專利名稱：一種射頻識別標(biāo)簽芯片防沖突功能的驗證電路及其模型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線射頻識別(RFID)技術(shù)領(lǐng)域，特別是射頻識別標(biāo) 簽芯片的多標(biāo)簽防沖突功能的驗證電路及其模型。
背景技術(shù)：
無線射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification, RFID) 是一種非接觸式自動識別技術(shù)，利用射頻信號和空間耦合傳輸特性， 實現(xiàn)對被識別目標(biāo)的自動識別。RFID系統(tǒng)通常由讀卡器、射頻標(biāo)簽 和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)組成。射頻標(biāo)簽按照獲得能量方法的不同，可以分為 有源電子標(biāo)簽、半有源電子標(biāo)簽和無源電子標(biāo)簽三種。由于有源電子 標(biāo)簽和半有源電子標(biāo)簽需要微電池，故其體積大、成本高。無源電子 標(biāo)簽不需要外部電源，而是利用電源恢復(fù)技術(shù)，直接從天線接受的射 頻信號中恢復(fù)出能量，為其提供工作電壓，因此其工作距離一般較近。 近幾年隨著RFID技術(shù)的進(jìn)步，無源射頻識別技術(shù)獲得了長足的發(fā)展， 在4W EIRP情況下，無源電子標(biāo)簽已經(jīng)能夠達(dá)到12米甚至20米的識 別距離。無源電子標(biāo)簽以其體積小、重量輕、成本低、壽命長、便于 攜帶等突出優(yōu)點，成為近幾年射頻識別領(lǐng)域的研究熱點。
在無源射頻識別應(yīng)用中，經(jīng)常會遇到同一個讀卡器同時識別多個 標(biāo)簽的情況。由于無線射頻識別系統(tǒng)通訊過程中，前向鏈路和返回鏈 路均使用相同信道和相同頻率，故當(dāng)讀卡器發(fā)送查詢命令時，多個標(biāo) 簽都同時響應(yīng)，同時向讀卡器發(fā)送標(biāo)簽自身的ID號，讀卡器就無法
從接收到的響應(yīng)中獲取正確的信息，我們將該現(xiàn)象稱之為沖突或者碰 撞。為了防止多個標(biāo)簽無法被正確識別或者發(fā)生漏讀現(xiàn)象，在讀卡器 和標(biāo)簽的通信過程中就需要一種沖突仲裁機(jī)制，按照該機(jī)制，對標(biāo)簽 和讀卡器之間的通信資源進(jìn)行管理，使多個標(biāo)簽依次和讀卡器進(jìn)行通 信，完成多個標(biāo)簽的防沖突識別。
對RFID系統(tǒng)沖突問題的解決一般有四種方式空分多址(SDMA)、 頻分多址(FDMA)、碼分多址(CDMA)和時分多址(TDMA)。由于TDMA 時分多址方式應(yīng)用簡單，容易實現(xiàn)大量標(biāo)簽的讀寫，所以防沖突算法 主要用TDMA方式實現(xiàn)。目前標(biāo)簽防沖突識別方法主要分為ALOHA 算法和二進(jìn)制樹(Binary Tree)查找算法兩大類。
其中，ALOHA算法又分為純ALOHA算法、時隙ALOHA算法和動態(tài) 時隙ALOHA算法三種。
純ALOHA算法采用的時分多址是一種無規(guī)則的時分多址，或者叫 隨機(jī)多址。操作很簡單，只要標(biāo)簽接收到讀卡器的查詢命令，就立即 發(fā)送數(shù)據(jù)。但是， 一旦發(fā)生沖突，則需要等待一段隨機(jī)時長后重新傳 輸沖突的數(shù)據(jù)包，因此，該算法效率較低。
時隙ALOHA算法將時間分成多個離散時隙，每個時隙長度等于發(fā) 送一個通信幀所需的時間。標(biāo)簽只能在每個時隙的分界處才能發(fā)送數(shù) 據(jù)。這樣標(biāo)簽或成功發(fā)送或完全沖突，使沖突減少一半，提高了信道 的利用率。時隙ALOHA算法沖突概率比純ALOHA算法小，信道利用率 是其兩倍，但是需要同步信號，并且要求標(biāo)簽?zāi)苡嬎銜r隙。
為了進(jìn)一步提高信道利用率，產(chǎn)生了動態(tài)時隙ALOHA算法。讀卡 器在等待狀態(tài)中的循環(huán)時隙段內(nèi)發(fā)送請求命令(使在讀卡器作用范圍
內(nèi)的所有標(biāo)簽同步，并促使標(biāo)簽在下一個時隙里將它的序列號傳輸給 讀卡器)，然后有1 2個時隙給可能存在的標(biāo)簽使用。如果有較多標(biāo) 簽在兩個時隙內(nèi)發(fā)生碰撞，就用下一個請求命令動態(tài)增加可供使用時
隙的數(shù)量，直到能夠發(fā)現(xiàn)唯一一個標(biāo)簽為止。動態(tài)時隙ALOHA算法減 少了數(shù)據(jù)幀的錯誤率，但仍需要同步信號。
二進(jìn)制樹防沖突算法是以傳統(tǒng)的二進(jìn)制樹算法為基礎(chǔ)。讀卡器先 發(fā)射詢問信號，場區(qū)中的標(biāo)簽收到后，同時將ID號發(fā)送給讀卡器， 讀卡器根據(jù)接收到的多個ID號來確定標(biāo)簽在傳輸中發(fā)生碰撞的數(shù)據(jù) 位，然后根據(jù)這些發(fā)生碰撞的數(shù)據(jù)位對ID號逐一進(jìn)行置位來搜索讀 取場區(qū)內(nèi)的標(biāo)簽。該方法需要標(biāo)簽在發(fā)送數(shù)據(jù)時進(jìn)行嚴(yán)格的同步，而 且由于讀卡器與標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)交互比較頻繁，因此通訊過程中需要 的帶寬比較大。
