一种基于RFID的多标签射频识别系统及方法

摘要

本发明涉及一种基于RFID的多标签射频识别系统及方法，其系统包括相互独立的RFID阅读器、无源耦合天线以及多个RFID标签，所述无源耦合天线以及多个所述RFID标签放置在预设空间范围内，所述RFID阅读器通过所述无源耦合天线分别与多个所述RFID标签射频耦合，并用于同时读取多个所述RFID标签；其中，所述RFID标签具体为带有接口且收发天线分离的RFID标签；所述RFID阅读器具体为带有接口且收发天线分离的RFID阅读器。本发明可以同时读取多个RFID标签，且可以提高读取距离并可以外挂外界设备。

权利要求

1.一种基于RFID的多标签射频识别系统，其特征在于：包括相互独立的RFID阅读器、无源耦合天线以及多个RFID标签，所述无源耦合天线以及多个所述RFID标签放置在预设空间范围内，所述RFID阅读器通过所述无源耦合天线分别与多个所述RFID标签射频耦合，并用于同时读取多个所述RFID标签；

其中，所述RFID标签具体为带有接口且收发天线分离的RFID标签；所述RFID阅读器具体为带有接口且收发天线分离的RFID阅读器；

任一所述RFID标签均包括接收天线、能量收集模块、第一调制解调模块、发射天线、第一接口模块和第一数据存储模块；在任一所述RFID标签中，所述接收天线与所述能量收集模块的输入端连接，所述接收天线还与所述第一调制解调模块的信号输入端连接；所述能量收集模块的输出端与所述第一调制解调模块的电源端连接，所述第一调制解调模块的信号输出端与所述发射天线连接，所述第一调制解调模块的信号输出端还与所述第一接口模块的输入端连接，所述第一接口模块的输出端与所述第一数据存储模块的输入端连接，所述第一数据存储模块的输出端与所述第一调制解调模块的信号输入端连接；所述接收天线和所述发射天线的前端均配设连接有多级可调电容；

所述RFID标签还包括整流模块，所述能量收集模块的输出端还通过所述整流模块与所述接收天线和所述发射天线的多级可调电容连接；

所述能量收集模块包括电容C1、 电容C2、 电容C3、 电容C4、二极管D1、二极管D2、二极管D3以及二极管D4；所述电容C1的一端以及所述二极管D2的正极之间为所述能量收集模块的输入端，所述电容C1的另一端分别与所述二极管D2的负极以及所述电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端分别与所述二极管D3的负极以及所述二极管D4的正极连接，所述二极管D4的负极与所述电容C4的一端连接，所述电容C4的另一端分别与所述二极管D3的正极以及二极管D1的负极连接，所述二极管D1的正极连接在所述二极管D2的负极上，所述电容C3的一端连接在所述二极管D1的负极上，所述电容C3的另一端连接在所述二极管D2的正极上，所述二极管D2的正极还接数字地，所述二极管D2的正极与所述二极管D4的负极之间为所述能量收集模块的输出端。

2.根据权利要求1所述的基于RFID的多标签射频识别系统，其特征在于：所述接收天线与所述发射天线的谐振点不同，且所述接收天线与所述发射天线的Q值均大于50。

3.根据权利要求1所述的基于RFID的多标签射频识别系统，其特征在于：所述RFID标签还包括分频模块，所述第一调制解调模块通过所述分频模块与所述发射天线连接；所述分频模块具体为分频系数可调的分频电路。

4.根据权利要求1至3任一项所述的基于RFID的多标签射频识别系统，其特征在于：所述第一接口模块包括SPI接口、IIC接口和ADC接口中的任一种或多种的组合。

5.根据权利要求1至3任一项所述的基于RFID的多标签射频识别系统，其特征在于：所述第一调制解调模块中嵌入有硬件滤波算法。

6.根据权利要求1至3任一项所述的基于RFID的多标签射频识别系统，其特征在于：所述RFID阅读器包括多发射天线阵列、多接收天线阵列、第二调制解调模块、第二接口模块、第二数据存储模块和控制模块；所述多接收天线阵列与所述第二调制解调模块的信号输入端连接，所述第二调制解调模块的信号输出端与所述多发射天线阵列连接，所述第二调制解调模块的信号输出端还与所述第二接口模块的输入端连接，所述第二接口模块的输出端与所述第二数据存储模块的输入端连接，所述第二数据存储模块的输出端与所述第二调制解调模块的信号输入端连接，所述控制模块与所述第二接口模块双向连接；所述多接收天线阵列的前端配设连接有多级可调电容。

