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基于fm0编码的标签到读写器的数据通信方法专利名称：基于fm0编码的标签到读写器的数据通信方法技术领域：本发明涉及射频识别技术领域，更具体的，涉及一种应用于射频识别系统的基于 FMO编码的标签到读写器的反向链路的数据通信方法背景技术：射频识别(RFID)技术是通过射频方式进行远距离通信以实现识别物品目的的自 动识别技术该射频识别技术和当今数字化移动商务相适应，可以实现自动识别和远程实时监 控及管理，其是当代信息技术中的热门技术之一将RFID标签安装在需要认证的物品上， 该标签通过电磁波发送关于该物品的身份信息给接收装置，按这种工作方式RFID系统可 以用来追踪和管理几乎所有物理对象RFID在工业自动化、商业自动化、交通运输控制管 理、防伪技术等众多领域具有广泛的应用前景RFID系统主要由读写器和射频识别标签组成在下文中，将射频识别标签简称为 标签读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当标签进入发射天线的工作区域时， 标签接收到该射频信号，从中获得能量而被激活，标签将自身保存的信息发送给读写器，读 写器对接收信号进行解调和解码后，将标签的数据信息通过接口与后台控制系统进行数据 通信，同时可以执行该控制系统发来的命令，实现不同的功能。

在RFID标签与读写器通信过程中，同步是一个非常重要的问题，读写器和标签需 要步调一致地协调工作，就必须要以实现同步的方法来保证为了识别一条命令或响应的 开始，需要通过一个帧同步码来实现，该帧同步码本身不包含标签的数据信息，但只有通过 该帧同步码在收发设备之间建立了同步后才能开始传送数据信息，所以同步是进行信息传 输的必要和前提同步性能的好坏将直接影响着通信的性能，如果出现同步误差或失去同 步就会导致通信性能下降或通信中断因此，要实现RFID通信系统稳定、快速地通信，需要 保证接收和发送之间的同步性，发送帧同步序列是确保标签与读写器同步的关键根据RFID反向链路通信特点，即无源标签主要是从读写器发射的射频信号获取 能量，同时向读写器发射数据信息，即利用反向散射技术来向读写器传送目标信息在反向 链路通信中，主要依据下面几点来确定帧同步序列1、要求自相关性好，这主要是为了降低 通信系统的假同步概率；2、要求直流平衡，这是为了保证接收的灵敏度，提高同步性能；3、 要求连续高电平较少，这是因为标签不能长时间地反射射频信号，较少的高电平可以保证 标签的工作时间等在国际标准IS0/IEC18000-6C中，当反向链路采用FMO编码时，其建议的帧同步序 列在长度为12的序列中，具有较优的自相关性能，并且包含违例符号。

但是无源标签反射 到读写器的射频信号非常弱，IS0/IEC18000-6C协议对应的帧序列长度较短，不利于实现正 确的同步发明内容为了解决上述问题，本发明针对FMO编码方案，提出一种新的基于FMO编码的标签 到读写器的反向链路的数据通信方法该方法如下(1)标签当进入到读写器的识别范围时接收到读写器发送的射频载波而被激活并 等待读写器的命令；(2)读写器向标签发送查询指令以开始一轮识别，该查询指令包含反向链路的编 码方式、数据率、防碰撞参数信息；(3)标签的计数器根据接收的查询指令中的防碰撞参数信息产生一个0-15位的 二进制随机数，如果该随机数不为0，则等待读写器的下一个指令；如果该随机数为0，则标 签将自己的身份识别码进行编码、组帧、调制并以反射散射的形式向读写器发射，其帧格式 包括以下三部分a)由多个周期性的方波组成的导频序列，该方波的个数由查询指令中的参数给出；b)由8个数据“1110V00V”组成的帧同步序列，其中数据0、1经FMO编码后产生， “V”代表违例数据，第一个违例数据“V”由码元“10”表示，第二个违例数据“V”由码元“00”表不；c)对标签的身份识别码数据进行FMO编码产生的数据信息序列；(4)读写器接收到标签的数据信号，对该数据信号进行解调后执行以下步骤e)通过导频序列提取时钟同步信息，对内部的时钟频率进行自校准；f)利用预先保存的帧同步序列对接收到的所有序列作移位相关运算，其中该预先 保存的帧同步序列也是由8个数据“1110V00V”组成，数据0、1经FMO编码后产生，“V”代表 违例数据，第一个违例数据“V”由码元“10”表示，第二个违例数据“V”由码元“00”表示， 将运算得到的相关值与预设阈值比较，如果超过该阈值，则代表同步成功；g)对数据信息序列进行FMO解码，提取数据信息；(5)读写器对提取到的数据信息进行校验，如果校验结果无误，读写器根据后台计 算机数据管理系统的指令，发送数据访问指令，标签接收该数据访问指令后将内部存储器 中保存的数据信息发送给读写器；如果校验结果表明发生碰撞，则发送冲突分解指令，计数 器为0的标签接收到该冲突分解指令后，将计数器设置为最大OxFFFF，等待下一轮的查询 指令；计数器不为0的标签将计数器值减1，重复步骤C3)、(4)的过程，直到本轮结束；(6)读写器发送新的查询指令，开始新的一轮识别过程，直至成功识别所有标签。