無論RFID系統(tǒng)支持的標(biāo)準(zhǔn)選用哪一種防沖突算法，都會面臨對標(biāo) 簽芯片防沖突功能如何驗證這一比較棘手的問題。 一種驗證方法是， 將多個已經(jīng)封裝上天線的完整標(biāo)簽芯片同時放置到讀卡器的發(fā)射場 區(qū)中，用讀卡器啟動防沖突識別流程對這些標(biāo)簽進(jìn)行識別。這種方法 雖然簡單，不需要額外的電路開銷，但是，如果在驗證過程中出現(xiàn)某 些標(biāo)簽無法識別的情況，就無法調(diào)試，很難對錯誤進(jìn)行定位，難于確 定是標(biāo)簽的哪些電路模塊出現(xiàn)了問題。這可能導(dǎo)致標(biāo)簽芯片研發(fā)周期 延長，增加研發(fā)的時間成本和經(jīng)濟(jì)成本，對標(biāo)簽芯片的研發(fā)產(chǎn)生不利 影響。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的提供一種經(jīng)濟(jì)、簡 便、高效的射頻識別標(biāo)簽芯片防沖突功能的驗證電路及其模型。它利 用標(biāo)簽芯片的數(shù)字基帶電路和讀卡器的數(shù)字基帶處理電路對標(biāo)簽芯 片的防沖突功能直接進(jìn)行驗證，具有可擴(kuò)展性，大大降低了驗證復(fù)雜 度和驗證成本。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)方案以如下方式實現(xiàn) 一種射頻識別標(biāo)簽芯片防沖突功能的驗證電路，它包括無源射頻 識別標(biāo)簽、讀卡器和數(shù)據(jù)庫。從讀卡器到無源射頻識別標(biāo)簽的信號傳 遞方向為前向鏈路，從無源射頻識別標(biāo)簽到讀卡器的信號傳遞方向為 返回鏈路。所述讀卡器包括天線、射頻前端電路、讀卡器基帶信號處 理電路、接口電路和存貯器一。射頻前端電路由雙工器、接收機(jī)和發(fā) 射機(jī)組成。所述無源射頻識別標(biāo)簽包括天線及其匹配電路、射頻前端 模塊、數(shù)字基帶處理模塊和存貯器二。其結(jié)構(gòu)特點是，所述讀卡器基 帶信號處理電路通過包括緩沖器鏈和邏輯門電路的沖突模擬電路與 多個進(jìn)行防沖突功能驗證的無源射頻識別標(biāo)簽的數(shù)字基帶處理模塊 相連接。各無源射頻識別標(biāo)簽芯片的數(shù)字基帶處理模塊的調(diào)制輸出信
號^~ (i=l， 2， 3，…，N)通過邏輯門電路連接到讀卡器基帶信號處理 電路的解調(diào)輸入端，基帶信號處理電路的調(diào)制輸出信號通過緩沖器鏈 連接到各無源射頻識別標(biāo)簽芯片的數(shù)字基帶處理模塊的解調(diào)輸入端。 沖突模擬電路實現(xiàn)射頻識別系統(tǒng)沖突時，基帶信號處理電路的收發(fā)信 號和多個標(biāo)簽的數(shù)字基帶處理模塊收發(fā)信號之間的關(guān)系。 在上述驗證電路中，
1)、對于返回鏈路通信采用高電平高反射系數(shù)、低電平低反射系 數(shù)的調(diào)制方式的射頻識別系統(tǒng)，所述邏輯門電路有如下幾種實現(xiàn)方
式
① 一個N輸入或邏輯門電路，
② N個非門分別和一個N輸入與非門電路的N個輸入端相連組成 的電路，
③ 一個N輸入或非門電路輸出端和一個非門電路輸入端相連組 成的電路，
其它任何能夠?qū)崿F(xiàn)N輸入或邏輯功能的電路，
當(dāng)N太大，以至于用上述四種方式中的邏輯門電路都不能夠
支持如此多輸入信號的或邏輯運(yùn)算時，可以通過這些電路多級級
聯(lián)來實現(xiàn)。
2)、對于返回鏈路通信采用低電平高反射系數(shù)、高電平低反射系 數(shù)的調(diào)制方式的射頻識別系統(tǒng)，所述邏輯門電路有如下幾種實現(xiàn)方 式
① 一個N輸入與邏輯門電路，
② N個非門分別和一個N輸入或非門電路的N個輸入端相連，
③ 一個N輸入與非門電路輸出端和一個非門電路輸入端相連，
④ 其它任何能夠?qū)崿F(xiàn)N輸入與邏輯功能的電路，
當(dāng)N太大，以至于用上述四種方式中的邏輯門電路中都不能 夠支持如此多的輸入信號的與邏輯運(yùn)算時，可以通過這些電路多 級級聯(lián)來實現(xiàn)。
在上述驗證電路中，所述緩沖器鏈滿足如下要求 1)、緩沖器鏈需平衡信號從輸入端到每一個輸出端的路徑延遲， 使緩沖器鏈的輸入端到N個輸出端的延遲均相等，2) 、緩沖器鏈的級數(shù)K由緩沖器的扇出M和需要進(jìn)行防沖突功能 驗證的無源射頻識別標(biāo)簽的數(shù)量N共同決定，其中，K = logMN，
3) 、緩沖器鏈最后一級每個緩沖器依次和M個無源射頻識別標(biāo)簽 芯片的數(shù)字基帶處理模塊的解調(diào)輸入端相連接。
上述驗證電路的模型，其結(jié)構(gòu)特點是，
1) 、將系統(tǒng)通訊的無線信道視為理想無失真信道，同時忽略無源 射頻識別標(biāo)簽和讀卡器射頻前端電路的噪聲時，對于返回鏈路通信采 用高電平高反射系數(shù)、低電平低反射系數(shù)的調(diào)制方式的射頻識別系統(tǒng) 處于沖突狀態(tài)時，基帶信號處理電路的收發(fā)信號和各個處于場區(qū)待識 別無源射頻識別標(biāo)簽的數(shù)字基帶處理模塊收發(fā)信號之間滿足如下關(guān) 系
