一种副载波调制的米勒码解码装置的制造方法

一种副载波调制的米勒码解码装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于超高频射频识别技术领域，更具体的，涉及一种用于超高频射频识别的副载波调制的米勒码的快速解码装置。
【背景技术】
[0002]超高频射频识别(UHF RFID)技术的基本原理是通过被无源目标(标签)反射回来的信号来实现对其信息的获取与识别，这一技术与雷达工作原理相类似。
[0003]UHF RFID超高频射频识别技术是目前最先进的第4代自动识别技术，该技术具有识别速度快，识别距离远，标签成本低，识别准确率高，抗干扰能力强，使用寿命长，能穿透非金属材料等优点。
[0004]UHF RFID应用系统包括无源电子标签、读写器和后端信息系统。当标签作为待识别物体进入读写器识别范围内，在识别范围内读写器发送的超高频无线电信号，经标签加载识别信息后反射回读写器，再通过读写器利用USB，以太网，WIFI等数字接口上传至信息系统。
[0005]UHF RFID的读写器包括以下电路组成部分:数字基带、发送链路、接收链路、天线射频前端和数字接口。发送链路是将数字基带输出的编码信号调制成超高频无线电信号并经功率放大器放大送至天线射频前端，接收链路是接收天线射频前端的从标签返回的调制信号解调成基带信号送至数字基带进行解码等数字信号处理。
[0006]UHF RFID的数字基带实现的功能包括RFID空中接口协议的物理层(PHY层)与媒体介质访问控制层(MAC层)，包括以下模块:空口协议解析、高通数字滤波器、低通数字滤波器、突发信号位同步器、帧起始识别器、编解码器、数据校验、接收滤波器、IQ信号强度选择器、匹配滤波器、判决器、数据缓冲器等。
[0007]由于数字基带的基带信号在传输过程中容易受到周围环境干扰，使信号在传播路径中发生波形畸变，产生数据与码元信号完整性问题。
[0008]由于在超高频系统中，载波频率(800/900MHZ)太高，无法在载波中恢复可供标签使用的系统时钟，因此需要在无源标签芯片中设置振荡电路，但是片内的时钟电路受工艺、温度、工作电流、工作电压等因素影响，精度不够理想，而且无源标签的工作电流与工作电压由标签天线的接收能量整流而成，信号和能量在空气中传播的时空路径损耗会根据标签与读写器相对位置变化而变化，导致标签时钟电路的工作电流电压不稳定，最终导致标签发送的基带信号在发送时就已经产生偏差，产生数据与码元信号的完整性问题。
[0009]由于基带信号在传播过程中与产生的过程中就会引入误差，产生码元信号的完整性问题，主要表现为码元波形的频率偏移与码元占空比的偏移，偏移基准5%到35%。
[0010]由于基准的偏移可随机的从5%到35%，这样就影响了数字基带中基带信号的检测识别、位同步、数据判决与码元的解码。导致解码率下降与识别率下降。
[0011]目前超高频的射频识别系统(UHFRFID)基带数据的编解码方式采用FMO码与米勒码。
[0012]常用副载波调制的米勒码的波形特征在于:1)每个原始“O” “I”数据符号含有M个副载波周期；2)符号“O”周期内M个副载波不发生相位翻转；3)符号“ I ”在第M/2个副载波周期后副载波相位翻转；4)相邻的二个符号“0”，在符号分界处副载波发生翻转，相邻的二个符号“ I”在符号分界处副载波不发生翻转。

【发明内容】

[0013]本实用新型的目的是针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提出了一种算法结构简单，且高效率的米勒码解码方案，以提高解码米勒码的准确率与降低了解码难度与复杂性。
[0014]为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现。
[0015]—种副载波调制的米勒码解码装置，包括AD采样模块、数字滤波器、检波模块、IQ通道信号强度选择模块、前导结束判断模块、解码模块、以及解码控制器，各模块时钟同步；AD采样模块、数字滤波器、检波模块、IQ通道信号强度选择模块、前导结束判断模块、解码模块分别通过数字接口与解码控制器连接。