7.一种基于RFID的多标签射频识别方法，其特征在于：应用于如权利要求1至6任一项所述的基于RFID的多标签射频识别系统，包括如下步骤，S1，当RFID阅读器检测到RFID标签阻抗的变化后，且在RFID阅读器发出inventory指令之前，对所述RFID标签与所述RFID阅读器之间进行调谐；

S2，在所述RFID标签与所述RFID阅读器之间的调谐完成之后，基于全双工通信的负载调制方法，使所述RFID标签与所述RFID阅读器之间进行数据传输；

在所述S1中，

所述RFID标签的调谐过程具体如下：调整接收天线前端的多级可调电容，使接收天线的反馈电压达到最大；

根据RFID阅读器读取到的信号的强度作为反馈值，通过调整发射天线前端的多级可调电容来对发射天线进行调谐，使发射天线达到最佳匹配点；

所述RFID阅读器的调谐过程具体如下：基于ALOHA算法，以多接收天线阵列收到的信号强度的极值作为调谐的目标值，将RFID阅读器产生的载波信号的能量按多个阶段由低到高逐渐增加，当多个RFID标签中的任一个RFID标签在对应能量下完成自身调谐后处于静默状态，直至所有所述RFID标签均完成调谐。

8.根据权利要求7所述的基于RFID的多标签射频识别方法，其特征在于：在所述S2中，全双工通信的负载调制方法具体为，所述RFID标签与所述RFID阅读器之间的下行链路采用幅度调制，所述RFID标签与所述RFID阅读器之间的上行链路采用相位调制；

具体的，所述RFID标签与所述RFID阅读器之间的下行链路采用幅度调制以及上行链路采用相位调制的实现方法为，

将负载元件的阻抗实部与负载调制元件的阻抗实部设置为大小及符号均对应一致，并将负载元件的阻抗虚部与负载调制元件的阻抗虚部设置为大小一致且符号相反。

说明书

一种基于RFID的多标签射频识别系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于RFID的多标签射频识别系统及方法。

背景技术

[0002] RFID （Radio Frequency Identification）是一种反射式通信技术，它已广泛应用于物流、公交、门监系统等场景。RFID包括RFID阅读器与RFID标签（TAG），RFID阅读器为有
源设备，通过发射调制高频载波，将信息传送给TAG；TAG多为无源设备，它通过负载调制技
术完成对信道条件的改变，这一改变能被RFID阅读器检测到因而读出TAG的信息。现有的
RFID技术往往读取距离非常有限，如15693协议一般仅在10cm左右，而14443则更近，“远距
离”的900MHz RFID距离也仅能到3m左右。另外，现有的TAG端多无感知能力，无法外挂特定
的传感器以完成特定信息的采集，这极大的限制了这些产品的使用场景。如在一个集中箱
里面，假设存在多件相同的物品，当要实时的完成对这些物品信息的监测，如温度时，现有
的方案一般都需要电池，这给监测成本带来了不少压力，同时也有可能造成二次污染。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于RFID的多标签射频识别系统及方法，可以同时读取多个RFID标签，且可以提高读取距离并可以外挂外界设备。

[0004] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于RFID的多标签射频识别系统，包括相互独立的RFID阅读器、无源耦合天线以及多个RFID标签，所述无源耦合天线以及
多个所述RFID标签放置在预设空间范围内，所述RFID阅读器通过所述无源耦合天线分别与
多个所述RFID标签射频耦合，并用于同时读取多个所述RFID标签；

[0005] 其中，所述RFID标签具体为带有接口且收发天线分离的RFID标签；所述RFID阅读器具体为带有接口且收发天线分离的RFID阅读器。

[0006] 本发明的有益效果是：在本发明一种基于RFID的多标签射频识别系统中，一个RFID阅读器需要同时与多个RFID标签通信，而由于多个RFID标签的放置位置及角度是随
机，并不能保证每一个RFID标签天线均完全与读卡器RFID天线的平面平行，当RFID标签天
线与读卡器RFID天线的平面严重不平行时，就会导致通信失败，为了保证一个RFID阅读器
同时与多个RFID标签通信，本发明引入了无源耦合天线作为缓冲，RFID阅读器天线上的磁
场可以被无源耦合天线所切割，因而产生互感电流形成新的磁场，这些新产生的磁场可以
在另一端与RFID标签天线耦合，进而实现RFID阅读器与RFID标签之间的通信，因而可以实
现一个RFID阅读器可以读取多个不同方向上的RFID标签。另外，RFID阅读器以及RFID标签
的上、下行链路天线进行分离，即将发射天线和接收天线分开，这样有利于采用高Q值电路，
进而可以极大的改善通信距离，提高读取距离。同时，RFID阅读器以及RFID标签带有接口，
用于外挂外界设备，并与外界设备进行通信，它即可以透传从下行链接中解调的数据，也可
以透传外界设备所传输的信息。