① 在從讀卡器到無源射頻識別標(biāo)簽的前向鏈路通訊過程中，各個 無源射頻識別標(biāo)簽的數(shù)字基帶處理模塊的解調(diào)輸入信號 &~(i=l，2， 3，…，N)和讀卡器基帶信號處理電路的調(diào)制輸出信號
;R￡。^之間滿足如下關(guān)系<formula>formula see original document page 13</formula>；
② 在從無源射頻識別標(biāo)簽到讀卡器的返回鏈路通信過程中，各個 無源射頻識別標(biāo)簽的數(shù)字基帶處理模塊的調(diào)制輸出信號
(i=1，2， 3，…，N)和讀卡器基帶信號處理電路的解調(diào)輸入信號
^W之間滿足如下關(guān)系<formula>formula see original document page 13</formula>2) 、將系統(tǒng)通訊的無線信道視為理想無失真信道，同時忽略無源 射頻識別標(biāo)簽和讀卡器射頻前端電路的噪聲時，對于返回鏈路通信采 用低電平高反射系數(shù)、高電平低反射系數(shù)的調(diào)制方式的射頻識別系統(tǒng) 處于沖突狀態(tài)時，基帶信號處理電路的收發(fā)信號和各個處于場區(qū)待識 別的無源射頻識別標(biāo)簽的數(shù)字基帶處理模塊收發(fā)信號之間滿足如下 關(guān)系
① 在從讀卡器到無源射頻識別標(biāo)簽的前向鏈路通訊過程中，各個 無源射頻識別標(biāo)簽的數(shù)字基帶處理模塊的解調(diào)輸入信號
&~(i=l，2， 3，…，N)和讀卡器基帶信號處理電路的調(diào)制輸出信號
;吣^之間滿足如下關(guān)系
<formula>formula see original document page 14</formula>
② 在從無源射頻識別標(biāo)簽到讀卡器的返回鏈路通信過程中，各個 無源射頻識別標(biāo)簽的數(shù)字基帶處理模塊的調(diào)制輸出信號
(i=l，2，3，…，N)和讀卡器基帶信號處理電路的解調(diào)輸入信號
Aw之間滿足如下關(guān)系
3)、考慮到射頻識別系統(tǒng)無線信道中噪聲干擾對通訊的影響，對
于返回鏈路通信采用高電平高反射系數(shù)、低電平低反射系數(shù)的調(diào)制方 式的射頻識別系統(tǒng)處于沖突狀態(tài)時，基帶信號處理電路收發(fā)信號、信 道隨機(jī)干擾信號和各個處于場區(qū)待識別無源射頻識別標(biāo)簽的數(shù)字基
帶處理模塊收發(fā)信號之間滿足如下關(guān)系
①在從讀卡器(1)到無源射頻識別標(biāo)簽的前向鏈路通訊過程中， 各個無源射頻識別標(biāo)簽的數(shù)字基帶處理模塊的解調(diào)輸入信號
(i=l，2，3，…，N)、讀卡器基帶信號處理電路的調(diào)制輸出信號 K，R6。^和描述信道隨機(jī)干擾的信號e"之間滿足如下關(guān)系
<formula>formula see original document page 15</formula>;
②在從無源射頻識別標(biāo)簽到讀卡器的返回鏈路通信過程中，各個 無源射頻識別標(biāo)簽的數(shù)字基帶處理模塊的調(diào)制輸出信號
(i二l，2，3，…，N)、讀卡器基帶信號處理電路的解調(diào)輸入信號
Aw和描述信道隨機(jī)干擾的信號e"之間滿足如下關(guān)系
4)、考慮到射頻識別系統(tǒng)無線信道中噪聲干擾對通訊的影響，對 于返回鏈路通信采用低電平高反射系數(shù)、高電平低反射系數(shù)的調(diào)制方 式的射頻識別系統(tǒng)處于沖突狀態(tài)時，基帶信號處理電路收發(fā)信號、信 道隨機(jī)干擾信號和各個處于場區(qū)待識別無源射頻識別標(biāo)簽的數(shù)字基
帶處理模塊收發(fā)信號之間滿足如下關(guān)系
① 在從讀卡器到無源射頻識別標(biāo)簽的前向鏈路通訊過程中，各個 無源射頻識別標(biāo)簽的數(shù)字基帶處理模塊的解調(diào)輸入信號
(i=1， 2， 3，…，n)、讀卡器基帶信號處理電路的調(diào)制輸出信號 ;R6*和描述信道隨機(jī)干擾的信號e"之間滿足如下關(guān)系 <formula>formula see original document page 15</formula>;
② 在從無源射頻識別標(biāo)簽到讀卡器的返回鏈路通信過程中，各個 無源射頻識別標(biāo)簽的數(shù)字基帶處理模塊的調(diào)制輸出信號
<formula>formula see original document page 15</formula>讀卡器基帶信號處理電路的解調(diào)輸入信號 Aw和描述信道隨機(jī)干擾的信號e"之間滿足如下關(guān)系
<formula>formula see original document page 15</formula>本發(fā)明的技術(shù)特點及效果
1)本發(fā)明為無線射頻識別標(biāo)簽芯片的防沖突功能難于驗證的問
題，提供了一種非常經(jīng)濟(jì)、簡便、高效的防沖突功能驗證模型。降低 了驗證的成本和復(fù)雜度。
2) 本發(fā)明只需要增加一個與邏輯或者或邏輯電路和緩沖器鏈電 路，無需增加其他任何電路，非常簡單，易于實現(xiàn)。