[0016]米勒码基带信号数据流从AD采样模块输入端输入，AD采样模块输出端接数字滤波器输入端，数字滤波器输出端接检波模块输入端，检波模块输出端接IQ通道信号强度选择模块，由IQ通道信号强度选择模块选择输出的基带信号，经前导结束判断模块输入到解码模块。
[0017]解码模块包括:高电平计数器HC、低电平计数器LC、码元周期计数器CC、判断器、
串并转换器、寄存器；
[0018]高电平计数器HC和低电平计数器LC输出端分别与寄存器连接，寄存器中设有中间变量T，高电平计数器HC和低电平计数器LC分别对输入解码模块的米勒码信号的高电平和低电平周期长度进行计数，高电平计数器HC或低电平计数器LC计数长度达到一个副载波周期长度时，向寄存器输出一个相位翻转脉冲PA，触发寄存器改写其中间变量T ；
[0019]码元周期计数器CC的输出端接判断器的解发端，判断器的输出端通过并行接口接串并转换器，码元周期计数器CC对米勒码的周期进行计数，当计数值达到米勒码的一个周期时，向判断器输出一个周期脉冲PB，触发判断器从寄存器中读取中间变量T值，并根据T值判断上一周期内是否有相位翻转脉冲PA产生，并将判断结果作为上一周期码元的解码结果以并行信号输出到串并转换器；串并转换器将并行信号转换成串行信号后做为最终解码数据输出，寄存器的中间变量在一个周期结束后重置。
[0020]进一步地，所述解码装置还包括频偏估计模块，由IQ通道信号强度选择模块选择输出的基带信号同时还输入到频偏估计模块，频偏估计模块通过数字接口与解码控制模块连接，频偏估计模块包括过零检测电路和频偏估计计数器AC，过零检测电路实时过零检测码流上下边沿跳变，频偏估计计数器AC对相邻的二个上跳变或者下跳变的长度进行多次计数统计，并将计数值返回给解码控制器，解码控制器计算频偏估计计数器AC的计数值与码元周期计数器CC计数值之差，并以计算结果作为频率偏移量校准码元周期计数器CC的计数频率的设定值(国际标准ISO/IEC 18000-6C中规定了米勒码元的周期有25us，12.5us，6.25us以及3.125us，如果此系统的采样率是25MHz (即0.04us)，则量化后的设定值就是固定的 25us/0.04us = 625，12.5us/0.04us = 312,6.25us/0.04us = 156，3.125us/0.04us =78)。
[0021]进一步地，所述解码装置还包括占比估计模块，由IQ通道信号强度选择模块选择输出的基带信号同时还输入到占比估计模块，占比估计模块通过数字接口与解码控制模块连接，占比估计模块包括过零检测电路和占空比计数器BC，过零检测电路实时过零检测码流上下边沿跳变，占空比计数器BC对上下跳变的周期长度进行计数统计，并将计数值返回给解码控制器，解码控制器计算占空比计数器BC的计数值与副载波半个周期长度之差，并以计算结果作为占空比偏移量校准高电平计数器HC和低电平计数器LC的计数频率的设定值。
[0022]本实用新型提出的米勒码解码装置，通过通过计数器分别对相位翻转和码元周期进行计数，并基于计数值进行解码，其算法和结构简单，解码效率高。引入米勒码频偏估计与纠正功能，在基带米勒码流出现频率偏移的情况下，快速的进行频偏估计，调整解码参数，提高解码米勒码的准确率与降低了解码难度与复杂性。
【附图说明】
[0023]图1是副载波调制的米勒码示意图。
[0024]图2是副载波调制米勒码流的特征脉冲时序示意图。
[0025]图3是副载波调制米勒码频偏与占空比偏移示意图。
[0026]图4是副载波调制米勒码解码状态图。
[0027]图5是副载波调制米勒码解码程序流程图。
[0028]图6是FPGA同步电路实现结构图。
【具体实施方式】
[0029]下面将结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。
[0030]实现副载波调制米勒码解码，主要需要解决，波形特征提取、波形周期的判断、解码、频偏估计和校正、占空比偏移估计和校正。
