基于SAW的宽带射频识别技术.doc

基于声表面波的超宽带射频识别技术 周金天津财经大学理工学院信科系摘要：关键词：射频识别，超宽带，声表面波 1. 引言 基于声表面波标签的射频识别技术较IC-based标签具有可以提供无源传输以及成本低廉等特点，因而受到了研究领域和商业界的广泛关注。同时，超宽带无线通信这种利用极短的脉冲进行数据传输的新型无线通信方式在近几年也受到了非常广泛的关注，尤其在高速短距离传输中，超宽带技术可以做到真正的高速传输，其最高传输速率可达480Mbits/s。声表面波技术与无线通信系统的融合已逐渐体现在多方面。文献[1]提出了采用差错控制技术用于声表面波标签检测；文献[2]介绍了用于温度和压力测量的无线声表面波射频识别系统；文献[3]介绍了基于CMOS的声表面波换能器技术。诸多文献提出了利用声表面波技术产生超宽带信号的方法；也有文献提出在射频识别系统中采用超宽带TH-PPM调制方式来解决通信必威体育官网网址问题。此外，基于声表面波的线性频率调制的超宽带系统在国外也有机构在商业化。 本文提出符合超宽带标准的声表面波射频识别系统。 2. 超宽带扩频编码射频识别声表面波标签模型与仿真实验 2.1系统模型 图1为扩频编码超宽带标签示意图。系统由：高频询问脉冲发生器、叉指换能器与反射栅组成；叉指换能器为第二章阐述的啁啾变换型换能器原理相同，其自身的冲激响应为线性调频信号。该结构的叉指换能器在发射端起到脉冲压缩作用；在接收端起到匹配相关的作用。与文献[5.16]中提出的超宽带声表面波射频识别标签相同之处为：该标签使用了电极的正负极性以及位置偏移来表征反射条的幅度信息：；不同之处在于编码信息为具有良好互相关性的伪随机序列。而每根反射条电极的极性依照扩频序列来设置。假设编码时间为200ns，带宽时间积等于100，经过叉指换能器的压缩脉宽等于2ns，压缩脉冲占据的每个时间隙为2ns，因此在编码时间范围内共有200/2=100个时隙，这100个时隙划分为若干个时隙组，每2个时隙构成一个反射条，反射条占用2个时隙中的某一个时隙，不同的编码位置用以区分反射条代表的不同相位信息。相位变换原则为： (1) 则可以放置100/2=50根反射条。时隙分配编码方式如图3所示。 图1 系统结构 图2 标签时隙编码结构 值得指出的是，为信号处理以及实现的方便，这种结构的标签采用单根反射条作为反射器件。 2.2信号模型建立与仿真 不论对传感系统或无线通信系统、光通信系统，精确的模型建立以及对系统参数进行估计对系统性能的改善都是关键技术。我们将建立无线。 2.2.1 单标签单根反射条 考虑到线形调频信号的测距精确性，发送端高频询问脉冲使用该信号，其时-频特性为： (2) 利用啁啾型声表面波滤波器即可产生如下形式的询问信号： (3) 其中为输入询问脉冲幅度。携带着特定信息的声表面波单根反射条通常被等效为冲激脉冲函数。在标签系统中它对应于反射条时间延迟。假设单根反射条的时间延迟为，则这跟反射条的冲激响应表达为： (4) 其中表示第1根反射条携带的编码，即伪随机编码值，。高频询问脉冲经过频率变化方向与其相反的叉指换能器，设叉指换能器的冲激响应为IDT(t)，则输出叉指换能器的信号为询问脉冲与冲激响应的卷积：，输出为极窄的压缩脉冲，并由电磁波转换为声表面波继而在基地传输，并与式(5.9)的反射条冲激信号进行卷积运算： (5) 该信号为射频信号，该携带标签编码的信号再次返回叉指换能器，并与换能器反向线性调频冲激响应进行卷运算，得到： (6) 这是的信号为时延扩展信号，其频谱形式为： (7) 其中，，，分别为压缩脉冲、反向调频信号、标签函数以及高斯白噪声的频谱。接收端对该信号进行相关匹配，利用第二章中的声表面波器件的卷积形式进行该匹配，即将(6)信号与发送端高频询问脉冲正向线性调频信号进行卷积，得到： (8) 得到尖峰压缩脉冲，而噪声仍为宽带信号，至此，提取尖峰信息以及尖峰偏离延迟便解调出了标签编码信息。 图3为下行方向（阅读器至标签）叉指换能器输出压缩脉冲时域曲线，其中线性调频信号宽度为100ns。图4为单根反射条标签反射回回波信号幅度曲线。图4(a)时间-衰减曲线；图4 (b)为时间-幅度曲线。因为询问信号通过换能器会有一部分时延，从形成压缩脉冲到声表面波与反射条卷积作用又有一段时延，因此，在仿真刚开始的0-160ns时间段内并没有出现回波信号尖峰，在此时刻之前回波均为未经过匹配的时延扩展脉冲，直到换能器输出与声表面波与反射条作用并返回才出现了图中一开始的尖峰。这段作用时间为大概180ns左