本發(fā)明涉及RFID技術(shù)，特別是涉及一種提高RFID誤碼性能的系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

射頻標(biāo)簽系統(tǒng)(RFID)是一種無線通信技術(shù)，可以通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或者光學(xué)接觸。RFID標(biāo)簽包含了電子儲存的信息，數(shù)米之內(nèi)都可以識別。與條形碼不同的是，射頻標(biāo)簽不需要處在識別器視線之內(nèi)，也可以嵌入被追蹤物體之內(nèi)。許多行業(yè)都運(yùn)用了射頻識別技術(shù)，例如射頻標(biāo)簽可以附于牲畜與寵物上，方便對牲畜與寵物的識別。

無線電的信號是通過調(diào)成無線電頻率的電磁場，把數(shù)據(jù)從附著在物品上的標(biāo)簽上傳送出去，以自動辨識與追蹤該物品。某些RFID標(biāo)簽在識別時從識別器發(fā)出的電磁場中就可以得到能量，并不需要電池，這類RFID標(biāo)簽通常被稱為被動式標(biāo)簽或反射式標(biāo)簽；而這個反射能量并調(diào)制信號的過程可以被稱為反射式調(diào)制。反射式調(diào)制或被動式標(biāo)簽的一個主要問題是能量損耗，導(dǎo)致系統(tǒng)誤碼率不佳，也導(dǎo)致有效工作距離(即標(biāo)簽和閱讀器之間的距離)有限。已有一些現(xiàn)有的方案或發(fā)明使用了多個天線，例如文獻(xiàn)“J.Griffin and G.Durgin,"Gains for RF tags using multiple antennas,IEEE Transactions on Antennas and Propagation,vol.56,p.563–570,2008.”,文獻(xiàn)“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，都使用了多天線編碼方案。然而，這些傳統(tǒng)方案只關(guān)注信息發(fā)射端和信息接收端即標(biāo)簽和閱讀器接收單元，而沒有在閱讀器發(fā)射單元即能量發(fā)射端做任何處理；這些傳統(tǒng)方案的閱讀器發(fā)射單元上的多個天線上發(fā)射出來的信號是相同的，這是傳統(tǒng)方案無法取得更好效果的本質(zhì)原因。

傳統(tǒng)系統(tǒng)通過多個發(fā)射天線發(fā)射的信號矩陣可以表示為：該矩陣是T×M的矩陣，T代表時間、即T個符號，M代表天線個數(shù)。矩陣中的所有元素是相同的，例如都是1。相應(yīng)的，閱讀器接收單元接收到的信號表示為：R＝((QH)℃)G+W，這里H是信道矩陣，C是標(biāo)簽信號，G是從標(biāo)簽到閱讀器接收單元的信道矩陣，W是噪聲，R是閱讀器接收單元接收到的信號，這里符號。代表Hadamard乘積，即矩陣的逐個元素乘積，例如，矩陣A和B之間的Hadamard乘積C意味著Cij等于Aij乘以Bij，這里i、j代表矩陣的下角標(biāo)，即第i行第j列上的矩陣元素。發(fā)射信號經(jīng)過信道H后，得到信號Y如下(為了突出矩陣Q各個元素都相同的特點，給Q加上下角標(biāo)“uniform”)

則：該信號矩陣Y是不滿秩矩陣，其矩陣維數(shù)是2，但是秩為1，有信息損失，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)性能不佳。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種提高RFID誤碼性能的系統(tǒng)及其方法，能夠充分利用能量發(fā)射器端多個天線的系統(tǒng)，以提高RFID誤碼性能。

本發(fā)明的一個方面，提供一種提高RFID誤碼性能的系統(tǒng)，包括閱讀器發(fā)射單元、被動式射頻標(biāo)簽和閱讀器接收單元，所述閱讀器發(fā)射單元配備多個天線，且任何兩個天線發(fā)射的信號彼此相互正交；所述被動式射頻標(biāo)簽從閱讀器發(fā)射單元發(fā)射的信號那里獲取能量并調(diào)制自身信號，發(fā)射出去；所述閱讀器接收單元配備多個天線，獲取標(biāo)簽發(fā)來的信號，并進(jìn)行信號解調(diào)和解碼。閱讀器發(fā)射單元通常是閱讀器的一個單元或一部分，不必須是獨(dú)立于閱讀器的獨(dú)立實體，也可以是獨(dú)立于閱讀器的獨(dú)立實體。