[0031]对副载波调制米勒码的波形特征提取:使用二个η倍于副载波频率的时钟(η—般是取2的整数倍，在实现的系统中η取决于采样率与码元速率之比)，对米勒码的相位翻转处周期长度进行计数，当计数值达到一个副载波周期时，在相位翻转处产生一个副载波周期一半的脉冲PA。
[0032]对副载波调制米勒码的符号的波形周期的判断:使用一个η倍于副载波频率的时钟的计数器Ce，对米勒码的周期进行计数，当计数值达到米勒码的周期时，产生一个脉冲PB。
[0033]对副载波调制的米勒码相位翻转周期长度计数的计数器:副载波调制米勒码的相位翻转处的电平可能保持高电平也可能保持为低电平(在进行解码前，需要进行信号强度的计算，同时得出信号的基准阈值，当输入的信号量化值大于基准阈值则判断为高电平，反之判断为低电平)，二个计数器分别计数高低电平的周期，高电平计数器HC在低电平时清零，高电平时计数，低电平计数器LC相反。
[0034]对副载波调制的米勒码的快速解码:当高电平计数器HC或者低电平计数器LC计数值等于一个副载波的周期时(即相位翻转处的周期长度)脉冲PA产生，触发中间变量T值为1，当米勒码周期脉冲PB触发时，如果T为1，则米勒码解码为原始数据1，如果T为O，则米勒码解码为原始数据O。
[0035]对副载波调制的米勒码的快速解码方法中出现的误差分析:当副载波调制的米勒码存在频偏时，副载波调制的米勒码的周期计数器CC的计数值不能正确反应米勒码的周期长度，PB脉冲时序错误，在多个码元周期后误差累积，导致无法解码；当副载波调制的米勒码存在占空比偏差时，高低电平计数器HC与LC计数值不能正确反应相位翻转处的周期长度，PA脉冲时序错误，导致解码错误。
[0036]对副载波调制的米勒码的频偏估计与米勒码周期计数器CC计数校准方法:实时过零检测码流上下边沿跳变，通过对相邻的二个上跳变或者下跳变的长度进行多次计数统计，使用计数器AC计数，AC计数值与CC计数值之差即为频偏量，AC计数值可用来校准CC计数值。
[0037]对副载波调制的米勒码的的占空比估计与米勒码高低电平计数器HC与LC计数校准方法:实时过零检测码流上下边沿跳变，通过上下跳变对波形进行对此计数统计，使用计数器BC计数，BC计数值与CC/4 (副载波M=2)、CC/8 (副载波M=4)、CC/16 (副载波M=8)之差即为占空比偏移量。
[0038]对副载波调制的米勒码进行校正快速解码方法:以频偏估计计数器AC计数值作为码元周期计数器CC的校正设定值，产生PB脉冲，以占空比计数器BC计数值作为相位翻转处的高低电平计数器HC、LC的校正设定值，产生PA脉冲，PB脉冲触发判决器判断是否产生了 PA脉冲，若无PA脉冲则码元为‘0’，若有PA脉冲，则判断PA脉冲触发的时间是否在CC计数器1/2以后，若是则码元为‘I’。
[0039]附图1所示为常见副载波调制的米勒码示意图，副载波调制的米勒码在M值为2、4、8时的波形，从图中可以提取其波形特征:1)每个原始“O” “I”数据符号含有M个副载波周期；2)符号“O”周期内M个副载波不发生相位翻转；3)符号“I”在第M/2个副载波周期后副载波相位翻转；4)相邻的二个符号“0”，在符号分界处副载波发生翻转，相邻的二个符号“ I”在符号分界处副载波不发生翻转。
[0040]附图2所示为副载波调制米勒码流的特征脉冲时序示意图，根据上述说明的副载波调制的米勒码的波形特征，使用计数器CC计数码元周期，每个码元周期产生一个PB脉冲205，在检波阶段检测并计算波形的高低电平的门限值，使用高低电平计数器HC与LC分别对高低电平计数与清零操作，当波形电平大于门限值时HC加I，LC清零，当波形小于门限值时HC清零，LC加1，这样就会在相位翻转处201，202产生一个PA脉冲203，204。
[0041]根据图1与图2所述的特征，根据波形的时序，本实用新型设计的快速解码程序状态图如图4所示，将整个解码过程分为:初始化状态401，频偏估计状态402，帧起始判断403，解码状态404，帧结束判断状态405，异常处理状态406，基带信号依次经过401、402、403,404,405状态下处理最终输出01原始串行数据流，
