脉冲位置结合相位调制的声表面波射频标签的研究

摘要

基于声表面波(SAW)技术的射频标签(RFID)具有纯无源、阅读距离远、环境适应性强等特点,正在逐步受到大家的关注。为了满足不同识别目标以及环境的需要,SAW标签系统研究开发中的一个重要技术环节就是为标签选择理想的编码方式。本文系统的对声表面波射频标签的编码以及设计展开了研究。主要工作包括:首先,本文针对OOK、MPSK、MPPM、TOPPS编码方式的不同原理,对它们的编码性能进行了定性以及定量的分析,在此基础上比较它们的之间的差别。通过仿真计算,可以发现采用脉冲位置调制结合相位调制的TOPPS编码的性能最优,同时提出了制约TOPPS编码实现的关键因素。即温度变化对脉冲回波时延以及相位的影响。其次,为了确定TOPPS编码时隙以及相移的长度并为温度补偿问题提供误差参考,需要对系统测量估计回波脉冲时延和相位的精度展开研究。在对经典的信号-噪声模型分析的基础上,本文对时域采样和频域采样阅读器系统的参数估计精度进行了研究,并分别得到它们的克拉美罗界。接着,对于影响TOPPS编码实现的温度变化影响问题,本文进行了详细的分析研究,首先从误差的角度分析了温度补偿的可行性,并利用构造合理时延来进行温度补偿。在解决了温补系数的基础上提出了一种全新的带温补的TOPPS编码标签的设计以及编、解码原理,分析了具体的设计要求,并在此基础上提出了采用动态温度补偿方法对时延相对较长的标签,在不增加温补脉冲数量的情况下进行温度补偿。紧接着仿真、制作了若干温补标签进行仿真、实验,并对偏差结果进行了分析。最后,本文简略介绍了已经开发成功的基于SAW-RFID技术的小区车辆管理系统。

目录

摘要

ABSTRACT

概述

1.1 引言

1.2 声表面波射频标签

1.2.1 SAW RFID系统组成、工作原理及特点

1.2.2 声表面波射频标签与IC射频标签的比较

1.3 SAW RFID编码研究现状

1.4 论文研究内容

第二章 SAW-RFID编码方式及其性能

2.1 声表面波射频标签编码方式及原理

2.1.1 开关键控编码方式

2.1.2 相移键控调制编码方式

2.1.3 脉冲位置编码方式

2.1.4 同步相位偏移调制的时间重叠脉冲位置编码

2.2 不同编码方式编码性能的比较

2.2.1 OOK编码方式的性能

2.2.2 PSK编码方式的性能

2.2.3 MPPM编码方式的性能

2.2.4 TOPPS编码方式的性能

2.3 小结

第三章 SAW-RFID阅读器架构以及回波参数估计

3.1 SAW标签回波信号分析

3.1.1 窄带信号分析

3.1.2 窄带高斯噪声的统计特性

3.1.3 标签回波信号加窄带高斯噪声分析

3.2 时域采样的阅读器系统架构及其回波信号分析

3.2.1 时域采样阅读器系统架构

3.2.2 时域采样回波脉冲时延估计

3.2.3 时域采样回波脉冲载波相位估计

3.3 频域采样的阅读器系统架构及其回波信号分析

3.3.1 频域采样阅读器系统架构

3.3.2 频域采样回波脉冲参数估计

3.4 小结

第四章 TOPPS编码的声表面波射频标签的温度补偿

4.1 温度变化对回波脉冲载波相位的影响

4.2 温度补偿问题的研究

4.3 TOPPS标签温补办法

4.3.1 构造时延进行温补

4.3.2 温补反射栅的设计

4.4 TOPPS温补标签的编码设计以及解码方法

4.4.1 TOPPS温补标签的编码设计

4.4.2 TOPPS温补标签的解码

4.4.3 动态温补算法

4.5 仿真、实验以及数据分析

4.5.1 标签设计参数

4.5.2 信号处理

4.5.3 误差分析

4.6 小结

第五章 SAW-RFID技术在小区车辆管理系统中的应用

5.1 射频信号发射模块

5.2 回波信号接收模块

5.3 高速数字采集处理模块

5.3.1 主控芯片TMS320VC5509A和辅助控制器件CPLD

5.3.2 射频电路的控制

5.3.3 A/D采样控制

5.4 小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文

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