本發(fā)明的另一方面是提供一種提高RFID誤碼性能的方法，其步驟包括：

1)閱讀器發(fā)射單元的各個天線發(fā)射彼此相互正交的信號；

2)被動式射頻標(biāo)簽從閱讀器發(fā)射單元發(fā)出的信號那里獲取能量，并調(diào)制自身信號再發(fā)射出去；

3)閱讀器接收單元配備多個天線，接收被動式射頻標(biāo)簽發(fā)來的信號，進(jìn)行信號解調(diào)和解碼；

步驟1)步中，閱讀器發(fā)射單元的發(fā)射信號是正交的，導(dǎo)致發(fā)射矩陣是酉矩陣：則發(fā)射信號為：發(fā)射信號為：X＝Q₀H，經(jīng)過信道H后，變?yōu)椋涸摼仃嚨闹葹?，滿秩矩陣，沒有信息損失。該矩陣Q₀和傳統(tǒng)方案的矩陣Q明顯不同，傳統(tǒng)方案中，Q的各個元素都相同，而本發(fā)明提出的方案中的Q₀沒有“各個元素都相同”這個特點，事實上，這里給出的矩陣Q₀是一個酉矩陣。

另一種方法，被動式射頻標(biāo)簽可以采用空時編碼方案，以更好的利用閱讀器發(fā)射單發(fā)射的多個彼此正交的信號，在步驟1)步中，閱讀器發(fā)射單元的發(fā)射信號矩陣是一個酉矩陣的重復(fù)，表示如下：這里Q₀是一個酉矩陣，矩陣1M是：1_M＝(1，1，…，1)^T；

在第2)步驟中，標(biāo)簽的調(diào)制做如下處理：矩陣Q₀和矩陣1_M做Kronecker乘積，得到標(biāo)簽發(fā)射的信號矩陣：

如果把上述1)、2)步驟結(jié)合起來，參照圖3，具體給出一個例子。發(fā)射端通過正交矩陣Q對發(fā)射信號做調(diào)制；標(biāo)簽端配合該正交矩陣Q有針對性的對標(biāo)簽信號做編碼調(diào)制，調(diào)制過程中采用了調(diào)制矩陣C；最后，接收端執(zhí)行解碼。

發(fā)射矩陣Q，標(biāo)簽的調(diào)制矩陣C分別如下：

這里的C1和C2來自于塊狀空時編碼或者Alamouti編碼(關(guān)于塊狀空時編碼或者Alamouti編碼，參考：S.M.Alamouti (October 1998)."A simple transmit diversity technique for wireless communications".IEEE Journal on Selected Areas in Communications 16(8):1451–1458)：

則可以看出。在上訴系統(tǒng)中，發(fā)射器發(fā)射的信號可以不正交，但是其各個發(fā)射天線發(fā)射的信號要統(tǒng)計獨(dú)立，或者其各個發(fā)射天線發(fā)射的信號要線性非相關(guān)，或者發(fā)射矩陣的條件數(shù)足夠小。

本發(fā)明提出的方法比傳統(tǒng)方法的誤碼率性能好，該方法極大的克服了傳統(tǒng)射頻標(biāo)簽系統(tǒng)的信號能量損耗，進(jìn)而提高了系統(tǒng)誤碼性能和傳輸距離。

附圖說明

圖1是提出的發(fā)明的系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明方法與傳統(tǒng)方法在誤碼率性能上的比較；

圖3是本發(fā)明方法的流程圖。

具體實施方式

下方結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述：

如圖1所示，一種提高RFID誤碼性能的系統(tǒng)，包括閱讀器發(fā)射單元、被動式射頻標(biāo)簽和閱讀器接收單元，所述閱讀器發(fā)射單元配備多個天線，且任何兩個天線發(fā)射的信號彼此相互正交；所述被動式射頻標(biāo)簽從閱讀器發(fā)射單元發(fā)射的信號那里獲取能量并調(diào)制自身信號，發(fā)射出去；所述閱讀器接收單元配備多個天線，獲取標(biāo)簽發(fā)來的信號，并進(jìn)行信號解調(diào)和解碼。本發(fā)明的一種提高RFID誤碼性能的方法，其步驟包括：

