0.引言

　　射頻識別(RFID)系統(tǒng)是自動識別技術(shù)的一種，通過無線射頻方式進(jìn)行無接觸雙向數(shù)據(jù)通信，對目標(biāo)加以識別并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。射頻識別系統(tǒng)的主要核心部件是讀寫器和電子標(biāo)簽。讀寫器在射頻識別系統(tǒng)中又占據(jù)著重要的作用。首先讀寫器的頻率決定了射頻識別系統(tǒng)的工作頻段;其次讀寫器的功率直接影響了射頻識別系統(tǒng)的最大識別距離。所以對于一個(gè)射頻識別系統(tǒng)來講，讀寫器的性能分析是非常重要的。而當(dāng)今超高頻射頻識別系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，這主要是由于超高頻段能夠適用于長的讀寫距離和較高讀寫速度的場合。基于ISO18000-6 標(biāo)準(zhǔn)的超高頻射頻識別系統(tǒng)的頻率主要位于915MHz 附近。本文就主要針對于915MHz 閱讀器來進(jìn)行研究。

　　1.讀寫器的基本功能

　　讀寫器一般由天線、射頻模塊和讀寫模塊構(gòu)成。

　　框圖中發(fā)射單元主要完成的任務(wù)是：讀寫器通過鎖相環(huán)控制壓控振蕩器產(chǎn)生載波頻率送至發(fā)射混頻器，混頻器將載波信號和讀寫器的基帶信號混合成調(diào)制信號，經(jīng)過兩級低噪聲放大器和神品濾波器后，送至功分器，功分器將發(fā)射信號分成兩路，一路經(jīng)衰減送至射頻功率放大器，另一路送往接收電路，做接收時(shí)混頻的本振信號源，讀寫器然后根據(jù)需要通過衰減調(diào)節(jié)發(fā)射信號的增益，發(fā)射信號經(jīng)過射頻功率放大器后由環(huán)形器送至天線發(fā)射出去。而接收單元的功能是：接收標(biāo)簽返回的微弱信號，經(jīng)過讀寫器進(jìn)入環(huán)形器，與讀寫器發(fā)射的連續(xù)載波相分離，經(jīng)過射頻濾波器濾波后，進(jìn)入接收功分器，分成兩路接收信號;兩路本振信號與兩路接收信號經(jīng)混頻后形成兩路基帶信號，再分別經(jīng)兩路運(yùn)放和低通濾波器后，信號返回到讀寫器做處理。

　　2.讀寫器的相關(guān)測試

　　現(xiàn)在所開展的測試測試包括一致性測試、通用性測試以及性能測試三個(gè)階段。一致性測試是為了測試設(shè)備如標(biāo)簽、讀寫器是否符合EPCglobal 的標(biāo)準(zhǔn)，這樣終端用戶可以購買到經(jīng)過認(rèn)證的產(chǎn)品;通用性測試是為了測試某種設(shè)備與其它設(shè)備的兼容性操作;性能測試是為了測試在某個(gè)具體環(huán)境、真實(shí)條件下的識讀水平，以保證所有環(huán)節(jié)識讀的準(zhǔn)確率。本文中主要對讀寫器的一致性的某些參數(shù)進(jìn)行測試。而影響讀寫器性能的主要參數(shù)包括：射頻輸出的功率，系統(tǒng)的調(diào)制方式，數(shù)據(jù)的編碼方式以及信號的包絡(luò)參數(shù)等。在這些參數(shù)中影響系統(tǒng)最終成本的最重要的單一技術(shù)參數(shù)往往是發(fā)射功率，這一參數(shù)涉及功率放大器件的尺寸、封裝、熱通路和有關(guān)的冷卻方式、電源、質(zhì)量以及安全性等方面。其中的每一項(xiàng)都會使得成本迅速上升。另一方面主要對于讀寫器讀寫距離的影響參數(shù)中讀寫器的發(fā)射功率也是最重要的，射頻識別系統(tǒng)的有效識別距離和讀寫器的射頻發(fā)射功率成正比，發(fā)射功率越大識別的距離就越遠(yuǎn)，但是電磁波產(chǎn)生的輻射超過一定的范圍時(shí)就會對環(huán)境和人體產(chǎn)生有害的影響，因此在功率方面必須遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)。為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量就必須對讀寫器相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行分析和測試。

　　3.讀寫器系統(tǒng)仿真

　　以 ISO 18000-6 Type A 的讀寫器為例，讀寫器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)simulink 仿真圖如下：

　　讀寫器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)仿真圖

　　Type A 讀寫器發(fā)送的數(shù)據(jù)編碼為脈沖間隔編碼，即通過定義下降沿之間的不同寬度來表示不同的數(shù)據(jù)信號，編碼后的基帶數(shù)據(jù)命令信號進(jìn)行ASK(振幅鍵控)，調(diào)制深度為30%，如果用二進(jìn)制序列{ a n } 表示基帶數(shù)據(jù)命令，則經(jīng)過ASK 調(diào)制后得到的調(diào)制信號表示為：

　　讀寫器的調(diào)制信號的時(shí)域仿真圖

　　其中Acos? ct為調(diào)制載波，N 為調(diào)制深度。仿真的波形如圖 所示。

　　對信號進(jìn)行了時(shí)域的仿真，再利用matalab 來進(jìn)行頻域仿真，設(shè)有限長度信號為S(t)，其表達(dá)式如下：

　　通過仿真計(jì)算得到讀寫器發(fā)射的功率為 1.5176 瓦特，調(diào)制效率為0.0639。

　　4.讀寫器暫態(tài)信號的時(shí)頻仿真

　　在射頻識別系統(tǒng)中的很多信號往往是非平穩(wěn)的，其統(tǒng)計(jì)量是實(shí)變函數(shù)。這個(gè)時(shí)候如果只了解信號在時(shí)域或者頻域的全局特性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。這時(shí)為了分析這種非平穩(wěn)的信號就有聯(lián)合時(shí)頻分析方法。利用時(shí)間和頻率的聯(lián)合函數(shù)來表示信號簡稱為信號的時(shí)頻表示。如果令s(t)為一實(shí)的非平穩(wěn)信號，在進(jìn)行時(shí)頻分析之前往往需要將實(shí)信號轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)信號z(t)的形式,表示如下：

　　圖含噪聲的暫態(tài)信號的仿真圖

　　其中H[s(t)]是s(t)的Hilbert 變換。構(gòu)造這樣一個(gè)復(fù)信號的優(yōu)點(diǎn)是剔除了實(shí)信號中的負(fù)頻率成分，同時(shí)也不會造成任何的信息損失，也不會帶來虛假信息。其仿真圖如圖所示。

　　5.結(jié)論

　　由于讀寫器的工作頻率決定了系統(tǒng)的頻率，讀寫器的發(fā)射功率是系統(tǒng)的識讀距離的關(guān)鍵影響因素，因此讀寫器信號的分析就顯得足夠的重要，又由于射頻識別系統(tǒng)信號的非平穩(wěn)性，采用時(shí)域、頻域和聯(lián)合時(shí)頻分析的方法相結(jié)合，對讀寫器信號的特性有更詳細(xì)的分析。

　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)在于對超高頻讀寫器進(jìn)行了建模，并對它的信號進(jìn)行了分析和仿真，針對于射頻識別系統(tǒng)信號的非平穩(wěn)性，引入了聯(lián)合時(shí)頻分析的方法，從而對射頻信號在時(shí)域和頻域的全局特性和在時(shí)頻分析中的局部特性有了全面的了解。