3) 本發(fā)明無需讀卡器添加任何額外的程序或者指令，也無需進(jìn)行 防沖突功能驗證的標(biāo)簽添加任何額外的電路，復(fù)用了任何一個具備防 沖突識別功能的RFID系統(tǒng)的硬件資源和軟件資源來完成標(biāo)簽芯片防
沖突功能驗證的全部過程。
4) 本發(fā)明不依賴于所驗證的RFID系統(tǒng)所采用的防沖突算法，無 論是哪一種防沖突算法，如AL0HA算法、二進(jìn)制查找算法等，都可以 利用本模型和本驗證電路對該系統(tǒng)的防沖突功能進(jìn)行驗證。
5) 本發(fā)明不依賴于所驗證的RFID系統(tǒng)的調(diào)制方式、載波頻率和 編碼方式，無論是ASK調(diào)制還是PSK調(diào)制，無論是FM0編碼、PIE編 碼還是曼徹斯特編碼等，都可以用本驗證模型和驗證電路對該系統(tǒng)的 防沖突功能進(jìn)行驗證。
6) 本發(fā)明不依賴于所驗證的RFID系統(tǒng)所支持的協(xié)議，無論所驗 證的RFID系統(tǒng)是用哪一種支持防沖突識別功能的無線射頻識別協(xié) 議，都可以利用本方法和本驗證電路對該系統(tǒng)的防沖突功能進(jìn)行驗 證。
7) 本發(fā)明所驗證的防沖突復(fù)雜度具有可擴(kuò)充性，當(dāng)防沖突識別的 標(biāo)簽數(shù)量增多，防沖突復(fù)雜度增強(qiáng)時，只需要將驗證電路中與邏輯或 者或邏輯的規(guī)模進(jìn)行擴(kuò)充，增加與邏輯或者或邏輯輸入端的個數(shù)即 可。本驗證電路可以對幾百個甚至更多的標(biāo)簽進(jìn)行防沖突功能驗證。
8)本發(fā)明不僅可以用于對單個RFID系統(tǒng)的防沖突功能進(jìn)行驗證， 還可以應(yīng)用于對單個防沖突算法的防沖突功能進(jìn)行評價，以及對多個 防沖突算法的防沖突功能或者對多個RFID系統(tǒng)的防沖突功能進(jìn)行比 較等。
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。


圖1為RFID讀卡器和數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)框圖2為RFID無源射頻識別標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)框圖3為對于返回鏈路通信采用高電平(數(shù)字1)高反射系數(shù)，低 電平(數(shù)字O)低反射系數(shù)的調(diào)制方式的無源射頻識別系統(tǒng)，不計信 道中的干擾噪聲，將信道視為理想無失真信道時，對標(biāo)簽芯片防沖突 功能進(jìn)行驗證的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖4為對于返回鏈路通信采用低電平(數(shù)字0)高反射系數(shù)，高 電平(數(shù)字l)低反射系數(shù)的調(diào)制方式的無源射頻識別系統(tǒng)，不計信 道中的干擾噪聲，將信道視為理想無失真信道時，對標(biāo)簽數(shù)字芯片防 沖突功能進(jìn)行驗證的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖5為對于返回鏈路通信采用高電平(數(shù)字1)高反射系數(shù)、低 電平(數(shù)字O)低反射系數(shù)的調(diào)制方式的無源射頻識別系統(tǒng)，不計信 道中的干擾噪聲，將信道視為理想無失真信道時，對標(biāo)簽芯片防沖突 功能進(jìn)行驗證的模型示意圖6為對于返回鏈路通信采用高電平(數(shù)字1)高反射系數(shù)、低 電平(數(shù)字O)低反射系數(shù)的調(diào)制方式的無源射頻識別系統(tǒng)，考慮信 道中的干擾噪聲對通訊的影響時，對標(biāo)簽芯片防沖突功能進(jìn)行驗證的 模型示意圖7為對于返回鏈路通信采用低電平(數(shù)字0)高反射系數(shù)、高 電平(數(shù)字l)低反射系數(shù)的調(diào)制方式的無源射頻識別系統(tǒng)，不計信 道中的干擾噪聲，將信道視為理想無失真信道時，對標(biāo)簽芯片防沖突 功能進(jìn)行驗證的模型示意圖8為對于返回鏈路通信采用低電平(數(shù)字0)高反射系數(shù)，高 電平(數(shù)字l)低反射系數(shù)的調(diào)制方式的無源射頻識別系統(tǒng)，考慮信 道中的干擾噪聲對通訊的影響，對標(biāo)簽芯片防沖突功能進(jìn)行驗證的模 型示意圖。
具體實施例方式
參看圖1至圖4，本發(fā)明驗證電路包括無源射頻識別標(biāo)簽2、讀卡 器1和數(shù)據(jù)庫11。從讀卡器1到無源射頻識別標(biāo)簽2的信號傳遞方 向為前向鏈路，從無源射頻識別標(biāo)簽2到讀卡器1的信號傳遞方向為 返回鏈路。讀卡器1包括天線3、射頻前端電路4、讀卡器基帶信號 處理電路8、接口電路9和存貯器一 10。射頻前端電路4由雙工器7、 接收機(jī)6和發(fā)射機(jī)5組成。無源射頻識別標(biāo)簽2包括天線及其匹配電 路15、射頻前端模塊14、數(shù)字基帶處理模塊13和存貯器二 12。讀 卡器基帶信號處理電路8通過包括緩沖器鏈和邏輯門電路的沖突模 擬電路24與多個進(jìn)行防沖突功能驗證的無源射頻識別標(biāo)簽的數(shù)字基 帶處理模塊13相連接。各無源射頻識別標(biāo)簽芯片的數(shù)字基帶處理模 塊13的調(diào)制輸出信號7;^(i二1，2， 3，…，N)通過邏輯門電路連接到讀