[0007] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

[0008] 进一步，所述RFID标签包括接收天线、能量收集模块、第一调制解调模块、发射天线、第一接口模块和第一数据存储模块；所述接收天线与所述能量收集模块的输入端连接，
所述接收天线还与所述第一调制解调模块的信号输入端连接；所述能量收集模块的输出端
与所述第一调制解调模块的电源端连接，所述第一调制解调模块的信号输出端与所述发射
天线连接，所述第一调制解调模块的信号输出端还与所述第一接口模块的输入端连接，所
述第一接口模块的输出端与所述第一数据存储模块的输入端连接，所述第一数据存储模块
的输出端与所述第一调制解调模块的信号输入端连接；所述接收天线和所述发射天线的前
端均配设连接有多级可调电容。

[0009] 采用上述进一步方案的有益效果是：本发明一种RFID标签的上、下行链路天线进行分离，即将发射天线和接收天线分开，这样有利于采用高Q值电路，进而可以极大的改善
通信距离，提高读取距离。同时，在发射天线和接收天线的前端均配设连接有多级可调电
容，用于对Q值或谐振点进行自动微调，这一多级可调电容有多种好处：首先，多级可调电容
的引入可以在一定程度上保证天线端的Q值或者谐振点不变，当RFID标签置于不同的环境
中时，由于环境引入的电容或电感效应会影响天线的谐振点或Q值，由于多级可调电容的引
入，这些环境中的影响在一定程度上可以被补偿掉，进而保证标签的可靠性能；其次，多级
可调电容的引入可以在一定程度上保证通信距离不会因Q值的改变而发生衰减，当外界环
境导致的Q值或谐振点发生变化时，从天线端吸收的能量会发生变化，由于Q值较高，谐振导
致的变化可能会造成吸收的能量发生锐减，进而造成芯片无法正常的工作，而多级可调电
容的引入能改善这一情况。另外，RFID标签中设有第一接口模块，第一接口模块用于外挂外
界设备，并与外界设备进行通信，它即可以透传从下行链接中解调的数据，也可以透传外界
设备所传输的信息。

[0010] 进一步，所述接收天线与所述发射天线的谐振点不同，且所述接收天线与所述发射天线的Q值均大于50。

[0011] 采用上述进一步方案的有益效果是：接收天线与发射天线的谐振点不同，分别用于下行与上行通信链路。

[0012] 进一步，所述RFID标签还包括整流模块，所述能量收集模块的输出端还通过所述整流模块与所述接收天线和所述发射天线的多级可调电容连接。

[0013] 采用上述进一步方案的有益效果是：能量收集模块用于将载波的高频信号转化成直流信号给其它部分供电，特别的，能量收集模块的直流信号在进入整流模块时，其峰值电
压做为天线的反馈，以调整天线的Q值或谐振点以达到较佳的能量收集效率。

[0014] 进一步，所述RFID标签还包括分频模块，所述第一调制解调模块通过所述分频模块与所述发射天线连接；所述分频模块具体为分频系数可调的分频电路。

[0015] 采用上述进一步方案的有益效果是：在第一调制解调模块调制本地信息用于上行链路中时，分频模块将载波信号降频，降频后的信号用于将载波信号的中心频率进行偏移，
以与发射天线的谐振频率吻合，达到最佳的发射效果；分频模块的分频系数可以进行调整，
这样当分频后的载波与发射天线的谐振点发生偏移时，可以通过适当的改变分频系数来缓
解。

