多種RFID標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)的射頻識(shí)別閱讀器設(shè)計(jì)

針對(duì)目前RFID系統(tǒng)工作頻率多樣，各類標(biāo)準(zhǔn)眾多且差距較大，不適合多種標(biāo)簽同時(shí)應(yīng)用的情況，提出了基于軟件無線電及LabVIEW 設(shè)計(jì)RFID閱讀器的思想。通過加載不同的軟件代碼，仿真閱讀器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同頻段，符合不同標(biāo)準(zhǔn)的RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀寫。通過與標(biāo)準(zhǔn)閱讀器的讀取結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，仿真閱讀器實(shí)現(xiàn)了對(duì)RFID標(biāo)簽攜帶信息的讀取，節(jié)約了需要配置各種不同類型閱讀器的成本。

射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification,RFID）是利用射頻信號(hào)的空間耦合及反向散射特性對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別以及數(shù)據(jù)交換的技術(shù)。因此識(shí)別過程不需要人工干預(yù)，具有高精度、長壽命、易操作等特點(diǎn)。

超高頻射頻識(shí)別（UHF RFID）由于識(shí)別距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，已經(jīng)被越來越多地應(yīng)用于物流管理、交通運(yùn)輸管理、工廠生產(chǎn)控制等領(lǐng)域。目前RFID標(biāo)準(zhǔn)繁雜，沒有一個(gè)較為通用的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，所以對(duì)于標(biāo)簽種類眾多的應(yīng)用場合及RFID技術(shù)研究開發(fā)院所，開發(fā)一個(gè)能夠支持多種RFID 標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)的閱讀器就顯得很有必要。利用軟件無線電的特性，將不同的RFID標(biāo)準(zhǔn)用軟件代碼來實(shí)現(xiàn)。通過加載不同軟件代碼的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)符合不同標(biāo)準(zhǔn)的RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀寫操作。可以方便地解決需要購買不同的閱讀器才可以對(duì)不同類型的RFID標(biāo)簽進(jìn)行讀寫的問題。

軟件無線電是20世紀(jì)90年代以后逐漸興起的一種全新的設(shè)計(jì)思想，其核心是在通用的模塊化。可編程的硬件平臺(tái)上通過加載不同的通信軟件，以實(shí)現(xiàn)不同通信方式間的轉(zhuǎn)換。這種設(shè)計(jì)思想使通信中的無線電臺(tái)可以適應(yīng)不同的通信方式，軟件無線電良好的兼容性和可編程性使得通信系統(tǒng)的開發(fā)主要成為數(shù)字信號(hào)處理軟件的研究?；谶@一思想，可以試圖將RFID的各種標(biāo)準(zhǔn)以軟件代碼的形式實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)通過加載不同軟件來完成符合各種不同標(biāo)準(zhǔn)的RFID閱讀器的功能。

本文使用NI公司開發(fā)的LabVIEW軟件來編寫軟件無線電的代碼，LabVIEW 是目前國際上應(yīng)用最廣的數(shù)據(jù)采集和控制開發(fā)環(huán)境之一，其在通信仿真領(lǐng)域有著重要的作用。它使用圖形化的編程語言（又稱“G”語言）編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。LabVIEW 也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫，包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等?？梢栽鰪?qiáng)研究和開發(fā)人員構(gòu)建自己科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，并提供實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。

1、基于軟件無線電的RFID閱讀器模型

RFID 標(biāo)簽要反射回自身所攜帶的信息，需要首先獲得激勵(lì)信號(hào)，然后經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器將閱讀器傳送過來的射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流穩(wěn)壓電源。所以需要軟件無線電（仿真閱讀器）首先發(fā)射激勵(lì)波，在一些較為安全的RFID 應(yīng)用協(xié)議中，還包括了安全認(rèn)證以及對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行操作的過程，這就需要在激勵(lì)波中增加一些操作指令代碼，來從標(biāo)簽中獲取相應(yīng)的信息。標(biāo)簽的反射信號(hào)攜帶了自身的信息，在反射信號(hào)的接收過程中，信道的衰落。多徑效應(yīng)，加上接收器本身也會(huì)引進(jìn)噪聲。因此，在信息解析之前需要濾掉這些影響。仿真閱讀器采用與激勵(lì)波頻率相同的載波進(jìn)行相干解調(diào)。整個(gè)RFID仿真閱讀器的框架如圖1所示。

圖1：軟件無線電閱讀器系統(tǒng)框架
2、標(biāo)簽信息的解析

本文對(duì)符合AAR S-918標(biāo)準(zhǔn)的RFID標(biāo)簽進(jìn)行了讀取。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)RFID系統(tǒng)的工作頻率、發(fā)送/接收帶寬、調(diào)制方式、發(fā)射機(jī)功率以及編碼方案等做了詳細(xì)的規(guī)定。

其編碼方案如圖2所示，從圖2中可以看出，每1位用戶數(shù)據(jù)位用8 個(gè)子位來代替，即用戶數(shù)據(jù)“1”用“10101100”來代替，用戶數(shù)據(jù)“0”用“11001010” 來代替。數(shù)據(jù)幀標(biāo)識(shí)頭為“1010101010101100”。在對(duì)標(biāo)簽反射信號(hào)進(jìn)行濾波。解調(diào)等信號(hào)處理之后，還原出基帶原始信號(hào)。接下來對(duì)標(biāo)簽攜帶信息進(jìn)行還原。AAR S-918標(biāo)準(zhǔn)中采用特有6 b ASCII編碼，編碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

圖2：AAR S-918信源編碼方案

3、閱讀器性能測試

根據(jù)RFID系統(tǒng)的工作原理及AAR S-918標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)工作的頻率的規(guī)定，首先使用LabVIEW 軟件編寫發(fā)射激勵(lì)波的程序，設(shè)置載波頻率為915 MHz,采樣率為800 kHz，發(fā)射增益為30 dB。程序前面板與系統(tǒng)框圖如圖3、圖4所示。