进一步，所述方波的个数为12个进一步，码元“1”为一个单位时间长度的高电平，和码元“0”为一个单位时间长度 的低电平进一步，所述阈值在最大相关值和次大相关值之间进一步，所述阈值为13使用本发明的实现标签到读写器的数据通信，其帧同步序列比IS0/IEC 18000-6 协议中FMO的帧同步序列长，自相关函数具有尖锐的单峰特性，不需要增加太长的同步时 间就能够较好地提高系统的同步性能；同时，该序列高低电平个数相同，不存在直流失衡， 可以保证接收的灵敏度图1是使用本发明的通信方法的标签到读写器的通信系统示意图，图2是使用本发明的数据通信方法的读写器和标签的结构框图，图3是示意性示出FMO编码原理的脉冲波形图，图4是示出本发明的帧同步序列的示意图，图5是示意性示出本发明的帧同步序列的自相关性能的曲线图，图6是示出使用本发明的数据通信方法的正确同步概率的曲线图，图7是示出使用本发明的数据通信方法的假同步概率的曲线图，图8是本发明的标签到读写器的通信流程图具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明图1是使用本发明的通信方法的标签到读写器的通信系统示意图，读写器向外发 射ACK调制信号，当一个或多个标签进入到读写器的工作范围内时可以接收到读写器发射 的信号，根据接收的命令可以返回需要的数据信息；读写器接收到该数据信息后将其传输 给计算机数据管理系统。