卡器基帶信號處理電路8的解調(diào)輸入端，基帶信號處理電路8的調(diào)制 輸出信號通過緩沖器鏈連接到各個無源射頻識別標(biāo)簽芯片的數(shù)字基
帶處理模塊13的解調(diào)輸入端。對于返回鏈路通信采用高電平高反射 系數(shù)、低電平低反射系數(shù)的調(diào)制方式的射頻識別系統(tǒng)，所述邏輯門 電路有如下幾種實現(xiàn)方式① 一個N輸入或邏輯門電路，②N個非
門分別和一個N輸入與非門電路的N個輸入端相連組成的電路，③--個N輸入或非門電路輸出端和一個非門電路輸入端相連組成的電路， 其它任何能夠?qū)崿F(xiàn)N輸入或邏輯功能的電路， 當(dāng)N太大，以至
于用上述四種方法中的邏輯門電路都不能夠支持如此多輸入信號的 或邏輯運(yùn)算時，可以通過這些電路多級級聯(lián)來實現(xiàn)。對于返回鏈路通 信采用低電平高反射系數(shù)、高電平低反射系數(shù)的調(diào)制方式的射頻識別 系統(tǒng)，所述邏輯門電路有如下幾種實現(xiàn)方式① 一個N輸入與邏輯 門電路，②N個非門分別和一個N輸入或非門電路的N個輸入端相 連，③ 一個N輸入與非門電路輸出端和一個非門電路輸入端相連，④ 其它任何能夠?qū)崿F(xiàn)N輸入與邏輯功能的電路， 當(dāng)N太大，以至于 用上述四種方法中的邏輯門電路中都不能夠支持如此多的輸入信號 的與邏輯運(yùn)算時，可以通過這些電路多級級聯(lián)來實現(xiàn)。 參看圖5至圖8，驗證電路的模型
1)、將系統(tǒng)通訊的無線信道視為理想無失真信道，同時忽略無源 射頻識別標(biāo)簽和讀卡器射頻前端電路4的噪聲時，對于返回鏈路通信 采用高電平高反射系數(shù)、低電平低反射系數(shù)的調(diào)制方式的射頻識別系 統(tǒng)處于沖突狀態(tài)時，基帶信號處理電路8的收發(fā)信號和各個處于場區(qū) 待識別無源射頻識別標(biāo)簽的數(shù)字基帶處理模塊13收發(fā)信號之間滿足 如下關(guān)系
①在從讀卡器1到無源射頻識別標(biāo)簽2的前向鏈路通訊過程中， 各個無源射頻識別標(biāo)簽2的數(shù)字基帶處理模塊13的解調(diào)輸入信號 凡^(i二l，2，3，…，N)和讀卡器基帶信號處理電路8的調(diào)制輸出信號 ^吣^之間滿足如下關(guān)系.-
Aj。g! = ;Re。&r (i二l， 2， 3，…,N)
②在從無源射頻識別標(biāo)簽2到讀卡器1的返回鏈路通信過程中， 各個無源射頻識別標(biāo)簽2的數(shù)字基帶處理模塊13的調(diào)制輸出信號 ^與(i^，2，3，…，N)和讀卡器基帶信號處理電路8的解調(diào)輸入信號
&R。w之間滿足如下關(guān)系
2)、將系統(tǒng)通訊的無線信道視為理想無失真信道，同時忽略無源 射頻識別標(biāo)簽和讀卡器射頻前端電路4的噪聲時，對于返回鏈路通信 采用低電平高反射系數(shù)、高電平低反射系數(shù)的調(diào)制方式的射頻識別系 統(tǒng)處于沖突狀態(tài)時，基帶信號處理電路8的收發(fā)信號和各個處于場區(qū) 待識別無源射頻識別標(biāo)簽的數(shù)字基帶處理模塊13收發(fā)信號之間滿足 如下關(guān)系.-
① 在從讀卡器1到無源射頻識別標(biāo)簽2的前向鏈路通訊過程中， 各個無源射頻識別標(biāo)簽2的數(shù)字基帶處理模塊13的解調(diào)輸入信號 &~(i=l，2，3，…,N)和讀卡器基帶信號處理電路8的調(diào)制輸出信號 ^，Rs。*之間滿足如下關(guān)系
"x,ragi = ^c,Recufer (i二l，2，3，…，N)
② 在從無源射頻識別標(biāo)簽2到讀卡器1的返回鏈路通信過程中， 各個無源射頻識別標(biāo)簽2的數(shù)字基帶處理模塊13的調(diào)制輸出信號 ^、(i二l，2，3，…，N)和讀卡器基帶信號處理電路8的解調(diào)輸入信號
Rx, Rcader之間滿足如下關(guān)系<formula>formula see original document page 21</formula>3) 、考慮到射頻識別系統(tǒng)無線信道中噪聲干擾對通訊的影響，對 于返回鏈路通信采用高電平高反射系數(shù)、低電平低反射系數(shù)的調(diào)制方 式的射頻識別系統(tǒng)處于沖突狀態(tài)時，基帶信號處理電路8收發(fā)信號、 信道隨機(jī)干擾信號和各個處于場區(qū)待識別無源射頻識別標(biāo)簽的數(shù)字 基帶處理模塊13收發(fā)信號之間滿足如下關(guān)系<formula>formula see original document page 21</formula>
① 在從讀卡器1到無源射頻識別標(biāo)簽2的前向鏈路通訊過程中， 各個無源射頻識別標(biāo)簽2的數(shù)字基帶處理模塊13的解調(diào)輸入信號
A.^(i^L，2,3，…，N)、讀卡器基帶信號處理電路8的調(diào)制輸出信號 ^R6*和描述信道隨機(jī)干擾的信號e"之間滿足如下關(guān)系 A,r"g!. = L,Re。.+e 2 3 ... N)
② 在從無源射頻識別標(biāo)簽2到讀卡器1的返回鏈路通信過程中， 各個無源射頻識別標(biāo)簽2的數(shù)字基帶處理模塊13的調(diào)制輸出信號
