Rfid接收器的制造方法
【專利說明】
[0001] 本申請(qǐng)是于2006年10月27日提交的名稱為"RFID接收器"的中國(guó)專利申請(qǐng) 200680049551. 0的分案申請(qǐng)。
[0002] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0003] 本申請(qǐng)要求于2005年10月28日提交的編號(hào)為60/731，629的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán) 益。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明涉及發(fā)射器一接收器系統(tǒng)，并且具體地涉及在艱難環(huán)境中檢測(cè)信號(hào)的系 統(tǒng)，如用于傳感網(wǎng)絡(luò)和射頻識(shí)別（RFID)系統(tǒng)的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0005] 在艱難環(huán)境中檢測(cè)信號(hào)已經(jīng)成為實(shí)際的問題，諸如在信噪比很低和/或來自其它 信號(hào)的干擾很高的環(huán)境中。在現(xiàn)今的很多系統(tǒng)中，經(jīng)典的檢測(cè)理論被用于數(shù)字收發(fā)器中。在 送些系統(tǒng)中，通過使用設(shè)計(jì)用于匹配接收器輸入端信號(hào)波形的"匹配濾波器"，嵌入在信息 負(fù)載信號(hào)中的比特流每次被檢測(cè)一比特。
[0006] 需要的是用于檢測(cè)非常微弱的信號(hào)的一種穩(wěn)定且有效的方法，所述微弱信號(hào)帶有 由信號(hào)源特征和傳播環(huán)境造成的嚴(yán)重相位和時(shí)序模糊度。所提出的系統(tǒng)與經(jīng)典信號(hào)檢測(cè)器 相比具有明顯更高的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 在第一方面，操作RFID接收器的方法可W包括采樣來自至少一個(gè)被詢問RFID標(biāo) 簽的包括RFID數(shù)據(jù)信號(hào)的接收信號(hào)；提供在數(shù)據(jù)狀態(tài)之間形成具體轉(zhuǎn)移的接收信號(hào)樣本 或采樣點(diǎn)的預(yù)定概率，每個(gè)預(yù)定概率與影響接收信號(hào)的數(shù)據(jù)、時(shí)序和波特率相關(guān)；把所述一 組預(yù)定概率應(yīng)用到多對(duì)信號(hào)樣本中的每一對(duì)W確定所述接收信號(hào)的概率，所述接收信號(hào)在 所述對(duì)內(nèi)的每個(gè)信號(hào)樣本之間形成具體轉(zhuǎn)移；W及通過確定具有最高發(fā)生概率的所述接收 信號(hào)中的轉(zhuǎn)移序列處理所述確定概率W恢復(fù)RFID數(shù)據(jù)信號(hào)。
[0008] 所述預(yù)定概率可W也與影響所述接收信號(hào)的相位變量相關(guān)。所述應(yīng)用所述一組 預(yù)定概率和所述處理所述確定概率可W被重復(fù)W恢復(fù)所述RFID數(shù)據(jù)信號(hào)。所述一組預(yù)定 概率與第一方向中的轉(zhuǎn)移相關(guān)?？蒞提供第二組預(yù)定概率，所述預(yù)定概率與相對(duì)方向中的 轉(zhuǎn)移相關(guān)；并且把所述第二組預(yù)定概率應(yīng)用到多對(duì)信號(hào)樣本中的每一對(duì)W確定所述接收信 號(hào)的第二概率，所述接收信號(hào)在所述對(duì)內(nèi)的每個(gè)信號(hào)樣本之間W所述相對(duì)方向形成具體轉(zhuǎn) 移；W及可W處理所述第一和第二確定概率W恢復(fù)所述RFID信號(hào)。應(yīng)用所述第一和第二組 預(yù)定概率W及所述處理所述第一和第二確定概率可W被重復(fù)W恢復(fù)所述RFID數(shù)據(jù)信號(hào)。 所述應(yīng)用和處理可W被重復(fù)直到進(jìn)一步的重復(fù)不改變所述確定概率。
【附圖說明】
[0009] 圖I是RF發(fā)射器一接收器系統(tǒng)和無源傳感器的簡(jiǎn)化框圖。
[0010] 圖2a是圖1所示類型的端到端通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖。
