紧急救援射频识别标签中的超宽带发射机设计

摘要

近年来射频识别(RFID)技术已经在商场、物流、医疗等众多领域得到越来越广泛的应用。在紧急救援(SOS)环境中（例如地震、火灾、泥石流等），障碍物较多环境恶劣手机以及互联网信号经常故障无法通信;工作在微波波段的RFID系统的穿透能力较强因此适合用在SOS环境中，但是这种环境的搜救工作难度较大，因此要求上行链路(Uplink)的发射机发射高摆幅脉冲便于阅读器准确及时的探测信号，同时也要求低功耗保证长时间发送求救信号;此外在这种环境中使用的RFID标签除了需要发送本身的身份验证(ID)信息给阅读器实现定位以外，还需要发送周围的环境以及人体的生命体征信息，例如体表温度、心跳、脑电、脉搏等信息，便于搜救人员判断需要紧急救援的人的准确位置与生命信息。
　　为了解决上述问题本文设计的RFID标签系统是针对紧急救援这种特殊环境设计的，采用UHF作为下行链路(Downlink)，超宽带(UWB)作为上行链路的非对称结构。该标签工作在有源无源两种模式，无源模式中标签捕获阅读器发射的UHF电磁波存储在电容中作为自身的能量供应，并且从该UHF连续波中解调出命令和时钟输入数字基带;当标签检测不到阅读器的电磁场时切换到有源模式，利用外接的电池和晶振提供芯片工作的能量和时钟，不断向外部发送求救信号便于阅读器定位;另外该标签还带有多路传感器接口，传感器适时检测人的生命信息经过滤波放大及模数转换后送入数字基带处理，再和内存中已有的ID码，CRC码，PN码等一起组合成特定的帧格式后通过UWB发射机发射高摆幅脉冲反馈给阅读器。
　　为了实现高输出摆幅和远距离识别，该标签中的UWB发射机采用脉冲无线电超宽带(IR-UWB)的结构，采用OOK调制方式，结构简单功耗低。在3.3V电源电压条件下，发射脉冲的电压峰峰值为2.7V，功耗为1.52mW@10Mbps能量消耗为3.3pJ/pulse，理论推算相关检测条件下最远发射距离达到8m，与传统结构IR-UWB发射机相比发射距离增加了很多。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 射频识别相关介绍

1．3 射频识别标签的分类

1．3．1 无源标签

1．3．2 半无源标签

1．3．3 有源标签

1．4 RFID协议

1．4．1 EPC global Generation 1

1．4．2 ISO 18000-6B

1．4．3 ISO 18000-6C(WPC global Class 1 Generation 2)

1．5 超宽带相关介绍

1．6 本论文的主要研究内容和组织结构

第二章 超宽带技术

2．1 有载波脉冲无线电超宽带

2．2 多频带超宽带

2．3 UWB信号波形分析

2．3．1 脉冲度量方法

2．3．2 脉冲形状

2．3．3 脉冲无线电超宽带(IR-UWB)

第三章 UWB脉冲调制机制

3．1 数字传输相关定理

3．2 UWB信号的调制类型

3．2．1 脉冲位置调制(PPM)

3．2．2 脉冲幅度调制(PAM)

3．2．3 开关键控(OOK)

3．2．4 二进制相移键控(BPSK)

3．2．5 总结

3．3 多进制调制与多址技术

3．4 结论

第四章 脉冲无线电超宽带(IR-UWB)发射机设计

4．1 链路预算

4．1．1 理论推算

4．1．2 结合实际系统结构推算

4．2 紧急救援传感定位标签系统架构

4．3 通信协议

4．3．1 阅读器和标签之间的通信机制

4．3．2 多址接入

4．4 脉冲无线电超宽带发射机结构

4．4．1 传统UWB发射机结构

4．4．2 高摆幅IR-UWB发射机设计原理

4．4．3 IR-UWB发射机的电路实现

4．5 仿真结果

4．6 本发射机结构的优点

第五章 总结与展望

5．1 论文总结

5．2 后续工作展望

参考文献

致谢

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