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1、华中科技大学 硕士学位论文 无线射频识别信号监控算法的研究与实现 姓名：刘少新 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：杨宗凯 20060508 I 摘摘 要要 无线射频识别技术作为一种新兴的识别技术，广泛地应用于军事及民用的各个 领域。它最大的特点就是无接触地以无线射频的方式完成通信，达到自动识别的目 的。多频自适应射频识别阅读器是未来阅读器的发展方向，将软件无线电的理论应 用到多频射频识别阅读器的结构上是一种可行的方法。 在前人工作的基础上，本文分析总结了无线射频识别所用的通信技术，提出以 软件无线电技术来实现多模阅读器通信接收机；分析了以软件无线电技术来实现无 线射频识别多模
2、阅读器通信接口的框架；对多模阅读器通信机中的信号监控模块进 行分析；并进行信号监控的算法设计与仿真。 本文在分析基于软件无线电通信机框架的阅读器中信道监控模块作用后，提出 了基于软件无线电的信号监控算法，提出无线射频信号的三个特征参数载波频率、 符号速率和调制类型。然后讨论了射频信号的载波频率过零序列估计算法与实现、 码元速率小波变换估计算法与实现，讨论了 BP 网络调制分类器的算法与实现。并最 后对算法进行仿真实现，分析了算法的性能。 关键字关键字: 射频识别; 软件无线电; 信号参数估计 II Abstract As a new technology of Auto-ID, RFID ca
3、n be widely used in military and civil fields. The most significant feature of RFID is that it can contactlessly communicate to reach the goal of Auto-ID by radio frequency. The design of multi-band adaptive RFID reader is a interested field of the readers research. The multi-band adaptive readers d
4、esign used soft defined radio structure is a feasible choice. Based on the analysis of invariant features in cumulant domain of radio frequency identification, The main works investigated in this dissertation can be summarized as follows: a review of the communication technologies of radio frequency
5、 identification, a study of the multi-band RFID reader structure used soft defined radio , a study about the RFID hardware interface used soft defined radio, a study about signal monitor module in multi-band RFID reader, a study about signal monitor algorithm in soft defined radio reader. a study of
6、 parameter estimation algorithm and implementation about three essential elements of microwave frequency signals: the carrier frequency, symbol speed and modulation format. The first, the function of the signal monitor module in soft radio is discussed. Based on this discussion, the carrier frequenc
7、y, symbol speed and modulation format are the three essential elements of the RFID signals. The algorithm of signal zero-crossing estimation are used to estimate the carrier frequentcy. The algorithm of haar wavelet is used to estimate the symbol speed. The BP neural network algorithm is designed as
8、 modulation classification. Computer simulation of signal monitor algorithm are carried out to measure the performance of the algorithm. Keywords: Radio frequency identification; Soft defined radio; Signal parameter estimation 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文 不包含任何
