UHF RFID读写器基带信号FM0解码研究

张远海，翁佩纯

（1.中山火炬职业技术学院 广东 中山 528436；2.电子科技大学 中山学院，广东 中山 528400）

射频识别技术 （RFID ， 即Radio－frequency identification），是一种利用无线射频技术在阅读器和标签之间进行非接触双向数据传输，以达到目标识别和数据交换目的的自动识别技术[1]。可用来追踪和管理几乎所有物理对象，在工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理、防伪等众多领域，甚至军事用途具有广泛的应用前景，目前已引起了广泛的关注[2]。

ISO/IEC 18000是基于物品管理的射频识别国际标准，按频率不同分为7个部分，其中第六部分规定UHF频段[3]，ISO/IEC 18000－6标准定义了860～930 MHz频率下的物品管理用RFID的物理层、抗冲突系统和协议参数。在该标准中将物品管理用RFID分成Type A和Type B两种。2006年6月版本的新版中新增了Type C，其实质就是EPC C1G2的ISO版本。其中Type B的特点是存储容量小，抗冲突能力强，指令简单。本文将介绍基于ISO/IEC 18000－6 Type B UHF RFID读写器基带信号FM0解码的实现。

1 接收机解调射频信号产生FM0基带信号

ISO/IEC 18000－6 Type B中规定UHF RFID读写器发出Manchester编码的ASK调制的射频信号，无源标签感应并返回的信息为40 kb/s的FM0编码 （双相间隔码编码Bi－phase space）信号。本文介绍的UHF RFID读写器接收部分采用四通道零中频接收电路，接收信号和载波信号经过移相网络、低通滤波器、混频接收电路、差分放大后得到FM0编码的同相解调数字信号I和正交解调数字信号Q。

接收电路的原理框图如图1所示。

接收电路的解调原理如下：

设 D 点的载波信号为 VLD（t）=A cos（ωot），则移相后：

C 点的载波信号为 VLC（t）=A cos（ωot+π/4）

B 点的载波信号为 VLB（t）=A cos（ωot+2π/4）

A 点的载波信号为 VLA（t）=A cos（ωot+3π/4）

设 A 点的天线接收信号为 VRA（t）=B（t）cos（ωot+ψ），B（t）为单级性二进制数据，ψ为接收信号之间的相位差。

则：B 点的天线接收信号为 VRB（t）=B（t）cos（ωot+ψ+π/4）

C 点的天线接收信号为 VRC（t）=B（t）cos（ωot+ψ+2π/4）

D 点的天线接收信号为 VRD（t）=B（t）cos（ωot+ψ+3π/4）[4]

混频电路的输入信号包括本地载波信号天线接收信号，输出信号为两个频率信号的混频结果，再通过LP低通滤波器后滤波2ωot高频分量后，可以看出，A’’与C’’的信号相位差为 π，B’’ 和 D’’ 的信号相位差为 π， 因此把 A’’、C’’及B’’、D’’信号分别送到差分放大器就可以得到：

I信号为： G1[A B（t）cos（ψ-3π/4）/2-A B（t）cos（ψ+π/4）/2]

=-G1A B（t）sin（ψ-π/4）=G1A B（t）cos（ψ+π/4）

Q 信号为： G2[A B（t）cos（ψ-π/4）/2-A B（t）cos（ψ+3π/4）/2]

=-G2A B（t）sin（ψ+π/4）=G2AB（t）cos（ψ+3π/4）

其中，G1、G2为两个差分放大器的增益，可见I、Q信号只与ψ有关，且是FM0调制的正交的信号。通过高频示波器测试我们可以看到FM0调制信号的波形图如图2所示。

如何将图2中的FM0调制的基带信号解调出标签的数据信息就是本文所研究的内容。

2 FM0基带信号解码原理

ISO/IEC 18000－6B中规定标签返回FM0信息的回波速率为40 kb/s，则每位数据的持续时间为25μs[5]。将示波器的时间单元格设置为25μs后，上面的FM0调制信号放大如图3所示。

