1 引言

　　無線射頻識別技術(Radio Frequency Identification，RFID)，是一種利用無線射頻方式在閱讀器和標簽之間進行非接觸雙向數據傳輸，以達到目標識別和數據交換目的的技術。典型的RFID系統(tǒng)是由電子標簽、讀寫器和后臺管理計算機3部分組成。RFID的性能受到產品材質、傳輸帶速率、交互方式、 標簽粘貼位置等多種因素的影響。所以就需要對RFID的性能進行測試，保證RFID的產品質量。

　　RFID 的基帶頻率偏差就是其中一項很重要的內容。電子標簽返回的高頻信號被天線接收后，經過放大、解調等步驟后得到的信號稱為基帶信號。對運用微計算機測量基帶信號的頻率測量進行了探討。對于基帶信號的解碼方法主要有二元序貫檢測和相關檢測，然而對于如何確定基帶信號的頻率偏差相關文獻較少。

　　2 基帶信號特點

　　與其他無線通信系統(tǒng)相比，RFID 有其自身的特點。首先基帶數據采用FM0 編碼，如圖1 所示。數據速率可以在40k~640kbps 連續(xù)變化且最大允許頻偏為22%。但是在不同數據速率和不同溫度下，RFID 標準對于頻偏有不同要求。其次，由于標簽到讀寫器的數據必須以圖2 所示的前同步碼開始，而前同步碼只有6 個數據，數據長度過短而無法實現頻率同步。上述特點都給頻率偏差檢測設計帶來了相當大的困難。

　　3 頻偏測量方法

　　本文總體思路如下：①.首先對采樣信號進行FIR 濾波②.通過相關運算捕捉前同步碼,解碼數據，并預估頻偏的大致范圍。③對于濾波前的基帶采樣數據進行適當抽取，構造波形。④通過FFT 確定頻偏。功能模塊見圖3。為了方便討論，假設過采樣速率為8;高電平用1 表示，低電平用-1 表示;S 表示采樣點序列;D 表示FM0 解碼序列;S[i:j]≡1 表示序列S 中從i 到j 的數據全為高電平;S[i:j]≡-1 表示序列S 中從i 到j 的數據全為低電平。用L 加下標表示序列的長度。

　　3.1 FIR 濾波器

　　介紹了幾種頻率檢測的方法，文獻中認為IIR 濾波器是一個非常適當且高效的濾波器，但是采用FIR 濾波器。考慮到IIR 濾波器的自激振蕩問題，采用FIR 濾波器。其幅頻響應如圖4 所示。

　　3.2 相關-解碼器

　　由于RFID基帶信號通常采用FM0編碼。且前一數據和后一數據之間必然存在電平跳變。即如果前一數據以高電平結束，下一數據則以低電平開始;如果前一數據以低電平結束，下一數據則以高電平開始。通過前同步碼的相關(公式(1))完成數據起點的捕捉，考慮FM0編碼的正交性(公式(2))完成數據解碼。設求得的數據起點為k，結束點為e。解碼后數據序列為D，假設D 的長度為LD。由前同步碼的相關與門限的比較得到頻偏范圍R1。由k、e 得到預估頻偏R2 ，其中R2 使得

　　最小。

　　3.3 存儲矩陣

　　存儲矩陣存儲不同頻率偏差o 下的基帶采樣點數序列To 和采樣數據序列S,采樣點數序列To 是由頻偏為o%時的基帶FM0 全0 編碼通過ADC 得到。

　　3.4 數據抽取器

　　對于采樣數據S,如果有S[PO[i]:PO[i+1]-1]≡1, S[PO[i+1]: PO[i+2]-1]≡-1(PO 序列構造算法附后)?？蓪π蛄蠸 進行如下抽取：

