一种射频识别中帧同步方法 技术领域
本发明属于射频识别通信技术领域， 具体涉及一种射频识别中帧同步方法。背景技术 射频识别 （Radio Frequency Identification, RFID） 系统是一种非接触式自动 识别系统。射频识别系统包括读写器和标签。读写器通过射频信号与标签进行通信， 并获 取标签上存储的识别信息， 进而对标签进行各种操作。 读写器可识别高速运动的标签， 并可 同时识别多个标签， 操作快捷方便。
在射频识别通信中， 通信信息以帧信号的形式进行传输。如图 2 所示， 帧信号包括 帧同步码 101 和信息码 102， 其中帧同步码用以提供信息码开始时刻。通常， 帧同步的实现 包括发射端帧同步码设计和接收端帧同步判决机制。
在接收端， 帧同步机制通过计算接收基带序列和本地帧同步码的相关性来确定信 息码开始时刻。因此， 评价帧同步码设计优劣的一个主要准则是帧同步码的自相关性能。 自相关性能通常用 “峰值同主旁瓣的比值” 表示， 即 “Peak to Side Lobe Ratio” （P2SLR， 单位是分贝， dB） 。但是 P2SLR 仅和自相关运算结果的幅度有关。譬如， 射频识别标准 ISO 18000-6B 中， 读写器到标签方向的帧同步码为 1100111010， 其波形图如图 3 所示。ISO 18000-6B 中的帧同步码的 P2SLR 仅为 5.23dB， 如图 4 所示。现有基于 P2SLR 的帧同步判决 机制是 ： 首先设定一门限值 ； 如果当前 P2SLR 高于这个门限值， 就判定当前时刻是信息码的 开始时刻。较低的 P2SLR 和单纯的判决机制， 使得传统的帧同步方法的抗信道噪声干扰性 能有限， 帧同步结果的可信度和可靠性不高。
发明内容 本发明的主要目的是， 提供一种射频识别系统中的帧同步方法， 包括帧同步码设 计和帧同步判决机制， 以解决现有帧同步方法性能不佳、 判决信息码开始时刻可信度和可 靠性不高的问题。
为了达到上述目的， 本发明的技术方案是一种射频识别系统中的帧同步方法， 其 特征在于， 包括下述步骤 ： 在发射端形成帧同步码的过程， 包括下述步骤 ： 采用自相关性能良好的二进制序列码作为帧同步子码， 该帧同步子码记为 C1， 长度记 为L； 得到其他 n-1 个帧同步子码 C2， C3，……， Cn， 其中 C2， C3，……， Cn 和 C1 的极 基于 C1， 性相同或相反， 即 C2=+C1 或 C2=-C1， C3=+C1 或 C3=-C1，……， Cn=+C1 或 Cn=-C1 ； n 是大于 1 的 整数， 可根据需要确定。
将 n 个帧同步子码 C1， C2，……， Cn 依次顺序连接， 形成射频识别系统的帧同步码。
在接收端， 按照下述帧同步判决步骤实现帧同步 ： 第一步， 初始化。
令参数 p=0， p 表示初始的计时时刻， 令 Pmax0=0， Pmax0 是一个帧同步判决变量， 设接收到的基带信号序列为 {y1, y2, …… } ； 第二步， 形成判别序列。
依次从基带信号序列中截取 s 个判别序列， 记为 d1, d2, ……, ds， 其中 s =(n-1) L+1， 且： d1={y1+p, y2+p,…… , yL+p}， d2={y2+p, y3+p,…… , yL+1+p}， ……， ds={ys+p, ys+1+p,…… , ynL+p} ； 第三步， 判别信息码的开始时刻。
将每个判别序列 d1， d2，……， ds 分别与帧同步子码 C1 进行相关运算， 得到相关运 算结果序列 {P1, P2, …… Ps}， 令 Pmax=Max(Pmax0, P1, …… , Ps) ； 如果 (1-a)Ps< Ps-kL <(1+a)Ps 和 (1-b)Ps < Pmax <(1+b)Ps 同时成立， 则判决时刻 (nL+p) 是信息码的开始时刻， 其中 a 和 b 是较小的正的系统参数 ； 否则， 令 p=p+1， Pmax0=Pmax 返回第 二步。
进一步， 上述技术方案中的帧同步子码 C1 可以选取巴克码。