[0016] 进一步，所述第一接口模块包括SPI接口、IIC接口和ADC接口中的任一种或多种的组合。

[0017] 采用上述进一步方案的有益效果是：第一接口模块可以由SPI，IIC，ADC等接口构成，根据实际的应用场景，可以选择不同的接口电路。

[0018] 进一步，所述第一调制解调模块中嵌入有硬件滤波算法。

[0019] 采用上述进一步方案的有益效果是：当第一接口模块外挂外界设备（例如外接传感器）进行数据读取时，传感器得到的数据不可避免的会受到各种干扰而产生噪声，这势必
会影响所读数据的可靠性，为了得到尽可能得到真实的数据信息，在标签的内部嵌入硬件
滤波算法，可以在不增加成本、不影响系统可靠性的情形下尽可能的得到更稳定的数据。

[0020] 进一步，所述RFID阅读器包括多发射天线阵列、多接收天线阵列、第二调制解调模块、第二接口模块、第二数据存储模块和控制模块；所述多接收天线阵列与所述第二调制解
调模块的信号输入端连接，所述第二调制解调模块的信号输出端与所述多发射天线阵列连
接，所述第二调制解调模块的信号输出端还与所述第二接口模块的输入端连接，所述第二
接口模块的输出端与所述第二数据存储模块的输入端连接，所述第二数据存储模块的输出
端与所述第二调制解调模块的信号输入端连接，所述控制模块与所述第二接口模块双向连
接；所述多接收天线阵列的前端配设连接有多级可调电容。

[0021] 采用上述进一步方案的有益效果是：在本发明一种RFID阅读器中，由于RFID阅读器为有源设备，所以在收发端均可以引入波束成型技术以提高信号的SNR，等价地可以增大
通信距离；同时，多天线技术的引入，有利于解决读取的方向性问题。

[0022] 基于上述一种基于RFID的多标签射频识别系统，本发明还提供一种基于RFID的多标签射频识别方法。

[0023] 一种基于RFID的多标签射频识别方法，应用于如上述所述的基于RFID的多标签射频识别系统，包括如下步骤，

[0024] S1，当RFID阅读器检测到RFID标签阻抗的变化后，且在RFID阅读器发出inventory指令之前，对所述RFID标签与所述RFID阅读器之间进行调谐；

[0025] S2，在所述RFID标签与所述RFID阅读器之间的调谐完成之后，基于全双工通信的负载调制方法，使所述RFID标签与所述RFID阅读器之间进行数据传输；

[0026] 在所述S1中，

[0027] 所述RFID标签的调谐过程具体如下：

[0028] 调整接收天线前端的多级可调电容，使接收天线的反馈电压达到最大；

[0029] 根据RFID阅读器读取到的信号的强度作为反馈值，通过调整发射天线前端的多级可调电容来对发射天线进行调谐，使发射天线达到最佳匹配点；

[0030] 所述RFID阅读器的调谐过程具体如下：

[0031] 基于ALOHA算法，以多接收天线阵列收到的信号强度的极值作为调谐的目标值，将RFID阅读器产生的载波信号的能量按多个阶段由低到高逐渐增加，当多个RFID标签中的任
一个RFID标签在对应能量下完成自身调谐后处于静默状态，直至所有所述RFID标签均完成
调谐。

[0032] 本发明的有益效果是：在本发明一种基于RFID的多标签射频识别方法中，当RFID阅读器检测到RFID标签阻抗的变化后，且在RFID阅读器发出inventory指令之前，对所述
RFID标签与所述RFID阅读器之间进行调谐，确保RFID标签与RFID阅读器之间正常、稳定地
通信；另外，采用全双工通信方式，可以减少反馈时间。

[0033] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

[0034] 进一步，在所述S2中，全双工通信的负载调制方法具体为，所述RFID标签与所述RFID阅读器之间的下行链路采用幅度调制，所述RFID标签与所述RFID阅读器之间的上行链
路采用相位调制；