　　對于其余的采樣數據S,如果有S[P[i]: P[i+1]-1]≡-1, S[P[i+1]: P[i+2]-1] ≡1。可對序列L 進行如下抽?。?/P>

　　注：z 表示用S 中的噪聲數據進行補齊。

　　考慮前同步碼以高電平結束，則有初始電平 e=-1,設i=1。由此得到序列F 的抽取算法：

　　A. If(i<=PO L -2)轉B, 否則結束。

　　B. 如果 e=1，根據Po[i]、Po [i+1]、Po [i+2]參考公式(3)構造a。如果e=-1，根據Po[i]、Po[i+1]、Po[i+2]參考公式(4)構造f。轉C

　　C. F=[F f], i=i+1，e= -e。轉A。

　　注：F=[F f],,表示將序列f 添加在F 的后面，構成新的序列F。通過上述思路，將基帶采樣信號抽取為余弦信號的4 倍抽樣。對于不同頻率偏差o 下的Po 序列，可由序列To、解碼序列 D 及數據起點k 得到。假設序列D 的第一個數據D1=1，Po[1]=k, Po[2]= Po[1]+To[1]+To[2];如果D1=0，則有Po[1]=k，Po[2]= Po[1]+To[1]，Po[3]=Po[2]+To[2]。由此得到Po 序列構造算法：

　　A. P[1]=k，i=2，j=1。

　　B. If(j> LD)結束。如果D[j]==1，轉C,否則轉D。

　　C. Po[i]=Po[i-1]+To[2j-1]+To[2j],i=i+1。轉E。

　　D. Po[i]=Po[i-1]+To[2j-1], Po[i+1]=Po[i]+To[2j],i=i+2。轉E

　　E. j=j+1 轉B。

　　3.4 頻譜分析

　　假設真實頻偏為r,實際數據起點為a。以a-1、a、a+1 為數據起點，以r-1%、r、r+1%為參考頻偏，其抽取序列的頻譜如圖5 所示。頻譜計算見公式(5)，其中FFT(F)表示對序列F 進行

　　點FFT 變換。

　　由上述頻譜結果可知，頻譜存在如下特點：①.頻譜

　　在處存在峰值。即序列F由

　　No為環(huán)境噪聲; ②.以 r 為參考頻偏、a 為參考起點構造序列，

　　且平均噪聲密度?最小，

　　計算見公式(6)，定義見公式(7);③如果參考頻率不等于真實頻率，則在點

　　處功率譜密度較大且?較大?？梢愿鶕鲜鎏攸c進行頻偏確定。

　　考慮譜線分裂現象，用

　　代替理論上的

　　為參考頻偏，判決門限

　　構造波形的運算量為加法運算，且復雜度為o(LD),而FFT 乘法運算量為o(NLogN),且有

　　。所以運算量主要由FFT 決定。由以上分析，得到思路如下：

　　A. 以R2 為參考頻偏、k為參考起點，構造波形，進行功率譜密度分析。如

　　確定R2 為頻偏;否則轉B。此時運算量1 個FFT。

　　B. R2 為參考頻偏、k-1、k+1 為參考起始點，構造波形，進行功率譜密度分析，如

　　確定R2為頻偏;否則轉C。此時運算量3個FFT。

　　4 仿真結果及結論

　　以加性高斯白噪聲為噪聲壞境，得到仿真結果如圖所示。圖6 為測量準確率與信噪比的關系，圖7 為運算量與信噪比的關系。測量長度為110 個FM0 碼，運算量的單位為一個FFT 運算即nlogn 次乘法運算。圖8 為不同信噪比下準確率與測量長度的關系。本文通過對RFID 基帶信號頻率偏差檢測的為研究對象。對于RFID 的基帶采樣信號，首先低通濾波，通過相關運算捕捉數據起點并完成數據解碼;從而確定頻偏的大致范圍;最后基帶采樣信號的適當抽取，構造波形進行FFT 變換確定頻偏。根據仿真結果，在測量長度大于90 時，測量結果可以達到99%以上，SNR>6dB 時，運算量大概在(4~6)個FFT 運算。如何降低運算量并減少測量長度仍然是一個值得研究的方向。