1)閱讀器發(fā)射單元的各個天線發(fā)射彼此相互正交的信號；

2)被動式射頻標(biāo)簽從閱讀器發(fā)射單元發(fā)出的信號那里獲取能量，并調(diào)制自身信號再發(fā)射出去；

3)閱讀器接收單元配備多個天線，接收被動式射頻標(biāo)簽發(fā)來的信號，進(jìn)行信號解調(diào)和解碼；

實施例1

步驟1)步中，閱讀器發(fā)射單元的發(fā)射信號是正交的，導(dǎo)致發(fā)射矩陣是酉矩陣：則發(fā)射信號為：發(fā)射信號為：X＝Q₀H，經(jīng)過信道H后，變?yōu)椋涸摼仃嚨闹葹?，滿秩矩陣，沒有信息損失。該矩陣Q₀和傳統(tǒng)方案的矩陣Q明顯不同，傳統(tǒng)方案中，Q的各個元素都相同，而本發(fā)明提出的方案中的Q₀沒有“各個元素都相同”這個特點，事實上，這里給出的矩陣Q₀是一個酉矩陣。

實施例2

標(biāo)簽可以采用空時編碼方案，以更好的利用發(fā)射器發(fā)射的多個彼此正交的信號。其步驟包括：

1)閱讀器發(fā)射單元的各個天線發(fā)射彼此相互正交的信號。

2)標(biāo)簽從閱讀器發(fā)射單元發(fā)出的信號那里獲取能量，并調(diào)制自身信號再發(fā)射出去。

3)閱讀器接收單元配備多個天線，接收標(biāo)簽發(fā)來的信號，進(jìn)行信號解調(diào)和解碼。

在步驟1)步中，閱讀器發(fā)射單元的發(fā)射信號矩陣是一個酉矩陣的重復(fù)，表示如下：這里Q₀是一個酉矩陣，矩陣1M是：1_M＝(1，1，…，1)^T；

在第2)步驟中，標(biāo)簽的調(diào)制做如下處理：矩陣Q₀和矩陣1_M做Kronecker乘積，得到標(biāo)簽發(fā)射的信號矩陣：如果把上述1)、2)步驟結(jié)合起來，參照圖3，具體給出一個例子。發(fā)射端通過正交矩陣Q對發(fā)射信號做調(diào)制；標(biāo)簽端配合該正交矩陣Q有針對性的對標(biāo)簽信號做編碼調(diào)制，調(diào)制過程中采用了調(diào)制矩陣C；最后，接收端執(zhí)行解碼。

發(fā)射矩陣Q，標(biāo)簽的調(diào)制矩陣C分別如下：

這里的C1和C2來自于塊狀空時編碼或者Alamouti編碼(關(guān)于塊狀空時編碼或者Alamouti編碼，參考：S.M.Alamouti(October 1998)."A simple transmit diversity technique for wireless communications".IEEE Journal on Selected Areas in Communications 16(8):1451–1458)：則可以看出。在上訴系統(tǒng)中，發(fā)射器發(fā)射的信號可以不正交，但是其各個發(fā)射天線發(fā)射的信號要統(tǒng)計獨(dú)立，或者其各個發(fā)射天線發(fā)射的信號要線性非相關(guān)，或者發(fā)射矩陣的條件數(shù)足夠小。

實施例3

閱讀器發(fā)射單元的發(fā)射矩陣發(fā)射矩陣不是酉矩陣，發(fā)射天線發(fā)射的信號也不是正交的，但是接近正交，仍然能取得接近發(fā)射矩陣是酉矩陣的效果。

實施例4

閱讀器發(fā)射單元的發(fā)射矩陣可以是：或該發(fā)射矩陣不是酉矩陣，發(fā)射天線發(fā)射的信號不是正交的、也不是接近正交的，但是由于其兩個發(fā)射天線的信號是線性非相關(guān)的，仍然有可能取得接近發(fā)射矩陣是酉矩陣的效果。

實施例5

圖2對比了新的方法和傳統(tǒng)方法的性能表現(xiàn)；具體的，圖2展示的是2x2x2信道，即閱讀器發(fā)射端2根天線，標(biāo)簽2根天線，閱讀器接受端2根天線的情況。橫軸為信噪比，縱軸為誤碼率?？梢钥闯霰景l(fā)明提出的新方法比傳統(tǒng)方法的誤碼率性能好。具體體現(xiàn)在：

1)相同信噪比條件下，本發(fā)明方法的誤碼率比傳統(tǒng)方法的誤碼率低。

2)隨著信噪比的增加，本發(fā)明方法的誤碼率比傳統(tǒng)方法的誤碼率降低的更快。

3)在局部信噪比區(qū)間上，性能提高幅度可以達(dá)到5到10dB，且信噪比越大，提高幅度越大

本發(fā)明優(yōu)選實施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實施例并沒有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實施方式。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。