[0042]附图3所示，301理想波形周期，当出现占空比偏移时，302与303之间的周期计数值即为占空比偏移的校准数据，当出现频偏是，304与305之间的周期计数值即为频偏的校准数据。
[0043]根据附图5所示，本实用新型的实施副载波调制米勒码解码流程具体包括如下步骤:
[0044]501:参数初始化，初始化基带信号的解码码型，码元速率，以及空口协议参数等；
[0045]502:检测标签信号是否到来，由于超高频射频识别的信号传输属于突发信号传输，没有同步时钟，需要实时检测基带信号是否到来；
[0046]503:如果波形被检测到达，程序进入过零检测的阶段，对波形的上下边沿跳变进行了标记，用以进行频偏与占比偏移的起始与结束的条件；
[0047]504:使用跳变过零检测的信号与计数器进行标识波形的频率偏移程度，并用其计算结果去校准周期计数；
[0048]505:使用跳变过零检测的信号与计数器进行标识波形的占比偏移程度，并用其计算结果去校准周期计数；
[0049]506:使用高低电平计数器检测相位翻转处，并触发相位翻转脉冲；
[0050]507:使用计数器标记码元周期的起始位置，并触发周期脉冲；
[0051]508:当周期脉冲触发后，检测在码元周期内是否有相位翻转脉冲，若无，解码为0，程序跳转到判断帧结束条件，若有，跳转到509 ；
[0052]509:检测相位翻转脉冲触发的相对与码元周期脉冲的时间间隔，若间隔大于1/2的码元周期则解码为1，程序跳转到判断帧结束条件，若间隔小于1/2码元周期，基带信号异常，程序跳转到510;
[0053]510:基带波形异常处理，从新初始化参数，进行新的一轮的空口通信交互。
[0054]根据附图6所示(图中空心的箭头表示基带信号的数据流动，实心的黑箭头表示各模块之间的握手通信与状态指示)，本实用新型的硬件描述语言实施的同步电路结构描述如下:
[0055]601:系统时钟，所有模块时钟同步，使用同一工作时钟，使用同一边沿工作；
[0056]602:基于FSM的解码器的控制器，使能或关闭各模块，获取各模块的状态，并对各模块进行控制，使的解码流程时序按照控制器的既定的时序进行工作；
[0057]603:对基带信号进行模式转换，将基带波形数字化，同时对两路信号IQ进行采样；
[0058]604:对基带信号进行数字滤波等信号处理去除信号噪声；
[0059]605:超高频射频识别系统的基带信号属于突发信号传输，没有参考时钟没有通知信号，因此需要对基带信号的数据流进行检波运算，同步基带信号；
[0060]606:由于基带信号有两路，(在UHF RFID应用系统中，基带的信号是2路并存的，一路称为I路信号，一路称为Q路信号，两路信号一般情况下在空气中传播，由于环境差异与硬件电路的设计，会出现IQ两路信号的质量不同)两路的信号质量不同，处理需要选择一个信号强度较好的，通过滑动窗口均值算法，计算处信号强度好的一条通道作为后续信号处理的数据流；
[0061]607:基带副载波调制的米勒码数据流进入到频偏估计模块内，通过边沿检测方法提取波形的上下跳变，通过计数器计数来判断实际波形的周期参数；
[0062]608:基带副载波调制的米勒码数据流进入到占比估计模块内，通过边沿检测方法提取波形的上下跳变，通过计数器计数来判断实际波形的占比参数；
[0063]609:超高频射频识别系统的空口协议规范了基带信号的前导码，根据协议内容识别出前导码后，即可标记处需要解码数据的开始；
[0064]610:当周期脉冲触发后，检测在码元周期内是否有相位翻转脉冲，若无，解码为0，程序跳转到判断帧结束条件，若有，检测相位翻转脉冲触发的相对与码元周期脉冲的时间间隔，若间隔大于1/2的码元周期则解码为1，程序跳转到判断帧结束条件，若间隔小于1/2码元周期，基带信号异常；
[0065]611:对解码后的的‘0’ ‘I’数据流进行串并转换以字节为单位存储到数据缓冲区中；
[0066]612:基带信号的码流经过采样后，以η倍于码流速率进入基带中进行处理，带宽也同时增大η倍。
【主权项】
