基于軟件無(wú)線(xiàn)電的RFID閱讀器設計

射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)是利用射頻信號的空間耦合及反向散射特性對目標對象進(jìn)行自動(dòng)識別以及數據交換的技術(shù).因此識別過(guò)程不需要人工干預，具有高精度.長(cháng)壽命.易操作等特點(diǎn).

超高頻射頻識別(UHF RFID)由于識別距離遠(最大可達10 m)的特點(diǎn)，已經(jīng)被越來(lái)越多地應用于物流管理.交通運輸管理.工廠(chǎng)生產(chǎn)控制等領(lǐng)域.目前RFID標準繁雜，沒(méi)有一個(gè)較為通用的應用標準，所以對于標簽種類(lèi)眾多的應用場(chǎng)合及RFID技術(shù)研究開(kāi)發(fā)院所，開(kāi)發(fā)一個(gè)能夠支持多種RFID 標簽標準的閱讀器就顯得很有必要.利用軟件無(wú)線(xiàn)電的特性，將不同的RFID標準用軟件代碼來(lái)實(shí)現，通過(guò)加載不同軟件代碼的方法實(shí)現對符合不同標準的RFID標簽進(jìn)行讀寫(xiě)操作，可以方便地解決需要購買(mǎi)不同的閱讀器才可以對不同類(lèi)型的RFID標簽進(jìn)行讀寫(xiě)的問(wèn)題.

軟件無(wú)線(xiàn)電是20世紀90年代以后逐漸興起的一種全新的設計思想，其核心是在通用的模塊化.可編程的硬件平臺上通過(guò)加載不同的通信軟件，以實(shí)現不同通信方式間的轉換.這種設計思想使通信中的無(wú)線(xiàn)電臺可以適應不同的通信方式，軟件無(wú)線(xiàn)電良好的兼容性和可編程性使得通信系統的開(kāi)發(fā)主要成為數字信號處理軟件的研究.基于這一思想，可以試圖將RFID的各種標準以軟件代碼的形式實(shí)現，從而實(shí)現通過(guò)加載不同軟件來(lái)完成符合各種不同標準的RFID閱讀器的功能.

本文使用NI公司開(kāi)發(fā)的LabVIEW軟件來(lái)編寫(xiě)軟件無(wú)線(xiàn)電的代碼，LabVIEW 是目前國際上應用最廣的數據采集和控制開(kāi)發(fā)環(huán)境之一，其在通信仿真領(lǐng)域有著(zhù)重要的作用.它使用圖形化的編程語(yǔ)言(又稱(chēng)“G”語(yǔ)言)編寫(xiě)程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式.LabVIEW 也是通用的編程系統，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數庫，包括數據采集.GPIB.串口控制.數據分析.數據顯示及數據存儲等.可以增強研究和開(kāi)發(fā)人員構建自己科學(xué)和工程系統的能力，并提供實(shí)現儀器編程和數據采集系統的便捷途徑.

1 基于軟件無(wú)線(xiàn)電的RFID閱讀器模型

RFID 標簽要反射回自身所攜帶的信息，需要首先獲得激勵信號，然后經(jīng)過(guò)電壓調節器將閱讀器傳送過(guò)來(lái)的射頻信號轉換為直流穩壓電源.所以需要軟件無(wú)線(xiàn)電(仿真閱讀器)首先發(fā)射激勵波，在一些較為安全的RFID 應用協(xié)議中，還包括了安全認證以及對標簽進(jìn)行操作的過(guò)程，這就需要在激勵波中增加一些操作指令代碼，來(lái)從標簽中獲取相應的信息.標簽的反射信號攜帶了自身的信息，在反射信號的接收過(guò)程中，信道的衰落.多徑效應，加上接收器本身也會(huì )引進(jìn)噪聲.因此，在信息解析之前需要濾掉這些影響.仿真閱讀器采用與激勵波頻率相同的載波進(jìn)行相干解調.整個(gè)RFID仿真閱讀器的框架如圖1所示.

2 標簽信息的解析

本文對符合AAR S-918標準的RFID標簽進(jìn)行了讀取.該標準對RFID系統的工作頻率.發(fā)送/接收帶寬.調制方式.發(fā)射機功率以及編碼方案等做了詳細的規定.

其編碼方案如圖2所示，從圖2中可以看出，每1位用戶(hù)數據位用8 個(gè)子位來(lái)代替，即用戶(hù)數據“1”用“10101100”來(lái)代替，用戶(hù)數據“0”用“11001010”來(lái)代替.數據幀標識頭為“1010101010101100”.在對標簽反射信號進(jìn)行濾波.解調等信號處理之后，還原出基帶原始信號.接下來(lái)對標簽攜帶信息進(jìn)行還原.AAR S-918標準中采用特有6 b ASCII編碼，編碼的對應關(guān)系如表1所示.

3 閱讀器性能測試

根據RFID系統的工作原理及AAR S-918標準中對工作的頻率的規定，首先使用LabVIEW 軟件編寫(xiě)發(fā)射激勵波的程序，設置載波頻率為915 MHz,采樣率為800 kHz,發(fā)射增益為30 dB.程序前面板與系統框圖分別如圖3,圖4所示.

當標簽進(jìn)入閱讀器的識別區域后，就會(huì )將自身所攜帶的信息通過(guò)電磁反射回傳給閱讀器，仿真閱讀器根據AAR S-918 標準規范，將反射回來(lái)的ASK 信號進(jìn)行解調，并根據AAR S-918標準的編碼規則對其所攜帶的信息進(jìn)行解碼，閱讀器的信號處理及解碼程序如圖5,圖6所示.

從圖6 中可以看出，經(jīng)過(guò)解析，標簽所攜帶的信息為“$1(B,S1$”,用標準商用閱讀器讀到的數據如圖7所示.從圖7中可以看出，商用閱讀器讀出的數據與仿真閱讀器讀出的數據完全一致.仿真閱讀器成功讀取到了標簽自身所攜帶的信息，實(shí)現了標準閱讀器的功能.

4 結語(yǔ)

本文通過(guò)對軟件無(wú)線(xiàn)電和RFID 系統的學(xué)習研究，采用LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言設計了一個(gè)基于軟件無(wú)線(xiàn)電的RFID仿真閱讀器.通過(guò)與標準閱讀器的讀取結果進(jìn)行比對，這一設計能夠實(shí)現標準閱讀器的讀取功能.從而實(shí)現了通過(guò)加載不同軟件來(lái)讀寫(xiě)符合不同標準的RFID標簽的功能，適合于多種不同標準的標簽同時(shí)應用的場(chǎng)合.

本文所針對的AAR S-918標準因其不具有復雜的協(xié)議認證過(guò)程，可以較為簡(jiǎn)單地實(shí)現.在以后的工作中，將會(huì )對其他協(xié)議的標準進(jìn)行研究，將其加入到代碼庫中，以方便地實(shí)現用加載代碼的方式來(lái)完成對RFID標簽的讀寫(xiě)操作.