[0035] 具体的，所述RFID标签与所述RFID阅读器之间的下行链路采用幅度调制以及上行链路采用相位调制的实现方法为，

[0036] 将负载元件的阻抗实部与负载调制元件的阻抗实部设置为大小及符号均对应一致，并将负载元件的阻抗虚部与负载调制元件的阻抗虚部设置为大小一致且符号相反。

附图说明

[0037] 图1为本发明一种基于RFID的多标签射频识别系统的结构框图；

[0038] 图2为RFID阅读器天线、RFID标签天线以及无源耦合天线的排列示意图；

[0039] 图3为RFID标签的结构框图；

[0040] 图4为RFID标签中接收天线或发射天线的结构示意图；

[0041] 图5为RFID标签中多级可调电容的电路结构示意图；

[0042] 图6为RFID标签中能量收集模块的电路结构示意图；

[0043] 图7为RFID阅读器的结构框图；

[0044] 图8为RFID阅读器中多发射天线阵列或多接收天线阵列排列的结构示意；

[0045] 图9为负载调制的等效电路图。

具体实施方式

[0046] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

[0047] 如图1所示，一种基于RFID的多标签射频识别系统，包括相互独立的RFID阅读器、无源耦合天线以及多个RFID标签，所述无源耦合天线以及多个所述RFID标签放置在预设空
间范围内，所述RFID阅读器通过所述无源耦合天线分别与多个所述RFID标签射频耦合，并
用于同时读取多个所述RFID标签；

[0048] 其中，所述RFID标签具体为带有接口且收发天线分离的RFID标签；所述RFID阅读器具体为带有接口且收发天线分离的RFID阅读器。

[0049] 在本发明一种基于RFID的多标签射频识别系统中，一个RFID阅读器需要同时与多个RFID标签通信，而由于多个RFID标签的放置位置及角度是随机，并不能保证每一个RFID
标签天线均完全与读卡器RFID天线的平面平行，当RFID标签天线与读卡器RFID天线的平面
严重不平行时，就会导致通信失败，为了保证一个RFID阅读器同时与多个RFID标签通信，本
发明引入了无源耦合天线作为缓冲，解决读取方向问题；RFID阅读器天线上的磁场可以被
无源耦合天线所切割，因而产生互感电流形成新的磁场，这些新产生的磁场可以在另一端
与RFID标签天线耦合，进而实现RFID阅读器与RFID标签之间的通信，因而可以实现一个
RFID阅读器可以读取多个不同方向上的RFID标签。

[0050] 例如，在复杂的多卡片场景下，RFID标签天线不一定完全与RFID阅读器天线的平面平行，如图2所示的极端场景， RFID阅读器天线1与RFID标签天线3完全垂直，这种布置下
的卡面读取是最困难的，这种情况下通信将失败。这种布置下，RFID阅读器产生的磁场无法
在RFID标签天线3上产生互感电流，因而无法激活RFID标签，更无法实现可靠的通信。当引
入无源耦合天线2后，无源耦合天线2可以作为一个中间媒介，RFID阅读器天线1上的磁场可
以被无源耦合天线2所切割，因而产生互感电流形成新的磁场，这些新产生的磁场可以在另
一端与RFID标签天线3耦合，进而将读卡器所传输的信息传达到卡片端。

[0051] 在本发明中：RFID标签天线3具体包括RFID标签中下述的接收天线和发射天线，RFID阅读器天线1具体包括RFID阅读器中下述的多发射天线阵列和多接收天线阵列。

[0052] 在本具体实施例中：如图3所示，所述RFID标签包括接收天线、能量收集模块、第一调制解调模块、发射天线、第一接口模块和第一数据存储模块；所述接收天线与所述能量收
集模块的输入端连接，所述接收天线还与所述第一调制解调模块的信号输入端连接；所述
能量收集模块的输出端与所述第一调制解调模块的电源端连接，所述第一调制解调模块的
信号输出端与所述发射天线连接，所述第一调制解调模块的信号输出端还与所述第一接口
模块的输入端连接，所述第一接口模块的输出端与所述第一数据存储模块的输入端连接，
所述第一数据存储模块的输出端与所述第一调制解调模块的信号输入端连接；所述接收天
线和所述发射天线的前端均配设连接有多级可调电容。

[0053] 本发明RFID标签的工作原理为：当RFID标签进入RFID阅读器的阅读范围内时，RFID标签的接收天线接收RFID阅读器发出的载波，接收天线将接收到的载波的高频信号传
递给能量收集模块，能量收集模块将载波的高频信号转换为直流信号给第一调制解调模块
供电，接收天线将接收到的载波中的信号传递给第一调制解调模块，第一调制解调模块对
载波中的信号进行解调，当RFID标签与RFID阅读器匹配时，第一调制解调模块从第一数据
存储模块中获取预先储存的标签数据，并对标签数据进行调制后通过发射天线发射至RFID
阅读器。第一接口模块用于外挂外界设备，第一接口模块可以透传从第一调制解调模块中
解调的数据至第一数据存储模块，也可以透传外界设备所传输的信息至第一数据存储模
块。