1.一种副载波调制的米勒码解码装置，其特征在于，包括AD采样模块、数字滤波器、检波模块、IQ通道信号强度选择模块、前导结束判断模块、解码模块、以及解码控制器，各模块时钟同步；AD采样模块、数字滤波器、检波模块、IQ通道信号强度选择模块、前导结束判断模块、解码模块分别通过数字接口与解码控制器连接； 米勒码基带信号数据流从AD采样模块输入端输入，AD采样模块输出端接数字滤波器输入端，数字滤波器输出端接检波模块输入端，检波模块输出端接IQ通道信号强度选择模块，由IQ通道信号强度选择模块选择输出的基带信号，经过前导结束判断模块后输入到解码模块； 解码模块包括:高电平计数器HC、低电平计数器LC、码元周期计数器CC、判断器、串并转换器、寄存器； 高电平计数器HC和低电平计数器LC输出端分别与寄存器连接，寄存器中设有中间变量T，高电平计数器HC和低电平计数器LC分别对输入解码模块的米勒码信号的高电平和低电平周期长度进行计数，高电平计数器HC或低电平计数器LC计数长度达到一个副载波周期长度时，向寄存器输出一个相位翻转脉冲PA，触发寄存器改写其中间变量T ； 码元周期计数器CC的输出端接判断器的解发端，判断器的输出端通过并行接口接串并转换器，码元周期计数器CC对米勒码的周期进行计数，当计数值达到米勒码的一个周期时，向判断器输出一个周期脉冲PB，触发判断器从寄存器中读取中间变量T值，并根据T值判断上一周期内是否有相位翻转脉冲PA产生，并将判断结果作为上一周期码元的解码结果以并行信号输出到串并转换器；串并转换器将并行信号转换成串行信号后做为最终解码数据输出，寄存器的中间变量在一个周期结束后重置。
2.根据权利要求1所述的副载波调制的米勒码解码装置，其特征在于，该解码装置还包括频偏估计模块，由IQ通道信号强度选择模块选择输出的基带信号同时输入到频偏估计模块，频偏估计模块包括过零检测电路和频偏估计计数器AC，过零检测电路实时过零检测码流上下边沿跳变，频偏估计计数器AC对相邻的二个上跳变或者下跳变的长度进行多次计数统计，并将计数值输出给解码控制器，解码控制器计算频偏估计计数器AC的计数值与码元周期计数器CC计数值之差，并以计算结果作为频率偏移量校准码元周期计数器CC的计数频率的设定值。
3.根据权利要求1所述的副载波调制的米勒码解码装置，其特征在于，该解码装置还包括占比估计模块，由IQ通道信号强度选择模块选择输出的基带信号同时输入到占比估计模块，占比估计模块包括过零检测电路和占空比计数器BC，过零检测电路实时过零检测码流上下边沿跳变，占空比计数器BC对上下跳变的周期长度进行计数统计，并将计数值返回给解码控制器，解码控制器计算占空比计数器BC的计数值与副载波半个周期长度之差，并以计算结果作为占空比偏移量校准高电平计数器HC和低电平计数器LC的计数频率的设定值。
4.根据权利要求1所述的副载波调制的米勒码解码装置，其特征在于，当判断器判断有相位翻转脉冲PA产生时，判断器判断PA产生时间距离上一周期脉冲输入时间是否大于米勒码周期的一半，若是，将当前米勒码码元解码为1，若否，初始化系统参数，重新进行解码。
【专利摘要】本实用新型属于超高频射频识别技术领域，公开了一种副载波调制的米勒码解码装置，该装置使用二个时钟，对米勒码的相位翻转处周期长度进行计数，当计数值达到一个副载波周期时，在相位翻转处产生一个副载波周期一半的脉冲PA。使用另一个计数器，对米勒码的周期进行计数，当计数值达到米勒码的周期时，产生一个脉冲PB。当一个脉冲PB产生时，判断该脉冲PB对应的码元周期内是否有相位翻转脉冲PA产生，若是，则将对应的米勒码解码为原始数据1，若否，则将对应的米勒码解码为原始数据0。本实用新型算法和结构简单，解码效率高。并有效提高了解码米勒码的准确率与降低了解码难度与复杂性。
【IPC分类】G06K7-00
【公开号】CN204613959
【申请号】CN201520214969
【发明人】吴光荣, 兰信鸿, 李昆仑, 吕天剑, 来佳立, 杜红伟, 陈善靖, 陈军慧
【申请人】浙江海康科技有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月12日