操作。
[0022] 图9d图解说明SPC的SISO解码器的操作。
[0023] 图10是模块化的相干SISO解码器。
[0024] 图11是模块化的非相干SISO解码器。
[00巧]图12a图解说明模块化的级联非相干。
[0026] 图12b图解说明相干SISO解码器。
[0027] 图13a是RFID系统的框图。
[0028] 图13b是图13a中阅读器/询问器的框图。
[0029] 图14a是用于RFID应用的FMO编码器的框图。
[0030] 图14b是用于RFID应用的Miller(米勒）编码器的框图。
[0031] 图15a是经典相干检测器的框图。
[0032] 图15b是经典非相干检测器的框图。
[0033] 图15c是多符号非相干检测器的框图。
[0034] 图15d图解说明图15c中多符号非相干检测器的操作。
[0035] 图16示出了FMO和Miller码的网格图。
[0036] 图17示出了作为信噪比函数的比特误差率。
[0037] 图18示出了带有时变持续时间的脉冲的时序网格（timingtrellis)段的第一种 方法。
[0038] 图19示出了图18方法的时序刻度标记。
[0039] 图20示出了对于时变持续时间的脉冲使用折叠时序网格的第二种方法。
[0040] 图21示出了每个节点带有H个转移的树状图。
[00川 图22示出了符号树结构方法3的示例，其中N= 4且Amax= 1。
[004引图23示出了带有窗口的符号树结构方法3的示例，其中N= 4且Amax= 1。
[0043] 图24示出了SISO实现：中间度量变量计算。
[0044] 图25示出了SISO实现；节点处理器和分支选择单元的互连。
[0045] 图26示出了SISO实现；扩展的并行源节点处理。
[0046] 图27示出了前向和后向处理器。
【具体实施方式】
[0047] 接收器子系统可W提供增强的信号检测，送种检测可W容忍一些时延，特别是用 于传感网络和基于无源射频识别（RFID)的系统。送种系统可W使用带有软输入一软输 出（SISO)组件的迭代或重复处理技术，W便将信道解码与均衡、解调、相位跟踪、符号时序 (symboltiming)和同步W及干扰抵消相结合。送通过在有限状态机（FSM)的任意给定状 态下基于观察向量来交换概率或"软信息"或者等同的发送符号正确检测概率而实现，所述 FSM模拟观察空间。FSM在时域中的演进得出在此被称作"网格（Trellis)"的平面图。在 存在带有随机相位与时序的附加白高斯噪声（AWGN)的情况下，使用SISO的接收器的性能 接近理想相干接收器的性能。在存在诸如多路经、衰减和干扰的其它信道异常的情况下，性 能增益更大于传统系统。此处描述的SISO解码器也可W用于采用串行或并行级联的信道 编码方法的应用。
[0048] 本文公开的系统可W使用迭代算法，送种算法可W被应用于宽范围传感类的信号 和波形。带有软输入一软输出（SISO)组件的迭代处理技术可W被用于将信道解码与均衡、 解调、相位跟踪、符号时序和同步W及干扰抵消相结合。送通过概率或"软信息"的交换来 实现。当发送序列从二进制对称源度S巧被生成并且在存在附加白高斯噪声（AWGN)、信道 失真、随机相位和同步误差的情况下，送种接收器的性能趋近于未编码信号的理想相干接 收器。在出现诸如多路经、衰减和干扰的其它信道异常的情况下，预期的性能增益比传统系 统高得多。此处描述的全部SISO解码器也可W用于采用串行或并行级联信道编码方法的 应用。
[0049] 现在参考图1，发送系统1-10在诸如RF信道的正向/前向信道1-16内发送信号， 该信号被施加于可W是RFID标签的传感器1-14。前向信道1-16内的发送信号x(t)可W被 建模为复数发送信号的实部，就是说x(0=民ea![a(!;)ej'W+6>]，其中tE[nTsym，（n+l)TsJ; 其中Lym表示符号时间间隔，a(t)可W是承载信号的复数值或实数值信息，而0表示符号 时间内发送信号的相位。送个相位可W从符号到符号之间随时间变化。在无源RFID标签 应用中，发送波形和接收波形是独立的，然而，从标签1-14发送的功率取决于来自阅读器 信号的功率和标签把其接收的功率转化为返回阅读器的可用发送功率的效率。在有源传感 器中，发送信号和接收信号一般是互相独立的信号。