[0011] 圖化是圖2a所示系統(tǒng)的SISO實(shí)現(xiàn)的模型。
[0012] 圖3是作為4端口設(shè)備的SISO解碼器的圖示。
[0013] 圖4是帶有交織和解交織的SISO處理的框圖。
[0014] 圖5是量化相位空間的圖解說明。
[0015] 圖6是量化時(shí)域的圖解說明。
[0016] 圖7是網(wǎng)格圖（trellisdiagram)的示例的圖解說明。
[0017] 圖8a是單態(tài)網(wǎng)格轉(zhuǎn)移的圖解說明。
[001引圖8b是網(wǎng)格段的圖解說明。
[001引圖9a是單奇偶校驗(yàn)（SPC)碼的框圖。
[0020] 圖9b是RFIDSISO解碼器的框圖。
[0021] 圖9c表示循環(huán)碼的SISO解碼器的詳細(xì)操作。
[0022] 圖9d圖解說明SPC的SISO解碼器的操作。
[0023] 圖10是模塊化的相干SISO解碼器。
[0024] 圖11是模塊化的非相干SISO解碼器。
[00巧]圖12a圖解說明模塊化的級(jí)聯(lián)非相干。
[0026] 圖12b圖解說明相干SISO解碼器。
[0027] 圖13a是RFID系統(tǒng)的框圖。
[0028] 圖13b是圖13a中閱讀器/詢問器的框圖。
[0029] 圖14a是用于RFID應(yīng)用的FMO編碼器的框圖。
[0030] 圖14b是用于RFID應(yīng)用的Miller(米勒）編碼器的框圖。
[0031] 圖15a是經(jīng)典相干檢測(cè)器的框圖。
[0032] 圖15b是經(jīng)典非相干檢測(cè)器的框圖。
[0033] 圖15c是多符號(hào)非相干檢測(cè)器的框圖。
[0034] 圖15d圖解說明圖15c中多符號(hào)非相干檢測(cè)器的操作。
[0035] 圖16示出了FMO和Miller碼的網(wǎng)格圖。
[0036] 圖17示出了作為信噪比函數(shù)的比特誤差率。
[0037] 圖18示出了帶有時(shí)變持續(xù)時(shí)間的脈沖的時(shí)序網(wǎng)格（timingtrellis)段的第一種 方法。
[0038] 圖19示出了圖18方法的時(shí)序刻度標(biāo)記。
[0039] 圖20示出了對(duì)于時(shí)變持續(xù)時(shí)間的脈沖使用折疊時(shí)序網(wǎng)格的第二種方法。
[0040] 圖21示出了每個(gè)節(jié)點(diǎn)帶有H個(gè)轉(zhuǎn)移的樹狀圖。
[00川 圖22示出了符號(hào)樹結(jié)構(gòu)方法3的示例，其中N= 4且Amax= 1。
[004引圖23示出了帶有窗口的符號(hào)樹結(jié)構(gòu)方法3的示例，其中N= 4且Amax= 1。
[0043] 圖24示出了SISO實(shí)現(xiàn)：中間度量變量計(jì)算。
[0044] 圖25示出了SISO實(shí)現(xiàn)；節(jié)點(diǎn)處理器和分支選擇單元的互連。
[0045] 圖26示出了SISO實(shí)現(xiàn)；擴(kuò)展的并行源節(jié)點(diǎn)處理。
[0046] 圖27示出了前向和后向處理器。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 接收器子系統(tǒng)可W提供增強(qiáng)的信號(hào)檢測(cè)，送種檢測(cè)可W容忍一些時(shí)延，特別是用 于傳感網(wǎng)絡(luò)和基于無源射頻識(shí)別（RFID)的系統(tǒng)。送種系統(tǒng)可W使用帶有軟輸入一軟輸 出（SISO)組件的迭代或重復(fù)處理技術(shù)，W便將信道解碼與均衡、解調(diào)、相位跟蹤、符號(hào)時(shí)序 (symboltiming)和同步W及干擾抵消相結(jié)合。送通過在有限狀態(tài)機(jī)（FSM)的任意給定狀 態(tài)下基于觀察向量來交換概率或"軟信息"或者等同的發(fā)送符號(hào)正確檢測(cè)概率而實(shí)現(xiàn)，所述 FSM模擬觀察空間。FSM在時(shí)域中的演進(jìn)得出在此被稱作"網(wǎng)格（Trellis)"的平面圖。在 存在帶有隨機(jī)相位與時(shí)序的附加白高斯噪聲（AWGN)的情況下，使用SISO的接收器的性能 接近理想相干接收器的性能。在存在諸如多路經(jīng)、衰減和干擾的其它信道異常的情況下，性 能增益更大于傳統(tǒng)系統(tǒng)。此處描述的SISO解碼器也可W用于采用串行或并行級(jí)聯(lián)的信道 編碼方法的應(yīng)用。
