一种提高RFID误码性能的系统及其方法与流程

本发明涉及RFID技术，特别是涉及一种提高RFID误码性能的系统及其方法。

背景技术：

射频标签系统(RFID)是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。RFID标签包含了电子储存的信息，数米之内都可以识别。与条形码不同的是，射频标签不需要处在识别器视线之内，也可以嵌入被追踪物体之内。许多行业都运用了射频识别技术，例如射频标签可以附于牲畜与宠物上，方便对牲畜与宠物的识别。

无线电的信号是通过调成无线电频率的电磁场，把数据从附着在物品上的标签上传送出去，以自动辨识与追踪该物品。某些RFID标签在识别时从识别器发出的电磁场中就可以得到能量，并不需要电池，这类RFID标签通常被称为被动式标签或反射式标签；而这个反射能量并调制信号的过程可以被称为反射式调制。反射式调制或被动式标签的一个主要问题是能量损耗，导致系统误码率不佳，也导致有效工作距离(即标签和阅读器之间的距离)有限。已有一些现有的方案或发明使用了多个天线，例如文献“J.Griffin and G.Durgin,"Gains for RF tags using multiple antennas,IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.56,p.563–570,2008.”,文献“C.Boyer and S.Roy,Space time coding for backscatter RFID,IEEE Trans.Wireless Communications,vol.12,p.2272–2280,2013”，中提出的方案，都使用了多天线编码方案。然而，这些传统方案只关注信息发射端和信息接收端即标签和阅读器接收单元，而没有在阅读器发射单元即能量发射端做任何处理；这些传统方案的阅读器发射单元上的多个天线上发射出来的信号是相同的，这是传统方案无法取得更好效果的本质原因。

传统系统通过多个发射天线发射的信号矩阵可以表示为：该矩阵是T×M的矩阵，T代表时间、即T个符号，M代表天线个数。矩阵中的所有元素是相同的，例如都是1。相应的，阅读器接收单元接收到的信号表示为：R＝((QH)℃)G+W，这里H是信道矩阵，C是标签信号，G是从标签到阅读器接收单元的信道矩阵，W是噪声，R是阅读器接收单元接收到的信号，这里符号。代表Hadamard乘积，即矩阵的逐个元素乘积，例如，矩阵A和B之间的Hadamard乘积C意味着Cij等于Aij乘以Bij，这里i、j代表矩阵的下角标，即第i行第j列上的矩阵元素。发射信号经过信道H后，得到信号Y如下(为了突出矩阵Q各个元素都相同的特点，给Q加上下角标“uniform”)

则：该信号矩阵Y是不满秩矩阵，其矩阵维数是2，但是秩为1，有信息损失，进而导致系统性能不佳。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种提高RFID误码性能的系统及其方法，能够充分利用能量发射器端多个天线的系统，以提高RFID误码性能。

本发明的一个方面，提供一种提高RFID误码性能的系统，包括阅读器发射单元、被动式射频标签和阅读器接收单元，所述阅读器发射单元配备多个天线，且任何两个天线发射的信号彼此相互正交；所述被动式射频标签从阅读器发射单元发射的信号那里获取能量并调制自身信号，发射出去；所述阅读器接收单元配备多个天线，获取标签发来的信号，并进行信号解调和解码。阅读器发射单元通常是阅读器的一个单元或一部分，不必须是独立于阅读器的独立实体，也可以是独立于阅读器的独立实体。

本发明的另一方面是提供一种提高RFID误码性能的方法，其步骤包括：

1)阅读器发射单元的各个天线发射彼此相互正交的信号；

2)被动式射频标签从阅读器发射单元发出的信号那里获取能量，并调制自身信号再发射出去；

3)阅读器接收单元配备多个天线，接收被动式射频标签发来的信号，进行信号解调和解码；

步骤1)步中，阅读器发射单元的发射信号是正交的，导致发射矩阵是酉矩阵：则发射信号为：发射信号为：X＝Q₀H，经过信道H后，变为：该矩阵的秩为2，满秩矩阵，没有信息损失。该矩阵Q₀和传统方案的矩阵Q明显不同，传统方案中，Q的各个元素都相同，而本发明提出的方案中的Q₀没有“各个元素都相同”这个特点，事实上，这里给出的矩阵Q₀是一个酉矩阵。

另一种方法，被动式射频标签可以采用空时编码方案，以更好的利用阅读器发射单发射的多个彼此正交的信号，在步骤1)步中，阅读器发射单元的发射信号矩阵是一个酉矩阵的重复，表示如下：这里Q₀是一个酉矩阵，矩阵1M是：1_M＝(1，1，…，1)^T；

在第2)步骤中，标签的调制做如下处理：矩阵Q₀和矩阵1_M做Kronecker乘积，得到标签发射的信号矩阵：

如果把上述1)、2)步骤结合起来，参照图3，具体给出一个例子。发射端通过正交矩阵Q对发射信号做调制；标签端配合该正交矩阵Q有针对性的对标签信号做编码调制，调制过程中采用了调制矩阵C；最后，接收端执行解码。