[0054] 传统的RFID标签上、下行链路采用同一个天线，而本发明中，上、下行链路天线进行分离，这样有利于采用高Q值电路，这能极大的改善通信距离，保证了高Q值条件下进行可
靠通信的可行性。所述接收天线与所述发射天线的谐振点不同，且所述接收天线与所述发
射天线的Q值均大于50（Q值具体为品质因子，Q值大于50即可称为高Q值）。接收天线与发射
天线的谐振点不同，分别用于下行与上行通信链路。

[0055] 本具体实施例中，发射天线和接收天线均可采用PCB走线构成的环状天线，如图4所示的天线结构。在图4中，天线的前端配设连接有多级可调电容C，即在接收天线和发射天
线的前端均配设连接有多级可调电容C，多级可调电容C的具体电路结构如图5所示，其由多
个可调电容（可调电容C1′、可调电容C2′、……、可调电容CK′）并联构成，可调电容的个数根
据实际情况设置。在发射天线和接收天线的前端均配设连接有多级可调电容，用于对Q值或
谐振点进行自动微调，这一多级可调电容有多种好处：首先，多级可调电容的引入可以在一
定程度上保证天线端的Q值或者谐振点不变，当RFID标签置于不同的环境中时，由于环境引
入的电容或电感效应会影响天线的谐振点或Q值，由于多级可调电容的引入，这些环境中的
影响在一定程度上可以被补偿掉，进而保证标签的可靠性能；其次，多级可调电容的引入可
以在一定程度上保证通信距离不会因Q值的改变而发生衰减，当外界环境导致的Q值或谐振
点发生变化时，从天线端吸收的能量会发生变化，由于Q值较高，谐振导致的变化可能会造
成吸收的能量发生锐减，进而造成芯片无法正常的工作，而多级可调电容的引入能改善这
一情况。本发明的RFID标签可以自适应的动态的调整天线端的Q值或谐振频率，动态Q值的
调整有助于电路部分保证较高的能量收集效率以及优于传统RFID的通信距离。

[0056] 在本具体实施例中，能量收集模块可以采用如图6所示的电路结构，能量收集模块用于将接收天线接收到的载波中的高频信号通过二极管与电容构成的抬压电路转化成直
流信号给其它部分（例如第一调制解调模块）供电。所述能量收集模块包括电容C1、电容C2、
电容C3、电容C4、二极管D1、二极管D2、二极管D3以及二极管D4；所述电容C1的一端以及所述
二极管D2的正极之间为所述能量收集模块的输入端，所述电容C1的另一端分别与所述二极
管D2的负极以及所述电容C2的一端连接，所述电容C2的另一端分别与所述二极管D3的负极
以及所述二极管D4的正极连接，所述二极管D4的负极与所述电容C4的一端连接，所述电容
C4的另一端分别与所述二极管D3的正极以及二极管D1的负极连接，所述二极管D1的正极连
接在所述二极管D2的负极上，所述电容C3的一端连接在所述二极管D1的负极上，所述电容
C3的另一端连接在所述二极管D2的正极上，所述二极管D2的正极还接数字地，所述二极管
D2的正极与所述二极管D4的负极之间为所述能量收集模块的输出端；其中，在图6中，EP代
表数字地，Vin代表所述能量收集模块的输入端，Vout代表所述能量收集模块的输出端。另
外，所述RFID标签还包括整流模块，所述能量收集模块的输出端还通过所述整流模块与所
述接收天线和所述发射天线的多级可调电容连接。能量收集模块的直流信号在进入整流模
块时，其峰值电压做为天线的反馈，以调整天线的Q值或谐振点以达到较佳的能量收集效
率。本发明的RFID标签采用自适应的发射频点的调整，通过改变分步系数以达到改变发射
频点的目的，以使发射频点与发射天线的谐振频点保持一致，使得上行链路的通信距离达
到最佳。

[0057] 在本具体实施例中，第一调制解调模块用于解调载波中的信号或调制所要发射的信号。特别地，所述RFID标签还包括分频模块，所述第一调制解调模块通过所述分频模块与
所述发射天线连接；具体的，所述分频模块具体为分频系数可调的分频电路。在第一调制解
调模块调制本地信息用于上行链路中时，分频模块将载波信号降频，降频后的信号用于将
载波信号的中心频率进行偏移，以与发射天线的谐振频率吻合，达到最佳的发射效果。分频
模块的分频系数可以进行调整，这样当分频后的载波与发射天线的谐振点发生偏移时，可
以通过适当的改变分频系数来缓解。