[0048] 本文公開的系統(tǒng)可W使用迭代算法，送種算法可W被應(yīng)用于寬范圍傳感類的信號(hào) 和波形。帶有軟輸入一軟輸出（SISO)組件的迭代處理技術(shù)可W被用于將信道解碼與均衡、 解調(diào)、相位跟蹤、符號(hào)時(shí)序和同步W及干擾抵消相結(jié)合。送通過概率或"軟信息"的交換來 實(shí)現(xiàn)。當(dāng)發(fā)送序列從二進(jìn)制對(duì)稱源度S巧被生成并且在存在附加白高斯噪聲（AWGN)、信道 失真、隨機(jī)相位和同步誤差的情況下，送種接收器的性能趨近于未編碼信號(hào)的理想相干接 收器。在出現(xiàn)諸如多路經(jīng)、衰減和干擾的其它信道異常的情況下，預(yù)期的性能增益比傳統(tǒng)系 統(tǒng)高得多。此處描述的全部SISO解碼器也可W用于采用串行或并行級(jí)聯(lián)信道編碼方法的 應(yīng)用。
[0049] 現(xiàn)在參考圖1，發(fā)送系統(tǒng)1-10在諸如RF信道的正向/前向信道1-16內(nèi)發(fā)送信號(hào)， 該信號(hào)被施加于可W是RFID標(biāo)簽的傳感器1-14。前向信道1-16內(nèi)的發(fā)送信號(hào)x(t)可W被 建模為復(fù)數(shù)發(fā)送信號(hào)的實(shí)部，就是說x(0=民ea![a(!;)ej'W+6>]，其中tE[nTsym，（n+l)TsJ; 其中Lym表示符號(hào)時(shí)間間隔，a(t)可W是承載信號(hào)的復(fù)數(shù)值或?qū)崝?shù)值信息，而0表示符號(hào) 時(shí)間內(nèi)發(fā)送信號(hào)的相位。送個(gè)相位可W從符號(hào)到符號(hào)之間隨時(shí)間變化。在無源RFID標(biāo)簽 應(yīng)用中，發(fā)送波形和接收波形是獨(dú)立的，然而，從標(biāo)簽1-14發(fā)送的功率取決于來自閱讀器 信號(hào)的功率和標(biāo)簽把其接收的功率轉(zhuǎn)化為返回閱讀器的可用發(fā)送功率的效率。在有源傳感 器中，發(fā)送信號(hào)和接收信號(hào)一般是互相獨(dú)立的信號(hào)。
[0050] 發(fā)送系統(tǒng)1-10包括發(fā)送系統(tǒng)1-10的數(shù)據(jù)源1-2,其用于調(diào)制發(fā)射器1-4。天線 1-5通過前向信道1-16把調(diào)制信號(hào)施加于傳感器1-14。一般在RFID應(yīng)用中，發(fā)射器1-4 和數(shù)據(jù)源1-2形成RFID網(wǎng)絡(luò)的詢問器和閱讀器。數(shù)據(jù)源1-2由閱讀器使用，W把地址和/ 或命令序列嵌入諸如RFID標(biāo)簽1-14的器件。在后向散射無源RFID標(biāo)簽中，發(fā)送信號(hào)也可 W嵌入帶有連續(xù)波（CW)的正弦信號(hào)，送種信號(hào)可W用于為無源RFID標(biāo)簽供應(yīng)功率。然后 RFID標(biāo)簽1-14可W基于接收命令，通過被圖解說明為返回信道1-18的空間，響應(yīng)返回?cái)?shù)據(jù) 序列。接收系統(tǒng)1-12的主要功能是在返回信道1-18內(nèi)遇到諸如多路徑和/或自然和人為 干擾的多種失真的情況下，檢測(cè)從傳感器1-14發(fā)送的數(shù)據(jù)。接收器系統(tǒng)包括接收天線1-7， 其把從RFID標(biāo)簽1-14接收的信號(hào)施加于接收器1-6。然后來自接收器1-6的檢測(cè)數(shù)據(jù)可 W被用戶1-8使用。在RFID應(yīng)用中，數(shù)據(jù)用戶是閱讀器，其把數(shù)據(jù)傳遞到用于解譯接收包 的高層協(xié)議。對(duì)于無源RFID標(biāo)簽，發(fā)送系統(tǒng)1-10和接收系統(tǒng)1-12可W被稱為"閱讀器/ 詢問器"1-13。
[005。圖I示出基本的發(fā)射器接收器對(duì)即閱讀器/詢問器1-13。信號(hào)通過脈沖響應(yīng)h(t) 在通信信道上被發(fā)送并滲雜有附加白高斯噪聲（AWGN)n(t)，接收信號(hào)y(t)被建模為：
[0052]y(t) =x(t)*h(t)+n(t) (I)
[0053] 其中"* "表示卷積運(yùn)算。
