RFID读写器接收机基带数字信号处理研究

率的8倍，即2Mbps，CIC滤波级数为3。

　　FM0编码的绝大部分信号功率都在第一零点内，通常第一零点带宽位置为通信速率的2倍，加入时钟抖动后，其最大的第一零点带宽可达通信速率的2.5倍，因此，设置低通截止频率为650kHz；考虑同步头的V特征点，可设置高通截止频率为160kHz，以便在有限的资源条件下尽可能滤除带外噪声．图2为设计得到的带通滤波器幅频特性曲线。

图2 带通滤波器的幅频特性曲线

　　3.2 直流偏移校正

　　以电路硬件方式处理直流偏移的办法包括：交流耦合、载波消除、谐波混频、自校正补偿等，其中谐波混频处理、自校正补偿方法均较复杂，而实现的效果有局限性．文献[4]提到一种载波消除的处理方法，该方法需要同时在模拟射频和基带单元增加补偿电路及软件，增加了复杂程度和成本，且调试困难．文献[5]提到简单的通过电容交流耦合方式即可滤除信号直流部分来减轻直流偏移的干扰，这种方式是所有方案中结构最简单、成本最低，因而应用最广。

　　标签回发的数据帧同步头包括若干个前导零加前同步码，基带程序在规定时间内探测到同步头之后才能开始信息解码接收。交流耦合方式虽可减轻信号过载造成的干扰，但由于读写器工作在突发通信模式下，接收电路的阶跃响应特性会在同步头位置产生斜坡效应，往往导致同步判断错误，为处理斜坡，可以在基带信号处理前进行中值校正，该方法仅需要对采集的数据进行滑动窗跟踪和p-p值平均计，其原理是：

　　上式中c是标定的ADC数据中值，i是数据序号，x(i)为原始数据值，Y(i)表示该点的校正结果数据，n为滑动窗的大小，j是滑动窗计算序号。

　　除了部分数据头部因为失真无法复原以外，能够以较小的计算代价对通信帧的同步头数据进行还原，从而减轻直流偏移干扰对解码同步的影响。

　　3.3 数据解码

　　基带数据解码方法分为过零检测和相干检测两种，过零检测工作原理是设定一个阀值，对数据缓冲区内的每个数据样本都与中值相比较，如果该数据样本与中值的差值的绝对值大于阀值且大于平均值，就判定为1，否则都判为0。由于该方法的实现简便易行，甚至利用比较器就可以实现判决，在中低端读写器产品上使用广泛。

　　相干检测则具备更好的解码能力，能够在输入信嗓比较差的使用环境中达到远优于过零检测的性能，由于FM0编码采用正交编码方式，满足：

　　解码之前，需事先创建数据数组S0和S1作为表示FMO编码的0和1的码元模板．根据公式，输入数据分别与S0和S1作相关运算，运算结果即表示了输入信号与码元0和码元1之间的相关程度．码元模板按照采样倍数设置分段长度，相关运算也按照同样方式分段进行。由于码元模板S0和Sl也是正交的，所以与哪个的运算结果值大，则表明该输人数据代表的是哪个码元．由于标签返回信号允许有±22％的频偏，使得分段相干计算的起始位置难以界定．参考文献[6]的设计采用的是分成多组相关器同时计算的方法进行处理，占用FPGA资源较多．更好的方式是综合运用过零检测，间隔3-4个周期就对分段的起始位置进行校正，从而保证了分段计算过程与信号周期始终同步，这样在不过分增加资源消耗的情况下仍然可以达到同样的效果。

　　4 验证及分析

　　根据上述分析设计样机验证平台，其中基带的数字信号处理通过Altera CycloneII FPGA完成，实现的功能包括ADC驱动、FIFO缓冲、CIC滤波以及相关性判等，协议流程的处理交由FPGA内嵌的软核CPU完成，上述功能块按照外设的方式挂接在软核CPU内部总线上．全部功能块的设计以Altera提供的标准IP库为基础．测试时发射机天线端口输出功率30dBm，工作频率915MHz，使用7dBi的圆极化天线，标签使用Alien公司产品．设置标签距离天线8m，控制标签的回传速率为250kdBs。

　　ADC采集的原始数据曲线如下图3所示(横轴是采样个数，纵轴是采样数据值不同)。由于完整的通信帧数据较多，在此仅仅给出包含同步头和同步码的I路前半部分数据及其处理结果。

图3 ADC采集的原始数据曲线

　　可以看出，在零中频接收模拟输出除了所需要的标签回传数据外，数据帧同步头还混杂了直流偏移干扰以及高频噪声．由于距离较远，有用信号的p-p值仅有110，波形畸变严重，信噪比较差。

经过CIC及带通滤波，可以得到图4所示的曲线，此时滤波器去除了混杂的噪声，波形变得比较圆滑整齐，能够较容易的分辨出数据帧的同步头和数据位．图中同时显示了过零检测的解码曲线(位于图形下方，方波上边标注的是过零检测的0和1及其样本点数量；下方标注解码结果。2B4 ：0，表示第2字节的第4位解码为0)，该算法在横轴坐标240左边出现了解码判决错误(1B5：1，码元0被判决为1)