发射矩阵Q，标签的调制矩阵C分别如下：

这里的C1和C2来自于块状空时编码或者Alamouti编码(关于块状空时编码或者Alamouti编码，参考：S.M.Alamouti (October 1998)."A simple transmit diversity technique for wireless communications".IEEE Journal on Selected Areas in Communications 16(8):1451–1458)：

则可以看出。在上诉系统中，发射器发射的信号可以不正交，但是其各个发射天线发射的信号要统计独立，或者其各个发射天线发射的信号要线性非相关，或者发射矩阵的条件数足够小。

本发明提出的方法比传统方法的误码率性能好，该方法极大的克服了传统射频标签系统的信号能量损耗，进而提高了系统误码性能和传输距离。

附图说明

图1是提出的发明的系统示意图；

图2是本发明方法与传统方法在误码率性能上的比较；

图3是本发明方法的流程图。

具体实施方式

下方结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述：

如图1所示，一种提高RFID误码性能的系统，包括阅读器发射单元、被动式射频标签和阅读器接收单元，所述阅读器发射单元配备多个天线，且任何两个天线发射的信号彼此相互正交；所述被动式射频标签从阅读器发射单元发射的信号那里获取能量并调制自身信号，发射出去；所述阅读器接收单元配备多个天线，获取标签发来的信号，并进行信号解调和解码。本发明的一种提高RFID误码性能的方法，其步骤包括：

1)阅读器发射单元的各个天线发射彼此相互正交的信号；

2)被动式射频标签从阅读器发射单元发出的信号那里获取能量，并调制自身信号再发射出去；

3)阅读器接收单元配备多个天线，接收被动式射频标签发来的信号，进行信号解调和解码；

实施例1

步骤1)步中，阅读器发射单元的发射信号是正交的，导致发射矩阵是酉矩阵：则发射信号为：发射信号为：X＝Q₀H，经过信道H后，变为：该矩阵的秩为2，满秩矩阵，没有信息损失。该矩阵Q₀和传统方案的矩阵Q明显不同，传统方案中，Q的各个元素都相同，而本发明提出的方案中的Q₀没有“各个元素都相同”这个特点，事实上，这里给出的矩阵Q₀是一个酉矩阵。

实施例2

标签可以采用空时编码方案，以更好的利用发射器发射的多个彼此正交的信号。其步骤包括：

1)阅读器发射单元的各个天线发射彼此相互正交的信号。

2)标签从阅读器发射单元发出的信号那里获取能量，并调制自身信号再发射出去。

3)阅读器接收单元配备多个天线，接收标签发来的信号，进行信号解调和解码。

在步骤1)步中，阅读器发射单元的发射信号矩阵是一个酉矩阵的重复，表示如下：这里Q₀是一个酉矩阵，矩阵1M是：1_M＝(1，1，…，1)^T；

在第2)步骤中，标签的调制做如下处理：矩阵Q₀和矩阵1_M做Kronecker乘积，得到标签发射的信号矩阵：如果把上述1)、2)步骤结合起来，参照图3，具体给出一个例子。发射端通过正交矩阵Q对发射信号做调制；标签端配合该正交矩阵Q有针对性的对标签信号做编码调制，调制过程中采用了调制矩阵C；最后，接收端执行解码。

发射矩阵Q，标签的调制矩阵C分别如下：

这里的C1和C2来自于块状空时编码或者Alamouti编码(关于块状空时编码或者Alamouti编码，参考：S.M.Alamouti(October 1998)."A simple transmit diversity technique for wireless communications".IEEE Journal on Selected Areas in Communications 16(8):1451–1458)：则可以看出。在上诉系统中，发射器发射的信号可以不正交，但是其各个发射天线发射的信号要统计独立，或者其各个发射天线发射的信号要线性非相关，或者发射矩阵的条件数足够小。

实施例3

阅读器发射单元的发射矩阵发射矩阵不是酉矩阵，发射天线发射的信号也不是正交的，但是接近正交，仍然能取得接近发射矩阵是酉矩阵的效果。

实施例4

阅读器发射单元的发射矩阵可以是：或该发射矩阵不是酉矩阵，发射天线发射的信号不是正交的、也不是接近正交的，但是由于其两个发射天线的信号是线性非相关的，仍然有可能取得接近发射矩阵是酉矩阵的效果。

实施例5

图2对比了新的方法和传统方法的性能表现；具体的，图2展示的是2x2x2信道，即阅读器发射端2根天线，标签2根天线，阅读器接受端2根天线的情况。横轴为信噪比，纵轴为误码率。可以看出本发明提出的新方法比传统方法的误码率性能好。具体体现在：

1)相同信噪比条件下，本发明方法的误码率比传统方法的误码率低。

2)随着信噪比的增加，本发明方法的误码率比传统方法的误码率降低的更快。

3)在局部信噪比区间上，性能提高幅度可以达到5到10dB，且信噪比越大，提高幅度越大

本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。