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频率漂移的RFID冲突标签的物理层恢复
资料介绍
在无线射频识别(RFID)系统中,物理层上恢复冲突标签可有效提高系统识别效率.然而在超高频(UHF)RFID系统中,频率漂移是一普遍现象,它对物理层的冲突标签恢复有一定的影响.本文针对频率漂移的标签冲突恢复问题,采用径向基函数(RBF)网络分离算法对冲突信号分离,并利用FM0电平边沿跳变的原理实现解码,以此实现冲突标签信号恢复.实验结果表明,当发生频率漂移时,本文的方法在误码率和分离效率上均优于传统算法.
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Vol． 46 No． 8
Aug． 2018
第
期
电
子
学
报
2018
8
ACTA ELECTRONICA SINICA
年
月
RFID
频率漂移的
冲突标签的物理层恢复
， ， ，
李俊志 吴海锋 曾 玉 院东珠
(
，
云南民族大学电气信息工程学院 云南昆明
650500)
:
( RFID) ， ．
系统中 物理层上恢复冲突标签可有效提高系统识别效率 然而在超高频
摘
要
在无线射频识别
( UHF) RFID
， ， ．
系统中 频率漂移是一普遍现象 它对物理层的冲突标签恢复有一定的影响 本文针对频率漂移的标签冲
，
突恢复问题 采用径向基函数
( RBF) ， FM0
网络分离算法对冲突信号分离 并利用
，
电平边沿跳变的原理实现解码 以此
． ， ，
实现冲突标签信号恢复 实验结果表明 当发生频率漂移时 本文的方法在误码率和分离效率上均优于传统算法
．
:
;
;
;
关键词
中图分类号
URL: http: / /www． ejournal． org． cn
射频识别 标签冲突 频率漂移 径向基函数网络
:
TP393. 04
:
A
: 0372-2112 ( 2018) 08-2004-07
DOI: 10． 3969 /j． issn． 0372-2112． 2018． 08． 028
文献标识码
文章编号
电子学报
Recovery of Collided RFID Tags with
Frequency Drift on Physical Layer
LI Jun-zhi，WU Hai-feng，ZENG Yu，YUAN Dong-zhu
( School of Electrical and Information Technology，Yunnan Minzu University，Kunming，Yunnan 650500，China)
Abstract: In RFID systems，the recovery of collision tag signals on a physical layer could enhance identification effi-
ciency． However，frequency drift is very common for ultra-high frequency ( UHF) RFID systems and will have an influence
on the recovery on the physical layer． For the problem of the recovery with the frequency drift，this paper adopts a Radius
Basis Function ( RBF) network to separate the collision signals，and decode the signals based on FM0 code to recovery the
collided RFID tags． The numerical results show that，the method in this paper has better performance on bit error rate ( BER)
and separation efficiency than conventional methods when the frequency drift occurs．
Key words: ( Radio Frequency Identification) RFID; tag collision; frequency drift; radius basis function network
，
无监督方式 计算复杂又太高
．
1
引言
［13］
( CM)
，
算法 是一种无监督方法 没有通
星座映射
RFID
标签防冲突在
标签识别中是必不可少的技
，
过估计信道聚类标签信号 但计算复杂度随冲突标签
［1］
［2 ～ 9］
．
( MAC)
，
采
术
传统方法主要在介质访问控制
层
， ［13］ ．
数而增大 而论文 也未说明解码方式 单天线迫零
［14］
． ，
用随机多址接入思想 然而 在物理层上分离方法能直
( SAZF)
，
算法 通过估计信道确定聚类中心点 只适用
［9 ～ 18］
，
．
对两个冲突标签的信道估计 连续干扰消除信道估计
接从冲突信号中恢复标签信号
可有效提高标签
［15］
( SCE)
LCE
算
．
识别效率 超高频
( UHF) RFID
算 法 和基于 前缀的 最小二乘算 法
系统与传统信号分离方
［16］
，
也需估计信道分离冲突信号 都是利用前缀信号
: ( 1)
，
标签信号的基带频率容易漂移 导致
法
法有所不同
码元周期为时变 在
的码元频率在一定范围内漂移 要确切估计码元周期
［19］
．
的码元周期和时延完成估计 如上所述
，UHF
系统信号
．
EPC C1 Gen2
，
标准下 标签信号
， ，
频率漂移 将影响信道估计的准确性 导致信号分离性
，
．
能下降
，
较困难 而码元周期值是标签信号分离的一个先决条
，
本文针对上述问题 采用径向基函数
( RBF)
网络分
． ( 2)
，
冲突标签信号的分离为聚类问题 需要找到适
件
， ．
类思想实现冲突信号分离 不需确切的信道信息 同时
．
合被动式通信系统简易的聚类方法 有监督方式可减
FM0
， ，
编码特点 采用电平边沿检测实现解码 减少
根据
， ，
少计算复杂度 但需估计信道 而准确估计信道较困难
;
: 2017-02-08;
: 2017-12-05;
:
责任编辑 马兰英
收稿日期
修回日期
:
( No． 61762093) ;
( No． 2014HB019) ;
云南省高校科技创新团队
基金项目 国家自然科学基金
支持计划资助
云南省第十七批中青年学术和技术带头人资助项目
2005
8
: RFID
李俊志 频率漂移的 冲突标签的物理层恢复
第
期
． ，
码元频率漂移对信号分离影响 从实验结果看出 当信
．
可将叠加的两个标签信号分离 当冲突标签数为
3 ，
时
， 2 2
号码元频率为时变时 本文算法对 个及 个以上冲突
8， 2.