[0054] 現(xiàn)在參考圖2,圖2a示出傳感信號(hào)的端到端通信系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)圖模型2-1，并且所 述模型2-1包括數(shù)據(jù)源2-2,其饋送到發(fā)射器2-4內(nèi)的調(diào)制器。送個(gè)信號(hào)經(jīng)由前向信道2-6 施加于傳感器2-8。只有當(dāng)來自傳感器2-8的發(fā)送信號(hào)是原始信號(hào)的部分放大形式的情況 下，脈沖響應(yīng)/沖激響應(yīng)是前向信道和返回信道的合成脈沖響應(yīng)，也就是hf(t)*hf(t)。在 無源RFID應(yīng)用中，標(biāo)簽一般只可使用來自閱讀器的信號(hào)來為自身提供能量。來自標(biāo)簽的返 回信號(hào)使用后向散射調(diào)制來調(diào)制返回到閱讀器的電子產(chǎn)品代碼或響應(yīng)，在送種情況下，信 道脈沖響應(yīng)只限于返回信道轉(zhuǎn)移函數(shù)2-10。接收器2-11檢測(cè)輸入比特流，并將其輸出到用 戶數(shù)據(jù)2-12。
[0055] 在離散時(shí)域內(nèi)，我們把送種復(fù)數(shù)接收信號(hào)在時(shí)間n關(guān)于第k包或頓的采樣形式表 示為N維向量，
[0056] Yk= HkXk+rik (2)
[0057]送里y,表示從接收信號(hào)復(fù)數(shù)信號(hào)（下轉(zhuǎn)換后）如y(nTj均勻采樣獲得的N維接 收復(fù)數(shù)向量，其中L表示采樣間隔，并且集合信道傳輸函數(shù)被表示為：
[0058] (3)
[0059] 信道響應(yīng)矩陣H可W是實(shí)數(shù)或復(fù)數(shù)值常量，或?qū)儆谔囟愋偷碾S機(jī)分布函數(shù)，W 模擬室內(nèi)或室外多路經(jīng)信道響應(yīng)。
[0060] 序列誤差概率可W被最小化，其相當(dāng)于最大化取決于觀察序列的后驗(yàn)誤差概率。 經(jīng)估計(jì)的發(fā)送符號(hào)是：
[0061] 二argiT|iax尸(《.,i>'） (4
[0062] 其中￥代表輸入符號(hào)集（al地油et)。
[0063] 通過運(yùn)用貝葉斯規(guī)則度ayesrule),得出
[0065] 如果￥ ={0, 1}郝么設(shè)對(duì)數(shù)似然比
[0064] (5)
W
[0067]使用Bayes公式并消除Pr(y)，獲得可靠性信息或"外部（extrinsic)"信息
[006引Ai(aJ=Ai(aj+入2(曰n)，(7)
表先驗(yàn)對(duì)數(shù)似然比化LR)值。序列AI(a。）在每次迭代中被計(jì)算，并且是圖4顯示的軟度 量（softmetric)計(jì)算塊4-8的函數(shù)。在SISO解碼器中，如圖4中所示的解碼器4-2,每個(gè) 發(fā)送符號(hào)的后驗(yàn)概率可W被計(jì)算，然后從可靠性信息中減去后驗(yàn)概率W消除先驗(yàn)信息的影 響。然后外部信息可W被反饋W用于下一次迭代的度量計(jì)算，其中：
[0071] 其中飄化符號(hào)（tilde)(~）表示來自上一次解碼狀態(tài)的值。在存在未知隨機(jī)相 位和時(shí)序的情況下，有必要考慮輸入和輸出聯(lián)合概率分布函數(shù)Pr(a，9,T|y)，在送個(gè)函數(shù) 中，等式（4)表達(dá)的最優(yōu)化問題變?yōu)?br>(8a)
[0073] 其中￥代表a。，4。，T?？扇〉乃兄档募?。
[0074] 現(xiàn)在參考圖化，在理論模型2-30中，通過把單一的新信道編碼運(yùn)用于用戶數(shù)據(jù)可 W增強(qiáng)整個(gè)RFID系統(tǒng)的性能。送種編碼技術(shù)可W包括外部碼2-19、交織器2-18和單奇偶 校驗(yàn)碼2-16的使用，后面詳細(xì)說明的單奇偶校驗(yàn)碼2-16被用來驅(qū)動(dòng)信道上的調(diào)制編碼器。 例如，外部碼可W是循環(huán)碼（僅采用大小為M的輸入數(shù)據(jù)并重復(fù)q次，其中q〉l)。大小為M 位的輸入數(shù)據(jù)可W被分成N個(gè)相等大小的序列，其中每個(gè)序列的大小為M/N。每個(gè)序列被復(fù) 制（重復(fù)）q次（比如說q= 3)，然后通過每個(gè)大小為M/N的不同交織器排列，所有重復(fù)和 排列的子序列進(jìn)入具有化個(gè)輸入和一個(gè)輸出的單奇偶校驗(yàn)（