^化'(i二l，2，3，…，N)、讀卡器基帶信號處理電路8的解調(diào)輸入信號 和描述信道隨機(jī)干擾的信號e"之間滿足如下關(guān)系<formula>formula see original document page 21</formula>
4) 、考慮到射頻識別系統(tǒng)無線信道中噪聲干擾對通訊的影響，對 于返回鏈路通信采用低電平高反射系數(shù)、高電平低反射系數(shù)的調(diào)制方 式的射頻識別系統(tǒng)處于沖突狀態(tài)時，基帶信號處理電路8收發(fā)信號、 信道隨機(jī)干擾信號和各個處于場區(qū)待識別無源射頻識別標(biāo)簽的數(shù)字 基帶處理模塊13收發(fā)信號之間滿足如下關(guān)系
①在從讀卡器1到無源射頻識別標(biāo)簽2的前向鏈路通訊過程中，
各個無源射頻識別標(biāo)簽2的數(shù)字基帶處理模塊13的解調(diào)輸入信號 &~(i=l，2，3，一，N)、讀卡器基帶信號處理電路8的調(diào)制輸出信號 ^^^和描述信道隨機(jī)干擾的信號e"之間滿足如下關(guān)系 "由=[,一 + e (i=1 ， 2， 3,…，N) ②在從無源射頻識別標(biāo)簽2到讀卡器1的返回鏈路通信過程中， 各個無源射頻識別標(biāo)簽2的數(shù)字基帶處理模塊13的調(diào)制輸出信號 ;~(i=l，2，3，"*，N)、讀卡器基帶信號處理電路8的解調(diào)輸入信號 和描述信道隨機(jī)干擾的信號e"之間滿足如下關(guān)系
<formula>formula see original document page 22</formula>
實施例一
參看圖3，對于返回鏈路通信采用高電平(數(shù)字l)高反射系數(shù)， 低電平(數(shù)字0)低反射系數(shù)的調(diào)制方式的無源射頻識別系統(tǒng)，用于 無源射頻識別標(biāo)簽防沖突功能的驗證電路包括讀卡器基帶處理電路 8、進(jìn)行防沖突識別的無源射頻識別標(biāo)簽一 16、無源射頻識別標(biāo)簽二 17和無源射頻識別標(biāo)簽N18、沖突模擬電路24以及接口電路9和數(shù) 據(jù)庫ll。其中，讀卡器基帶處理電路8的調(diào)制輸出信號r^。^通過一
個緩沖器鏈連接到各個無源射頻識別標(biāo)簽16、 17、 18的數(shù)字基帶處 理模塊13的輸入端&~ (i 4，2，3,…，N)。該緩沖器鏈由緩沖器一
19、緩沖器二 20、緩沖器三21和緩沖器四22組成。各個無源射頻 識別標(biāo)簽16、 17、 18的調(diào)制輸出端j;^ (i =1，2，3,…，N)通過一個
N輸入或邏輯門電路23連接到讀卡器基帶處理電路8的解調(diào)輸入端。
<formula>formula see original document page 22</formula>
在本實施例中，RFID系統(tǒng)使用的通訊協(xié)議為IS0/IEC 18000-6(B) 標(biāo)準(zhǔn)。其防沖突部分采用一種基于隨機(jī)數(shù)的防沖突算法，該標(biāo)準(zhǔn)返回 鏈路通信采用高電平(數(shù)字1)高反射系數(shù)，低電平(數(shù)字o)低反 射系數(shù)的調(diào)制方式。各無源射頻識別標(biāo)簽16、 17、 18的數(shù)字基帶處 理模塊13的解調(diào)輸入信號&^和調(diào)制輸出信號7;^通過壓焊塊
(PAD)連接出來。
利用本實施例電路對無源射頻識別標(biāo)簽芯片進(jìn)行防沖突功能驗證 的具體步驟如下所示
1) 讀卡器l向無源射頻識別標(biāo)簽2發(fā)送選擇命令，并且將MASK (掩模)置為8' HOO，選擇所有的數(shù)字無源射頻識別標(biāo)簽16、
17、 18進(jìn)入防沖突識別狀態(tài)一一ID狀態(tài)。
2) 通過終端控制軟件，按照IS0/IEC 18000-6(B)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的 防沖突流程，經(jīng)由讀卡器1向無源射頻識別標(biāo)簽2發(fā)送防沖突 識別命令，啟動防沖突識別流程。
3) 經(jīng)過足夠長的時間，在該RFID系統(tǒng)完成防沖突識別后，通 過終端控制軟件的輸出，判斷讀卡器1是否得到全部無源射頻 識別標(biāo)簽16、 17、 18芯片的ID號，即是否識別出全部的無源 射頻識別標(biāo)簽16、 17、 18芯片。
4) 根據(jù)讀卡器1防沖突識別的結(jié)果對無源射頻識別標(biāo)簽16、 17、 18芯片數(shù)字基帶處理模塊13是否正確實現(xiàn)協(xié)議中定義的 防沖突流程進(jìn)行評估。完成防沖突功能驗證。
實施例二
參看圖4，對于返回鏈路通信采用低電平(數(shù)字0)高反射系數(shù)， 高電平(數(shù)字l)低反射系數(shù)的調(diào)制方式的無源射頻識別系統(tǒng)，進(jìn)行
標(biāo)簽芯片防沖突功能驗證的電路結(jié)構(gòu)與實施例一樣。只是各個無源射
頻識別標(biāo)簽16、 17、 18的調(diào)制輸出端7;^ (i =1,2,3,…，N)通過一 個N輸入與邏輯門電路23連接到讀卡器基帶處理電路8的解調(diào)輸入