[0058] 在本具体实施例中，第一接口模块用于外挂外界设备并与之进行通信，它即可以透传从下行链接中解调的数据，也可以透传外界设备所传输的信息。接口电路可以由SPI，
IIC，ADC等接口构成，根据实际的应用场景，可以选择不同的接口电路。第一接口模块用于
扩展标签的功能，如通过ADC接口与IIC接口外挂模拟或数字温度传感器，用于无源温度感
知；通过SPI接口外挂Flash芯片，用于事件记录等。

[0059] 在本具体实施例中，所述第一调制解调模块中嵌入有硬件滤波算法。当第一接口模块外挂外界设备（例如外接传感器）进行数据读取时，传感器得到的数据不可避免的会受
到各种干扰而产生噪声，这势必会影响所读数据的可靠性，为了得到尽可能得到真实的数
据信息，在标签的内部嵌入硬件滤波算法，可以在不增加成本、不影响系统可靠性的情形下
尽可能的得到更稳定的数据。这里主要引入滤除最大值最小值算法、均值滤波算法、中值滤
波算法以及低通滤波算法，这些算法的相关参数可以通过无线的方式进行配置，如均值滤
波算法或中值滤波算法的数据长度等。

[0060] 如图7所示，所述RFID阅读器包括多发射天线阵列、多接收天线阵列、第二调制解调模块、第二接口模块、第二数据存储模块和控制模块；所述多接收天线阵列与所述第二调
制解调模块的信号输入端连接，所述第二调制解调模块的信号输出端与所述多发射天线阵
列连接，所述第二调制解调模块的信号输出端还与所述第二接口模块的输入端连接，所述
第二接口模块的输出端与所述第二数据存储模块的输入端连接，所述第二数据存储模块的
输出端与所述第二调制解调模块的信号输入端连接，所述控制模块与所述第二接口模块双
向连接；所述多接收天线阵列的前端配设连接有多级可调电容。

[0061] 本发明的RFID阅读器的基本功能模块与上述RFID标签类似，即采用收发天线分离技术与高Q值电路，同时天线端引入可调电容以调谐。不同的是，由于RFID阅读器为有源设
备（图7中没有示出RFID阅读器的电源），所以在收发端均可以引入波束成型技术以提高信
号的SNR，等价地可以增大通信距离；同时，多天线技术（多天线技术是一种对多天线上接收
到的信号进行相加，利用相干叠加可以增强信号强度的特性来增强信噪比）的引入，有利于
解决读取的方向性问题。例如，如图8所示，当多接收天线阵列包含两个方形天线，两个方形
天线分别为第一天线A和第二天线B，第一天线A和第二天线B按图8中所示的相互垂直的方
式排列时（如果条件允许如PCB板面面积够用可以多排列几根天线），RFID标签不管以何种
方式出现在视野中都很难出现方向上的死角（如图8中两个天线的垂直布置，这样可以解决
两个角度的阅读问题。如果多布置几个天线，那么有可能对RFID标签进行无死角的读取）。
若引入更多的天线，可以非常容易地实现多角度的RFID标签读取，这将极大的扩展RFID标
签的应用场景，如通过RFID标签实现购物栏中商品的自动结算；通过RFID标签实现集装箱
内多个疫苗瓶内温度的实时采集等。从而实现支持多卡读取。

[0062] 在本具体实施例中，控制模块具体可以为可编程控制芯片，其是RFID阅读器的控制中心。

[0063] 基于上述一种基于RFID的多标签射频识别系统，本发明还提供一种基于RFID的多标签射频识别方法。

[0064] 一种基于RFID的多标签射频识别方法，应用于如上述所述的基于RFID的多标签射频识别系统，包括如下步骤，

[0065] S1，当RFID阅读器检测到RFID标签阻抗的变化后，且在RFID阅读器发出inventory指令之前，对所述RFID标签与所述RFID阅读器之间进行调谐；

[0066] S2，在所述RFID标签与所述RFID阅读器之间的调谐完成之后，基于全双工通信的负载调制方法，使所述RFID标签与所述RFID阅读器之间进行数据传输；