图2是使用本发明的数据通信方法的读写器和标签的结构框图，如图所示，读写 器包括具有接收和发射功能的射频前端，用于调制和解调的调制解调电路，用于编码和解 码的编解码器，用于产生帧同步序列和进行同步检测的同步模块，以及用于对接收数据进 行处理、产生基带命令和其它命令或指令的基带控制电路；同样，标签也具有执行相同功能 的射频前端、调制解调器、编解码器、同步模块，另外该标签还包括用于将射频载波转化成 标签工作所需要的电压的倍压整流电路，用于保存各种数据信息的存储器，和用于执行数 据读写操作和产生各种响应命令的微处理器下面结合硬件来详细说明本发明提供的标签到读写器的数据通信方法，该方法如 下(1)标签进入到读写器的识别范围时接收到读写器发送的高电平射频载波，其内部的 倍压整流电路将该载波转化成标签工作所需要的电压，此时标签被激活并等待读写器的命 令；( 读写器向标签发送一个查询指令，开始一轮识别，该指令由基带控制电路产生，其 包含了反向链路的编码方式、数据率、防碰撞参数信息；C3)标签接收到该查询指令，根据 查询指令的防碰撞参数信息，标签的微处理器利用其内部的一个计数器产生一个0-15位 的二进制随机数，如果该随机数不为0，则等待读写器的下一个指令；如果该随机数为0，则 标签读取保存在存储器中的身份识别码并对其进行编码、组帧、调制并以反射散射的形式 向读写器发射，其帧格式包括以下三部分a)由多个周期性的方波组成的导频序列，该方 波的个数由查询指令中的参数给出，可以为12个；b)由8个数据“1110V00V”组成的帧同步 序列，其中数据0、1经FMO编码后产生，“V”代表违例数据，第一个违例数据“V”由码元“ 10” 表示，第二个违例数据“V”由码元“00”表示；c)对标签的身份识别码数据进行FMO编码产 生的数据信息序列；(4)读写器接收到标签的数据信号，调制解调器对该数据信号进行解 调，之后同步模块执行以下步骤e)通过导频序列提取时钟同步信息，对内部的时钟频率 进行自校准；f)利用在同步模块中预先保存的帧同步序列对接收到的所有序列作移位相关运算，其中该预先保存的帧同步序列也是由8个数据“1110V00V”组成，数据0、1经FMO编 码后产生，“V”代表违例数据，第一个违例数据“V”由码元“ 10”表示，第二个违例数据“V” 由码元“00”表示，将运算得到的相关值与阈值比较，如果超过该阈值，则代表同步成功，否 则等待下一轮的查询指令；在同步成功之后，编解码器对数据信息序列进行FMO解码，提取 数据信息并传送给基带控制电路；( 读写器的基带控制电路对接收到的数据信息进行校 验，如果校验结果无误，读写器根据后台计算机数据管理系统的指令，发送数据访问指令， 标签接收该数据访问指令后将内部存储器中保存的数据信息发送给读写器；如果校验结果 表明发生碰撞，则发送冲突分解指令，计数器为0的标签接收到该冲突分解指令后，将计数 器设置为最大OxFFFF，等待下一轮的查询指令；计数器不为0的标签收到该冲突分解指令 后将计数器值减1，重复步骤(3)、(4)的过程，直到本轮结束；(6)读写器发送新的查询指 令，开始新的一轮识别过程，直至成功识别所有标签。

图3是示意性示出FMO编码原理的脉冲波形图如图所示，根据FMO编码规则，二 进制数据0是用一个单位时间长度的高电平接一个单位时间长度的低电平来表示，即码元 “10”;或一个单位时间长度的低电平接一个单位时间长度的高电平来表示，即码元“01”二 进制数据1是用两个连续的单位时间长度的高电平或两个连续的单位时间长度的低电平 来表示，即码元“11”或“00”任意两个相邻的数据之间都要进行反相图4是示出本发明的帧同步序列的示意图图中示出了本发明的帧同步序列由数 据0、数据1和违例数据组成，其格式为“1110V00V”，共8位数据，其中数据0、数据1根据 FMO编码原理产生，“V”表示违例数据，第一个违例数据由码元“ 10”表示，第二个违例数据 由码元“00”表示按照FMO编码规则，相邻的两个数据之间需要进行反相，但在根据本发 明的帧同步序列中第一个违例数据“V”延续了其前一个数据0的高电平，第二个违例数据 “V”延续了其前一个数据0的低电平；因此即使受到干扰，即在比较低的信噪比的条件下， 经过FMO编码的数据信息序列中出现这种前后两个码元的电平相同的概率也比较小，从而 能够大大降低通信系统的假同步概率。

图5是示意性示出本发明的帧同步序列的自相关性能的曲线图，本发明提供的帧 同步序列由Bn(n = 1,2,…，N，N为编码后的帧同步序列长度，在本发明中为16)表示，图 中的横轴为进行自相关时的偏移量i (负数表示向左移，正数表示向右移)，纵轴为相关值， 可以通过下面的公式后的'N-iR(I) = ttR(-i) = -Ν + \,-Ν + 2,···,-\其中，N为编码后的帧同步序列长度，在本发明中为16自相关性能定义为最大相 关值与次大相关值之比(用分贝表示)本发明提供的帧同步序列的最大相关值为16，次 大相关值为3，其自相关性能为7. 27dB,明显优于IS0/IEC 18000-6A/B中的FMO帧同步码 的4. 77dB,且跟IS0/IEC18000-6C中的FMO帧同步码的7. 78dB相当本发明提供的帧同步 序列具有尖锐的单峰特性，在利用移位相关运算进行同步检测过程中，只要帧同步序列的 位置没有完全匹配，其相关值超过一个预。