本发明的有益效果是 ： 基于接收到的基带信号序列和本地帧同步子码相关运算结 果较高的 P2SLR 值， 确保了信息码开始时刻的捕获 ； 基于相关运算结果的多个峰值的确定 位置关系， 抑制了信道随机噪声的干扰， 提高了帧同步结果的可靠性， 解决了传统判决方法 造成的帧同步结果可靠性不高的缺陷 ； 由于本发明的帧同步判决过程和传统帧同步判决过 程中相关运算的长度相同， 均为 L， 因此本发明的帧同步方法和传统帧同步方法的运算复杂 度相同。 附图说明
图 1 是本发明提供的射频识别系统中帧同步方法的流程示意图 ； 图 2 为现有射频识别系统信号帧结构示意图 ； 图 3 为现有协议中帧结构的帧同步码的波形图 ； 图 4 为现有协议中帧结构的帧同步码的相关运算结果 ； 图 5 为本发明一具体实施方式的帧同步码的波形图 （以 n=2 为例） ； 图 6 为本发明一具体实施方式的帧同步码的相关运算结果 （以 n=2 为例） 。具体实施方式
以下结合附图对本发明的一个具体实施方式进行详细描述， 但不构成对本发明的 限制。
本发明的具体实施方式， 在发射端形成帧同步码的过程， 参照图 1 所示的流程图， 包括下述步骤 ：将 n(n>1) 个自相关性能良好的帧同步子码连依次连接成帧同步码。不失一般性， 我们 以 n=2 为例。本具体实施方式设计的帧同步码中， 帧同步子码 C1 采用长度为 L=11 的巴克 码 10110111000， 帧同步子码 C2 采用 C1 的极性相反序列， 即 C2=-C1。最后得到的帧同步码为 10110111000 01001000111， 其波形图如图 5 所示。
在接收端， 参照图 1 所示的流程图， 按照下述帧同步判决步骤实现帧同步 ： 第一步， 初始化。
令参数 p=0， p 表示初始的计时时刻， 令 Pmax0=0， Pmax0 是一个帧同步判决变量， 设接收到的基带信号序列为 {y1， y2，…… }={ x1x2x3x4x5x6x7x8x9x10 x11x12 10110111000 01001000111 x35x36x37x38x39x40x41x42x43x44x45 x46 …… }， 其中 x 表示帧同步码前后的其他二进 制数据或空信息 ； 第二步， 形成判别序列。
依次从基带信号序列中截取 s 个判别序列， 记为 d1， d2，……， ds， 其中 s =(n-1) L+1=12， 且： d1={y1+p， y2+p，……， yL+p}={ x1x2x3x4x5x6x7x8x9x10 x11}， d2={y2+p， y3+p，……， yL+1+p}={x2x3x4x5x6x7x8x9x10 x11x12}， ……， ds={ys+p， ys+1+p，……， ynL+p}={ x121011011100} ； 第三步， 判别信息码的开始时刻。
将每个判别序列 d1， d2，……， ds 分别与帧同步子码 C1 进行相关运算， 得到相关运 算结果序列 {P1,P2，…… Ps}， 令 Pmax=Max(Pmax0, P1, …… , Ps)。
然后检验 (1-a)Ps< Ps-kL <(1+a)Ps 和 (1-b)Ps < Pmax <(1+b)Ps 是否同时成立， 其中 k=1, …… ,(n-1), a=0.2， b=0.2。如果成立， 则判定时刻 (nL+p) 是信息码的开始时刻 ； 否 则， 令 p=p+1， Pmax0=Pmax 返回第二步。
当 p=12 时， P1， P2， ……， Ps 如图 6 所示， Pmax=11。经验证，(1-a)Ps< Ps-kL < (1+a) Ps 和 (1-b)Ps < Pmax < (1+b)Ps 同时成立。 因此， 判决第 nL+p=34 时刻为信息码的开始时刻。 显然， 第 34 时刻对应帧同步码最后一个比特 “1” 开始相关运算， 也就是信息码的开始时刻。 帧同步判决结束。
综上所述， 本发明提供了一种射频识别系统帧同步方法， 包括设计了一种帧同步 码， 阐述了相应的帧同步判决机制。相比射频识别标准 ISO 18000-B 协议的帧同步码， 本 具体实施方式中的帧同步码的 P2SLR 性能由 5.23dB 提高至 10.41dB ； 本发明中的帧同步判 决机制同时基于相关运算结果的幅度信息和位置信息， 提高了帧同步结果的可信度和可靠 性。