[0050] 发送系统1-10包括发送系统1-10的数据源1-2,其用于调制发射器1-4。天线 1-5通过前向信道1-16把调制信号施加于传感器1-14。一般在RFID应用中，发射器1-4 和数据源1-2形成RFID网络的询问器和阅读器。数据源1-2由阅读器使用，W把地址和/ 或命令序列嵌入诸如RFID标签1-14的器件。在后向散射无源RFID标签中，发送信号也可 W嵌入带有连续波（CW)的正弦信号，送种信号可W用于为无源RFID标签供应功率。然后 RFID标签1-14可W基于接收命令，通过被图解说明为返回信道1-18的空间，响应返回数据 序列。接收系统1-12的主要功能是在返回信道1-18内遇到诸如多路径和/或自然和人为 干扰的多种失真的情况下，检测从传感器1-14发送的数据。接收器系统包括接收天线1-7， 其把从RFID标签1-14接收的信号施加于接收器1-6。然后来自接收器1-6的检测数据可 W被用户1-8使用。在RFID应用中，数据用户是阅读器，其把数据传递到用于解译接收包 的高层协议。对于无源RFID标签，发送系统1-10和接收系统1-12可W被称为"阅读器/ 询问器"1-13。
[005。图I示出基本的发射器接收器对即阅读器/询问器1-13。信号通过脉冲响应h(t) 在通信信道上被发送并渗杂有附加白高斯噪声（AWGN)n(t)，接收信号y(t)被建模为：
[0052]y(t) =x(t)*h(t)+n(t) (I)
[0053] 其中"* "表示卷积运算。
[0054] 现在参考图2,图2a示出传感信号的端到端通信系统物理结构图模型2-1，并且所 述模型2-1包括数据源2-2,其馈送到发射器2-4内的调制器。送个信号经由前向信道2-6 施加于传感器2-8。只有当来自传感器2-8的发送信号是原始信号的部分放大形式的情况 下，脉冲响应/冲激响应是前向信道和返回信道的合成脉冲响应，也就是hf(t)*hf(t)。在 无源RFID应用中，标签一般只可使用来自阅读器的信号来为自身提供能量。来自标签的返 回信号使用后向散射调制来调制返回到阅读器的电子产品代码或响应，在送种情况下，信 道脉冲响应只限于返回信道转移函数2-10。接收器2-11检测输入比特流，并将其输出到用 户数据2-12。
[0055] 在离散时域内，我们把送种复数接收信号在时间n关于第k包或顿的采样形式表 示为N维向量，
[0056] Yk= HkXk+rik (2)
[0057]送里y,表示从接收信号复数信号（下转换后）如y(nTj均匀采样获得的N维接 收复数向量，其中L表示采样间隔，并且集合信道传输函数被表示为：
[0058] (3)
[0059] 信道响应矩阵H可W是实数或复数值常量，或属于特定类型的随机分布函数，W 模拟室内或室外多路经信道响应。
[0060] 序列误差概率可W被最小化，其相当于最大化取决于观察序列的后验误差概率。 经估计的发送符号是：
[0061] 二argiT|iax尸(《.,i>'） (4
[0062] 其中￥代表输入符号集（al地油et)。
[0063] 通过运用贝叶斯规则度ayesrule),得出
[0065] 如果￥ ={0, 1}郝么设对数似然比
[0064] (5)
W
[0067]使用Bayes公式并消除Pr(y)，获得可靠性信息或"外部（extrinsic)"信息
[006引Ai(aJ=Ai(aj+入2(曰n)，(7)
表先验对数似然比化LR)值。序列AI(a。）在每次迭代中被计算，并且是图4显示的软度 量（softmetric)计算块4-8的函数。在SISO解码器中，如图4中所示的解码器4-2,每个 发送符号的后验概率可W被计算，然后从可靠性信息中减去后验概率W消除先验信息的影 响。然后外部信息可W被反馈W用于下一次迭代的度量计算，其中：
[0071] 其中飄化符号（tilde)(~）表示来自上一次解码状态的值。在存在未知随机相 位和时序的情况下，有必要考虑输入和输出联合概率分布函数Pr(a，9,T|y)，在送个函数 中，等式（4)表达的最优化问题变为
(8a)
[0073] 其中￥代表a。，4。，T。可取的所有值的集合。
[0074] 现在参考图化，在理论模型2-30中，通过把单一的新信道编码运用于用户数据可 W增强整个RFID系统的性能。送种编码技术可W包括外部码2-19、交织器2-18和单奇偶 校验码2-16的使用，后面详细说明的单奇偶校验码2-16被用来驱动信道上的调制编码器。 例如，外部码可W是循环码（仅采用大小为M的输入数据并重复q次，其中q〉l)。大小为M 位的输入数据可W被分成N个相等大小的序列，其中每个序列的大小为M/N。每个序列被复 制（重复）q次（比如说q= 3)，然后通过每个大小为M/N的不同交织器排列，所有重复和 排列的子序列进入具有化个输入和一个输出的单奇偶校验（