[0067] 在所述S1中，

[0068] 所述RFID标签的调谐过程具体如下：

[0069] 调整接收天线前端的多级可调电容，使接收天线的反馈电压达到最大；

[0070] 根据RFID阅读器读取到的信号的强度作为反馈值，通过调整发射天线前端的多级可调电容来对发射天线进行调谐，使发射天线达到最佳匹配点；

[0071] 所述RFID阅读器的调谐过程具体如下：

[0072] 基于ALOHA算法，以多接收天线阵列收到的信号强度的极值作为调谐的目标值，将RFID阅读器产生的载波信号的能量按多个阶段由低到高逐渐增加，当多个RFID标签中的任
一个RFID标签在对应能量下完成自身调谐后处于静默状态，直至所有所述RFID标签均完成
调谐。

[0073] 在本发明一种基于RFID的多标签射频识别方法中，当RFID阅读器检测到RFID标签阻抗的变化后，且在RFID阅读器发出inventory指令之前，对所述RFID标签与所述RFID阅读
器之间进行调谐，确保RFID标签与RFID阅读器之间正常、稳定地通信；另外，采用全双工通
信方式，可以减少反馈时间。

[0074] 在传统的RFID协议中，当RFID阅读器检测到阻抗的变化就会发出inventory指令开始读卡。在本发明中，在进行inventory前，首先进行一次Q值或谐振频率的自动调整处
理。针对标签而言，接收天线会自动调整电容，以使反馈电压达到最大，从而达到谐振的目
的；发射天线的调谐则需要RFID阅读器的配合，发射端是否调谐达到最佳匹配点以RFID阅
读器的反馈信息为准：具体地，RFID阅读器将读取到的信号强度作为反馈值回传给标签。针
对RFID阅读器而言，其只需要对接收端进行调谐处理：以其收到的信号强度的极值作为调
谐的目标值。由于调谐是针对失配电路的，即载波频率偏离谐振点，而本发明中的标签采用
高Q值电路，当电路发生失谐时，很有可能由于Q值过高，谐振点偏离过远而导致电路的接收
端能量过小而无法工作的情况。为此，在调谐过程中，由RFID阅读器产生的载波信号的能量
按几个阶段由低到高不断增加。当某一个标签在某个能量条件下完成了自身的调谐后可以
处于静默状态，不再参与调谐的过程。整个的调谐过程配合ALOHA算法完成，以完成多标签
的校准；整个校准过程在很短的时间内完成；当有需要的时候，如标签位置变动等情况发生
导致天线失谐后，可以人工的再次激发一次调谐。

[0075] 在本发明一种RFID标签与RFID阅读器之间的调谐方法中，当RFID阅读器检测到RFID标签阻抗的变化后，且在RFID阅读器发出inventory指令之前，对所述RFID标签与所述
RFID阅读器之间进行调谐，确保RFID标签与RFID阅读器之间正常、稳定地通信。

[0076] 在所述S2中，全双工通信的负载调制方法具体为，所述RFID标签与所述RFID阅读器之间的下行链路采用幅度调制，所述RFID标签与所述RFID阅读器之间的上行链路采用相
位调制；

[0077] 具体的，所述RFID标签与所述RFID阅读器之间的下行链路采用幅度调制以及上行链路采用相位调制的实现方法为，

[0078] 将负载元件的阻抗实部与负载调制元件的阻抗实部设置为大小及符号均对应一致，并将负载元件的阻抗虚部与负载调制元件的阻抗虚部设置为大小一致且符号相反。

[0079] 在传统的负载调制技术中，负载调制元件多采用纯阻性元件，如其中一个纯阻性元件为50欧电阻，另一个纯阻性元件处开路，这种传统的调制方式为幅度调制，受制于信号
解调电路复杂度的影响，这种配置方式是无法实现全双工通信的。为了解决这个问题，本发
明对下行链路采用幅度调制，而对上行链路进行相位调制。如图9所示，，第一负载调制元件
Z1的一端连接天线（该天线可以为RFID标签中的发射天线和接收天线，该天线还可以为
RFID阅读器中的多接收天线阵列和多发射天线阵列），第二负载调制元件Z2的一端处开路，
第一负载调制元件Z1的另一端与第二调制元件Z2的另一端均接GND，GND代表地，具体的实
施方法为，将第一负载调制元件Z1与第二负载调制元件Z2的实部保持一致，而虚部符号相
反（通过调谐可以方便的实现），如Z1=S+jG, Z2=S‑jG（导纳形式）；其中，S为实部，G为虚部。
这样，在接收端，通过对反射信号的相位检测，即可完成上行链接的解码。

[0080] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。