與實施例一相比，其驗證的步驟不變。即可對返回鏈路通信采用 低電平(數(shù)字0)高反射系數(shù)，高電平(數(shù)字1)低反射系數(shù)的調(diào)制 方式的無源射頻識別系統(tǒng)的標(biāo)簽芯片進(jìn)行防沖突功能驗證。
權(quán)利要求
1.一種射頻識別標(biāo)簽芯片防沖突功能的驗證電路，它由無源射頻識別標(biāo)簽(2)、讀卡器(1)和數(shù)據(jù)庫(11)三部分組成，從讀卡器(1)到無源射頻識別標(biāo)簽(2)的信號傳遞方向為前向鏈路，從無源射頻識別標(biāo)簽(2)到讀卡器(1)的信號傳遞方向為返回鏈路，所述讀卡器(1)包括天線(3)、射頻前端電路(4)、讀卡器基帶信號處理電路(8)、接口電路(9)和存貯器一(10)，射頻前端電路(4)由雙工器(7)、接收機(jī)(6)和發(fā)射機(jī)(5)組成，所述無源射頻識別標(biāo)簽(2)包括天線及其匹配電路(15)、射頻前端模塊(14)、數(shù)字基帶處理模塊(13)和存貯器二(12)，其特征在于，所述讀卡器基帶信號處理電路(8)通過包括緩沖器鏈和邏輯門電路的沖突模擬電路(24)與多個進(jìn)行防沖突功能驗證的無源射頻識別標(biāo)簽(2)的數(shù)字基帶處理模塊(13)相連接，各無源射頻識別標(biāo)簽(2)芯片的數(shù)字基帶處理模塊(13)的調(diào)制輸出信號Tx，Tagi(i＝1，2，3，…，N)通過邏輯門電路連接到讀卡器基帶信號處理電路(8)的解調(diào)輸入端，基帶信號處理電路(8)的調(diào)制輸出信號通過緩沖器鏈連接到各無源射頻識別標(biāo)簽(2)芯片的數(shù)字基帶處理模塊(13)的解調(diào)輸入端，沖突模擬電路(24)實現(xiàn)射頻識別系統(tǒng)沖突時，基帶信號處理電路(8)的收發(fā)信號和多個標(biāo)簽(2)的數(shù)字基帶處理模塊(13)收發(fā)信號之間的關(guān)系。
2、 如權(quán)利要求1所述的射頻識別標(biāo)簽芯片防沖突功能的驗證 電路，其特征在于， 1)、對于返回鏈路通信采用高電平高反射系數(shù)、低電平低反射系 數(shù)的調(diào)制方式的射頻識別系統(tǒng)，所述邏輯門電路有如下幾種實現(xiàn)方 式① 一個N輸入或邏輯門電路；② N個非門分別和一個N輸入與非門電路的N個輸入端相連組成 的電路；③ 一個N輸入或非門電路輸出端和一個非門電路輸入端相連組 成的電路； 其它任何能夠?qū)崿F(xiàn)N輸入或邏輯功能的電路； 當(dāng)N太大，以至于用上述四種方式中的邏輯門電路都不能夠支持如此多輸入信號的或邏輯運(yùn)算時，可以通過這些電路多級級聯(lián)來實現(xiàn)；2)、對于返回鏈路通信采用低電平高反射系數(shù)、高電平低反射系 數(shù)的調(diào)制方式的射頻識別系統(tǒng)，所述邏輯門電路有如下幾種實現(xiàn)方 式① 一個N輸入與邏輯門電路；② N個非門分別和一個N輸入或非門電路的N個輸入端相連；③ 一個N輸入與非門電路輸出端和一個非門電路輸入端相連；④ 其它任何能夠?qū)崿F(xiàn)N輸入與邏輯功能的電路； 當(dāng)N太大，以至于用上述四種方式中的邏輯門電路中都不能夠支持如此多的輸入信號的與邏輯運(yùn)算時，可以通過這些電路多 級級聯(lián)來實現(xiàn)。
3、如權(quán)利要求1或2所述的射頻識別標(biāo)簽芯片防沖突功能的驗 證電路，其特征在于，所述緩沖器鏈滿足如下要求1) 、緩沖器鏈需平衡信號從輸入端到每一個輸出端的路徑延遲， 使緩沖器鏈的輸入端到N個輸出端的延遲均相等；2) 、緩沖器鏈的級數(shù)K由緩沖器的扇出M和需要進(jìn)行防沖突功能 驗證的無源射頻識別標(biāo)簽(2)的數(shù)量N共同決定，其中，K = logMN;3) 、緩沖器鏈最后一級每個緩沖器依次和M個無源射頻識別標(biāo)簽 (2)芯片的數(shù)字基帶處理模塊(13)的解調(diào)輸入端相連接。
4、如權(quán)利要求1所述射頻識別標(biāo)簽芯片防沖突功能驗證電路的模 型，其特征在于，1)、將系統(tǒng)通訊的無線信道視為理想無失真信道，同時忽略無源 射頻識別標(biāo)簽(2)和讀卡器射頻前端電路(4)的噪聲時，對于返回 鏈路通信采用高電平高反射系數(shù)、低電平低反射系數(shù)的調(diào)制方式的射 頻識別系統(tǒng)處于沖突狀態(tài)時，基帶信號處理電路(8)的收發(fā)信號和 各個處于場區(qū)待識別無源射頻識別標(biāo)簽(2)的數(shù)字基帶處理模塊(13) 收發(fā)信號之間滿足如下關(guān)系① 在從讀卡器(1)到無源射頻識別標(biāo)簽(2)的前向鏈路通訊過 程中，各個無源射頻識別標(biāo)簽(2)的數(shù)字基帶處理模塊(13)的解 調(diào)輸入信號&^(i二l，2，3，…，N)和讀卡器基帶信號處理電路(8)的 調(diào)制輸出信號7;，w之間滿足如下關(guān)系H一(i二l，2， 3，…，N);② 在從無源射頻識別標(biāo)簽(2)到讀卡器(1)的返回鏈路通信過 程中，各個無源射頻識別標(biāo)簽(2)的數(shù)字基帶處理模塊(13)的調(diào) 制輸出信號Tw(i^l，2，3，…，N)和讀卡器基帶信號處理電路(8)的 解調(diào)輸入信號&"。^之間滿足如下關(guān)系凡，Re。血r 二 L，r。^十^c，r。g2十^c'r。g3 "1 ^"^c，;r。