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Multi-Channel Multi-Stage Transmultiplexing Digital DownConverter and Its Application to RFID(ISO18000-3 mode 2)Reader/Writer 多信道多级复用转换的数字下转换器及其在RFID读写器(ISO18000-3 mode 2)的应用 摘要 本文研究了RFID读写器在软件定义无线电的应用。目标RFID由ISO18000-3 mode 2定义，有8个应答信道与8个不同的RFID标签同时通信。在软件定义无线电结构里，8个答应信道同一个A/D转换器进行采样，再由数字下转换器进行分离，而在传统RFID结构里是由8个并行的模拟下转换器进行分离的。在多信道数字下转换器的基本上，我们提出一个新的多级多路传输数字下转换器。软件定义无线电结构可以应用在FPGA评估板上，系统的有效性在真实硬件上确认。智能无线电里动态频谱的多信道接收器可以应用这种结构。 关键词：多信道多级复用转换的数字下转换器，软件定义无线电，RFID，ISO18000-3 mode 2，FPGA应用 1．引言 近年来，RFID越来越流行。RFID系统包含标签和读写器。RFID系统在很多应用如入口管理、物流管理方面扮演重要角色。 ISO18000-3 mode 2是无源RFID的一个标准，它定义读写器有8个应答信道与8个不同的标签同时通信。传统的读写器用8个并行的工作在不同局部频率下的模拟下转换器来实现同时通信。但是这种结构并不合人意，因为它的电路尺寸太大了。 本文提出利用软件定义无线电技术来解决这个问题。在软件定义无线电结构里，8个答应信道同一个A/D转换器进行采样，再由数字下转换器（DDC）进行分离。为了得到更高效的应用，我们提出了一个多信道多级复用转换DDC，它是传统多级FIR滤波器与复用转换器的结合。 在我们提出的多信道多级复用转换DDC中，复用转换器放置于FIR滤波器级之间，这样下一级滤波器的计算资源就可以被不同的信道共享。本文的RFID读写器使用这种DDC，与传统的并行DDC相比，可以减少83%的乘法器。另外，软件定义无线电结构可以应用在FPGA评估板上，系统的有效性在真实硬件上确认。 文章的结构如下：第2部分介绍RFID ISO18000-3 mode 2的规范，第3部分简要解释传统多级DDC，第4部分介绍多信道多级复用转换DDC，并给出仿真结果，第5部分把这个结构应用到FPGA评估板上，第6部分进行总结。 2．RFID ISO18000-3 mode 2规范 ISO18000-3 mode 2是RFID系统的一个国际标准，ISO18000-3 mode 2和mode 1的规范如表1所示。这两个标准用的载波频率都是13.56 MHz，mode 2是ISO18000-3里的高速传输版本，它定义读写器有8个应答信道与8个不同的标签同时通信，可以提高数据传输速率100 kbps。 mode 2的RFID读写器方框图如图1所示。读写器包括天线、发射器、接收器和MPU。发射器通过13.56 MHz的载波向无源标签发送能量和命令。在接收器侧，首先由二极管检波器消除13.56 MHz的载波频率，然后由8个并行的模拟下转换器分离副载波。这8个基带信号上MPU进行采样和解码。在这个结构里，8个并行的模拟下转换器明显是冗余的，且会使电路尺寸变大，这是不合人意的。 3．传统DDC结构 3．1多信道单级DDC 图2是多信道DDC的方框图。IQ-DDC包括几个振、两个乘法器、两个低通滤波器和两个抽取滤波器。本振用与副载波对应的频产生正统信号和余弦信号。图3是单级FIR低通滤波器的频率响应例子。虽然滤波器满足要求，但一个滤波器里的乘法器就是420个，8信道 IQ-DDC一共需要(420×2+2) ×8=6736个乘法器。这明显是不实用的。其中一个简单的处理方案就是使用对称FIR滤波器，因为它的参数的对称性，可使复杂性减小一半。为了进一步减小乘法器数目，我们在下面介绍多级复用转换DDC。 3．2 多信道多级DDC 图4为8信道3级DDC的方框图。每个信道有3个滤波器级和两个1/4抽取滤波器。各信道里，第一级滤波器是一样的，选择了RFID系统的整个频带，第二级对目标信道进行粗选择，第三级对目标信道进行严格选择并有良好的响应。 图5为低通滤波器的频率响应，图6为3个低通滤波器的总频率响应。在图5里，滤波器的通带带宽根据级别减小。第三个滤波器的频率响应最尖锐，且带有很多假响应。第二个滤波器选择第三个滤波器里的主要部分，且仍然带有假响应。第一个滤波器选择第二个滤波器里的主要部分，并消除了假响应。最后得出了如图6的总频率响应，也满足了要求。 8信道3级DDC需要的乘法器数目如表2所示。从表