基于声表面波回波信号解调方法研究

随着声表面波射频识别技术(SAW-RFID)的发展，实现远距离、高分辨率的SAW标签探测成了整个系统的关键因素。但是由于SAW的特殊性以及环境的影响，带有标签信息的回波信号会淹没在噪声之中，对信息的提取难度极大。本文针对此问题，提出了雷达系统中常用的正交解调和相干累加，两者进行结合的方法。先在MATLAB中进行仿真，后搭建实际硬件电路，对真实的回波信号进行处理，实现了在相位误差在3˚范围内进行相干累加，同时提高了约20 dB的信噪比，为SAW-RFID技术提供了更多的可能。

SAW 技术起源于上世纪80 年代，它是一种能够实现无线、无源传感的技术，并且具有强大的抗电磁干扰能力。

而射频识别技术(RFID)则是利用射频进行远距离通信的一种新型技术， 融合了现代电子学、微波学和信号处理等领域的知识。

SAW-RFID 技术基于声表面波技术， 能够在无线、无源的环境下实现。

相较于传统的IC-RFID 技术，SAW-RFID 具有更大的定位精度和识别距离，并且成本更低、体积更小。

因此，SAW-RFID 已经成为21 世纪最具潜力和发展的技术之一[1] [2] [3] [4] [5]。

在SAW-RFID 的研究中，带有标签信息的回波信号会被淹没在巨大的噪声之中，再加上混进去的杂波及系统噪声，使得回波信号具有非常小的信噪比，对信息的提取难度极大[6]。因此对于采集到的回波信号，首要任务是提高其信噪比，将标签信息提取出来。常用的降噪算法是相干累加算法[7] [8]。

但是，相干累加的实现非常苛刻，具有严格要求的，既然是信号的相干累加，就要保证累加的信号存在很好的相干性，也即各个信号的相位要保持严格的一致，具有很好的相参性。因此保证相位具有一致性， 在硬件层面的常规做法是利用数字频率合成器(DDS)和锁相环(PLL)来实现， 通过DDS 的相位可调特性和PLL 倍频特性，使得本振信号和发射信号皆有相位可调性，那么回波信号和本振信号进行混频得到的采样信号也具有同一相位。

而要得到回波信号的初始相位， 一般通过数字正交解调得到[9] [10] [11]， 这是由于数字正交解调技术的IQ 两路信号具有良好的同步性和通道一致性， 这极大地提高了对回波信号中相位的提取精度。

基于上述理论基础，文本基于DDS + PLL 的硬件架构，设计了一款全新的SAW-RFID 阅读器系统， 此系统的发射频率和本振频率分别为920 MHz 和905 MHz，采样信号为15 MHz。利用硬件的相位可调性，实现误差在3˚以内，再通过相干累加的原理，实现了20 dB 的增益，为SAW-RFID 的研究技术提供更多的可能性[12] [13]。

2. 理论基础 2.1. 数字正交解调 假设经过混频后的信号表示为： ( )( )( )cos 2cs ta tf ttπθ=+ (1) 其中( )a t 表示振幅， cf 表示载波频率，( )tθ表示相位，这三个量均为携带编码信息的函数。将其展开表达式为： ( )( )()( )( )()( )cos 2cossin 2sinccs ta tf tta tf ttπθπθ=− (2)