通过示波器我们可以看到FM0编码信号中存在“毛刺”，这样我们在解码的时候就需要多次采样避免毛刺信号的干扰。ISO/IEC 18000－6B中规定标签的RET Preamble为101010101010101000110110001[6]，其后为标签返回的数据信息。其中前面的 “10”主要用于接收的时序同步，后面的“000110110001”可以用来判断引导序列的正确接收以及标签数据的开始。通过上图示波器波形我们可以比较直观的看到标签的 RETPreamble序列“101010101010101000110110001”，其后跟随的就是FM0编码的标签数据信号的前两位。FM0的编码格式利用一个周期内无变化来表示数据“1”，有变化来表示数据“0”，所以我们可以得到标签的前两位数据是“11”。通过上面图形我们可以得出FM0解码的时候需要对前半个周期内的数据多次采样，并与后半周期多次采样数据进行比较从而判断接收到的数据位是“1”还是“0”。这样将64位的标签信息和其后16位的CRC校验信息全部接收，并进行CRC校验，已验证接收数据的正确性。同时为了提高FM0解码的准确率，在解码过程中，需要多次进行采样时间的同步处理。

3 FM0基带信号解码

通过示波器多次的抓取标签波形详细的测试，并经过大量的调试和修改以提高解码的准确率，形成了单周期三次采样，三次同步的FM0解码程序和流程。首先将采样周期设定为8μs，当检测到IQ信号出现反向后，等到IQ信号下次跳变时延时6.25μs后重新同步采样周期为12.5μs，保证采样的位置在信号的中间位置，根据前后采样数据判断是否有同步序列 “10”高低电平的间隔变化，当接收到四组“10”高低电平变化我们就认为有标签数据返回。在确定有标签数据返回后，再次，等到IQ信号下次跳变时延时6.25μs后重新同步采样周期为12.5μs，程序进入前导序列接收，当接收到“0xb1”的时候，确认前导序列正确接收。并在下一次IQ信号跳变时重新同步采样周期为3.1μs，采样3次后延时6.3μs再次采样3次，同时利用IQ信号的反向校验功能，将前后三次采样数据进行处理，得到第一位数据信息。之后延时6.3μs后重复上述采样过程，将64位的标签信息和16位的CRC校验信息都解调出，并进行CRC校验，保证接收数据的正确性。FM0采样解码程序主要流程图如图4所示。

FM0编码基带信号解码Demo程序如下：

4 结束语

本文针对UHF RFID读写器对标签返回信息的FM0编码解码要求高效问题，提出利用高速MCU分段多次同步、多次采样并结合IQ反相信号复合校验的解码方法对四通道零中频接收机解调出来的FM0基带信号进行解码。因采用了分段多次同步，减小累积误差，多次采样并结合IQ正交信号进行校验提高了采样的准确性，从而提高了读标签的效率。

[1]陈颖，张福红，陈少杰.UHF RFID读写器射频前端电路设计[J].电子器件，2008，31（6）： 1857-1859.CHEN Ying，ZHANG Fu-hong，CHEN Shao-ji.Design of circuit for a UHF RFID reader RF analog front end[J].Chinese Journal of Electro Device，2008，31（6）： 1857-1859.

[2]张纲，杨庆森，程君侠，等.ISO/IEC 18000-6（CD）研究综述[J].标准技术追踪，2004（4）：23-28.ZHANG Gang，YANG Qing-sen，CHENG Jun-xia，et al.An introduction to ISO/IEC 18000-6 standard[J].Tracks for Standard&Technology，2004（4）：23-28.

[3]黄永前，黄廷磊，郭振军.RFID ISO/IEC 18000-6（UHF）TYPE B防冲突算法及实现[J].仪表技术，2008（1）：11-13.HUANG Yong-qian，HUANG Ting-lei，GUO Zhen-jun.RFID ISO／IEC 18000-6 （UHF）TYPE-B anti-collision algorithm and its implementation[J].Instrumentation Technology，2008（1）：11-13.

[4]陈蕾，尚宇，张艳玲，等.一种新型的零中频UHF RFID接收机[J].现代电子技术， 2008，31（14）：12-14.CHEN Lei， SHANG Yu， ZHANG Yan-ling，et al.A new zero-IF receiver for UHF RFID [J].Modern Electronics Technique， 2008，31（14）：12-14.

[5]胡益，苏娟.一种ISO 18000-6B的回波解码方法[J].微计算机信息， 2008，24（9-2）：163-164.HU Yi，SU Juan.A method to decode ISO 18000-6B tagecho[J].Microcomputer Information， 2008，24（9-2）：163-164.

[6]International organization for standardization.ISO/IEC 18000-6，Information Technology AIDC Techniques RFID of Iterm Management[S].Switzerland:ISO/IEC，2004.