9、其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究 做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在_年解密后适用本授权数。 本论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名： 指
10、导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 1 1 绪论绪论 1.1 课题的研究背景课题的研究背景 射频识别（Radio Frequency Identification，RFID），是一种利用射频信号自动识 别目标对象并获取相关信息的技术。RFID 最早的应用可追溯到第二次世界大战中用 于区分联军和纳粹飞机的“敌我辨识”系统1。随着技术的进步，RFID 应用领域日益 扩大，现已涉及到人们日常生活的各个方面，并将成为未来信息社会建设的一项基 础技术。RFID 典型应用包括：在物流领域用于仓库管理、生产线自动化、日用品销 售；在交通运输领域用于集装箱与包裹管理、高速公路收费与停车收费；
11、在农牧渔 业用于羊群、鱼类、水果等的管理以及宠物、野生动物跟踪；在医疗行业用于药品 生产、病人看护、医疗垃圾跟踪；在制造业用于零部件与库存的可视化管理；RFID 还可以应用于图书与文档管理、门禁管理、定位与物体跟踪、环境感知和支票防伪 等多种应用领域23。 基于雷达后向散射(Back Scattering)通信的原理开发出来的微波 RFID 技术是一种 无线的、非接触方式的自动识别技术4，是近几年发展起来的前沿科技项目。该项技 术主要和当今数字化移动商务相适应，可以实现自动识别和远程实时监控及管理。 其通信距离范围可从几厘米到几十米远，而且依据读写方式的不同，可以输入数千 字节的数字信息，具有
12、极高的保密性。其主要优点是环境适应性强、不受雨雪、冰 雹、灰尘等的影响，可全天候、无接触地完成自动识别、跟踪与管理。且可穿透非 金属物体进行识别，抗干扰能力强。因此，RFID 技术已在世界各地得到广泛的应 用，以美国、日本和欧洲为首的发达国家对 RFID 技术的应用研究已达到相当高的水 平，而我国则处于起步阶段，大多采用了引进的技术成果。所以研究该技术已成为 当今社会发展的必需。 另外， RFID 技术是一个崭新的技术应用领域，它不仅涵盖了微波技术与电磁学 理论，而且还包括通信原理及半导体集成电路技术，是一个多学科综合的新兴学 科。因此，对 RFID技术的认识和研究具有深远的理论意义。 随着
13、21 世纪数字化时代的到来，基于远程信息化网络管理技术和移动商务的社 会需求，RFID 技术在智能交通管理系统中将发挥巨大的作用。RFID 技术正在成为 一个新的经济增长点，在全球范围内漫延开来，研究开发 RFID 技术有着巨大的经济 效益和社会意义。 2 1.1.1 射频识别的研究现状射频识别的研究现状 RFID 技术应该归结为雷达技术的发展及应用，因此其历史可追溯到 20 世纪初 期。大约在 1922年雷达 ( Radar-Radio Detecting And Ranging)诞生，雷达发射无线电 波并通过接收到的目标反射信号来测定和定位目标的位置及其速度。随后，在 1948 年出现了早
14、期研究 RFID 技术的一篇里程碑的论文5Communication by Means of Reflected Power 。后来，随着电子技术的发展，如晶体管集成电路、微处理芯片、 通信网络等新技术，拉开了 RFID技术的研究序幕。 为适应数字化信息社会发展的需求，RFID 技术的研究与开发也正突飞猛进地发 展。在欧洲、美国及日本等国正在研究各种各样的 RFID 技术。各种新功能的 RFID 系统不断涌现，满足各种各样市场的需求。20 世纪末到 21 世纪初，RFID 技术中的 一 个 重 大 的 突 破 就 是 微 波 肖 特 基 (Schottky) 二 极 管 可 以 被 集 成 在
15、 CMOS (ComplementaryMetal-Oxide Semiconductor)的集成电路上。这一技术使得微波 RFID 的电子标签只含有一个集成芯片成为可能。 在目前与未来应用中，多标签和多阅读器等的防冲突通信协议也是人们研究的焦 点，阅读器的自适应通信体制也在研究中67。在 RFID 的软硬件进一步成熟后， RFID 技术将向着更快的交换数据速度、更好的联网性能、更高速的移动识别、更好 的频谱利用率上发展，也将改变目前 RFID 技术标准繁复而不统一，应用领域受限的 现状。 1.1.2 射频识别的通信讨论射频识别的通信讨论 一个 RFID 应用系统的基本组成包括射频卡、天线、阅
16、读器及后台计算机系统 (应用程序、网络和数据库)组成8，框图如图 1.1： RFID 标签(Tag)依据发送射频信号的方式不同，分为主动式（Active）和被动式 （Passive）两种。主动式标签主动向读写器发送射频信号，通常由内置电池供电， 又称为有源标签；被动式标签不带电池，又称为无源标签，其发射电波及内部处理 器运行所需能量均来自阅读器产生的电磁波。其中主动式标签通常具有更远的通信 距离，其价格相对较高，主要应用于贵重物品远距离检测等应用领域。 RFID 阅读器（Reader）的主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号，并接收 标签的应答，对标签的对象标识信息进行解码，将对象标识信息连带标签上其它相 关信息传输到主机以供处理。根据应用不同，阅读器可以是手持式或固定式。当前 阅读器成本较高，而且大多只能在单一频率点工作。未来阅读器的价