信号簇数为 情形类似于图
．
标签信号分离的效率高于传统算法
2
频率漂移问题
2. 1
系统模型
RFID
， ， 1 ．
系统中 阅读器识别标签 如图 所示 当
在
N
，
个标签在同一时隙应答时 阅读器将接收到这
N
有
［14 ～ 16］
，
个标签的叠加信号 则该信号记作
， ，
对于聚类方法 无监督方法计算复杂度较高 如
k
． ，
均值方法 特别地 被动式
UHF RFID
系统要求结构尽
， ． ，
可能简单 复杂度高花费代价大 有监督方法 确定各聚
． ，
类中心点需要知道信道信息 因此 能否准确估计信道
．
将影响聚类和分离性能
2. 3
N－1
频率漂移对信道估计的影响
z( t) =
h e ( t) + ( t) + L
ζ
n n
( 1)
∑
EPC C1 Gen ( 2)
标准对式
p
有如下说
n，k
中码元周期
n = 0
，( t)
其中 ζ
;
是叠加在阅读器接收端的加性高斯白噪声
:
明 码元频率
1 /p
f
与名义链路频率 之间具有一定偏
lp
n，k
e ( t)
n
， :
是开关键控信号 即
，
差 通常偏差量为
22% ，
即存在
p
p
，k k ，
≠ 如图
1 2
≠
n，k1
n，k2
K－1
3
，T ，T ．
所示 Δ 为周期偏移部分 为名义码元周期
e ( t) =
n
d
g
( t － kp － q )
( 2)
分别代表码元周期和时延 且对不同 有不同
n
∑
n，k pn，k
n，k
n
k = 0
p
q
，
n
和
n，k
［10 ～ 18］
，
周期和时延 即
p
p
，q
q ，n
n2
n
; d
≠
≠
≠
∈
n，k
n1，k
n2，k
n1
1
2
{ 0，1}
; K ， ID
为发射二进制序列 为码元块长 即标签 长
; g ( t)
pn，k
， :
为调制脉冲波形 即
度
1， 0 t ＜ max( p
≤
)
n，k
g
( t) =
( 3)
pn，k
{
0， otherwise
［21］
ISO18000-6C
EPC C1 Gen2 ，
中 通常标签在
在
和
，
与阅读器通信之前有一段静默期 所有标签都处于吸
SCE
， n
通过连续干扰消除估计信道 其第 个标签信
， L，
收状态 阅读器接收的信号仅有载波泄漏 此时可估
:
道可估计为
，L ［14］ ，
计泄漏值 已在文献 中得到较好的解决 这里假
^
h =〈z ( t) ， ( t) 〉/〈
φ
( t) ， ( t) 〉 ( 5)
φ
pn，qn
φ
n
n
pn，qn
pn，qn
L
．
已知
定
，( t)
其中 φ
， ，
为标签前缀信号 通常已知 φ
( t)
为母函
pn，qn
2. 2
聚类
( t)
，
的子函数 定义为
:
数 φ
， ( 1)
注意到 式
z( t)
是阅读器对各标签叠加
的信号
( t) = ［( t － q ) /p ］
φ
n
( 6)
φ
pn，qn
n
［14 ～ 16］
IQ
． RFID
系统信道
信号经
解调后的复基带信号
( 5)
， p p ，
可知 该信道估计方法用 去替代 就
n，k
由式
n
［19］
h
，
:
在较短通信时间内为线性时不变信道
可表示为
n
p ． ( 5)
假定了 是不随码元变化的时不变量 故式 估计的
n
j
θn
h = r e
n
( 4)
n
．
信道准确性将受到影响
LCE
，
当阅读器接收到两个冲突标签的信号时 经采样
，
也通过估计信道系数实现聚类 其信道矢量
H
［16］
I/Q
， 2
平面上会出现四个信号簇 如图
后的信号映射到
:
通过最小二乘估计 得到
+
．
所示 若两个冲突标签的信道系数分别为
h
h ，
和 则在
2
1
H =
Y
( 7)
Ρ
，
不考虑载波泄露情况下 四个聚类中心点分别为
h +
1
，Y ; P ， i
其中 是冲突信号变换矢量 是系数矩阵 第 行第
h 、h 、h
1
0，
而对应的这四个簇所发送码元是
: ( 1，
和
n
列由 φ
pn，qn
( t)
， :
得到 即
2
2
1) 、( 1，0) 、( 0，1) ( 0，0) ．
和
，
因此 只需通过聚类方法
，
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