gw 2) 、將系統(tǒng)通訊的無線信道視為理想無失真信道，同時忽略無源 射頻識別標(biāo)簽(2)和讀卡器射頻前端電路(4)的噪聲時，對于返回 鏈路通信釆用低電平高反射系數(shù)、高電平低反射系數(shù)的調(diào)制方式的射 頻識別系統(tǒng)處于沖突狀態(tài)時，基帶信號處理電路(8)的收發(fā)信號和 各個處于場區(qū)待識別的無源射頻識別標(biāo)簽(2)的數(shù)字基帶處理模塊(13)收發(fā)信號之間滿足如下關(guān)系① 在從讀卡器(1)到無源射頻識別標(biāo)簽(2)的前向鏈路通訊過 程中，各個無源射頻識別標(biāo)簽(2)的數(shù)字基帶處理模塊(13)的解 調(diào)輸入信號&^(i^，2，3，…，N)和讀卡器基帶信號處理電路(8)的 調(diào)制輸出信號；吣^之間滿足如下關(guān)系"d由(i二l'2,3，…，N);② 在從無源射頻識別標(biāo)簽(2)到讀卡器(1)的返回鏈路通信過 程中，各個無源射頻識別標(biāo)簽(2)的數(shù)字基帶處理模塊(13)的調(diào) 制輸出信號7;w(i4，2，3，…,N)和讀卡器基帶信號處理電路(8)的解調(diào)輸入信號&吣^之間滿足如下關(guān)系^;c,Re。tter =上x,ragl7x，r。g27乂，7^^3 7x，;r?！陊 3) 、考慮到射頻識別系統(tǒng)無線信道中噪聲干擾對通訊的影響，對 于返回鏈路通信采用高電平高反射系數(shù)、低電平低反射系數(shù)的調(diào)制方 式的射頻識別系統(tǒng)處于沖突狀態(tài)時，基帶信號處理電路(8)收發(fā)信 號、信道隨機(jī)干擾信號和各個處于場區(qū)待識別無源射頻識別標(biāo)簽(2)的數(shù)字基帶處理模塊(13)收發(fā)信號之間滿足如下關(guān)系① 在從讀卡器(1)到無源射頻識別標(biāo)簽(2)的前向鏈路通訊過 程中，各個無源射頻識別標(biāo)簽(2)的數(shù)字基帶處理模塊(13)的解 調(diào)輸入信號&w(i二l,2，3，…，N)、讀卡器基帶信號處理電路(8)的 調(diào)制輸出信號7^—和描述信道隨機(jī)干擾的信號e"之間滿足如下關(guān)系<formula>formula see original document page 6</formula> (i二i 2 3…N);② 在從無源射頻識別標(biāo)簽(2)到讀卡器(1)的返回鏈路通信過程中，各個無源射頻識別標(biāo)簽(2)的數(shù)字基帶處理模塊(13)的調(diào)制輸出信號；^(i^,2，3，…，N)、讀卡器基帶信號處理電路(8)的解調(diào)輸入信號&吣^和描述信道隨機(jī)干擾的信號e"之間滿足如下關(guān) 系4)、考慮到射頻識別系統(tǒng)無線信道中噪聲干擾對通訊的影響，對 于返回鏈路通信采用低電平高反射系數(shù)、高電平低反射系數(shù)的調(diào)制方 式的射頻識別系統(tǒng)處于沖突狀態(tài)時，基帶信號處理電路(8)收發(fā)信 號、信道隨機(jī)干擾信號和各個處于場區(qū)待識別無源射頻識別標(biāo)簽(2) 的數(shù)字基帶處理模塊(13)收發(fā)信號之間滿足如下關(guān)系①在從讀卡器(1)到無源射頻識別標(biāo)簽(2)的前向鏈路通訊過 程中，各個無源射頻識別標(biāo)簽(2)的數(shù)字基帶處理模塊(13)的解 調(diào)輸入信號Rx，tagi(i=l，2，3，…，N)、讀卡器基帶信號處理電路(8)的 調(diào)制輸出信號Tx，reader和描述信道隨機(jī)干擾的信號e"之間滿足如下關(guān) 系Rx，tagi = TxRe*+e" (i=l 2 3 …N) ；②在從無源射頻識別標(biāo)簽(2)到讀卡器(1)的返回鏈路通信過 程中，各個無源射頻識別標(biāo)簽(2)的數(shù)字基帶處理模塊(13)的調(diào) 制輸出信號；w(i二1，2，3,…，N)、讀卡器基帶信號處理電路(8)的 解調(diào)輸入信號 和描述信道隨機(jī)干擾的信號e"之間滿足如下關(guān) 系
全文摘要
一種射頻識別標(biāo)簽芯片防沖突功能的驗證電路及其模型，涉及無線射頻識別(RFID)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括無源射頻識別標(biāo)簽、讀卡器和數(shù)據(jù)庫三部分。其結(jié)構(gòu)特點是，所述讀卡器基帶信號處理電路通過包括緩沖器鏈和邏輯門電路的沖突模擬電路與多個進(jìn)行防沖突功能驗證的無源射頻識別標(biāo)簽的數(shù)字基帶處理模塊相連接。各無源射頻識別標(biāo)簽芯片的數(shù)字基帶處理模塊的調(diào)制輸出信號通過邏輯門電路連接到讀卡器基帶信號處理電路的解調(diào)輸入端，讀卡器基帶信號處理電路的調(diào)制輸出信號通過緩沖器鏈連接到各無源射頻識別標(biāo)簽芯片數(shù)字基帶處理模塊的解調(diào)輸入端。本發(fā)明對標(biāo)簽芯片的防沖突功能直接進(jìn)行驗證，具有可擴(kuò)展性，大大降低了驗證復(fù)雜度和驗證成本。
文檔編號G06K7/00GK101369305SQ20071012023
公開日2009年2月18日 申請日期2007年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月14日
發(fā)明者吳行軍, 馬長明 申請人:北京同方微電子有限公司