SDR-based RFID reader with sub-symbol-synchronization

Abstract

Radio-frequency identification (RFID) ist eine funkbasierte Technologie zur Identifizierung von Objekten durch angebrachte Transponder. RFID Lesegeräte für die Identifikation von RFID Transpondern sind bereits kommerziell verfügbar. Gegenwärtige Forschungen untersuchen Lokalisierungsverfahren für passive RFID Systeme. Ziel dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung eines RFID Lesegeräts basierend auf einer National Instruments USRP Software Defined Radio (SDR) Plattform für EPC UHF RFID Tags. Dieses Lesegerät soll eine vielseitige Plattform für die Entwicklung von Echtzeit-Lokalisierungssystemen für kommende Forschungsprojekte bieten. Besondere Anforderungen eines auf Grundlage von überlagerten Direct Sequence-Spread Spectrum Signalen basierten Entfernungsmessverfahrens wurden berücksichtigt. Die vom Hersteller der SDR Plattform bereitgestellten Treiber können diese Anforderungen nicht erfüllen. Daher wurde im Zuge dieser Arbeit eine FPGA basierte maßgeschneiderte Implementierung erarbeitet. Das Design basiert auf einem Softcore Mikroprozessorsystem an welchem selbst entwickelte Userlogic Peripherie angeschlossen ist. Ein wichtiger Teil dieser Peripherie ist der Dekoder, welcher neben dem Empfangen der vom Tag gesendeten Daten, eine Echtzeit sub-symbol Synchronisation für das geplante Entfernungsmessverfahren bereitstellt. Verschiedene Dekoder Strategien wurden im Zuge der Diplomarbeit analysiert und verglichen. Auf Hardwareeffizienz wurde während des gesamten Entwurfsprozess geachtet, so dass zukünftige Entwicklungen über genügend freie FPGA-Ressourcen verfügen können. Abschließend wurde das entwickelte RFID Lesegerät mit kommerziell erhältlichen Transpondern getestet.

Radio-frequency identification (RFID) is a wireless technology for identification of objects based on attached tags. RFID readers used for identification of tags are already commercially available. A recent research field is the localization of passive RFID tags. During the course of this thesis an electronic product code ultra high frequency RFID reader based on a National Instruments USRP software defined radio (SDR) platform was designed and evaluated. This work provides a versatile platform for developing real time localization systems in upcoming research projects. Therefore, special requirements for a localization algorithm based on a superimposed Direct Sequence-Spread Spectrum signal were considered. Since some of the requirements couldn't be fulfilled with the driver framework provided by the manufacturer of the SDR platform a custom field-programmable gate array implementation was necessary. The implementation is based on a soft core processor system with attached user generated custom logic peripherals. An important element of the design is the decoder, which not only decodes the backscattered data, but also provides real time sub-symbol synchronization for the planned localization algorithm. Different decoder strategies have been analyzed and compared within the thesis. Considerable attention was drawn on a hardware efficient design, such that future developments are possible and have enough free FPGA resources left. Finally, tests with commercially available tags were made to verify the overall reader design.