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基于信号到达应答器的无源射频识别室内定位系统设计

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基于信号到达应答器的无源射频识别室内定位系统设计

作者：毛旭瑞天津大学

学位级别：硕士

随着无线技术、移动数据处理设备和智能技术的发展,这些技术的很多应用都需要获取物体空间位置坐标。GPS(全球定位系统)在开阔地带的定位已相当成熟,然而,室内定位仍是无线定位技术的难题。目前,为了实现室内定位,很多技术都被应用到这... 详细信息

随着无线技术、移动数据处理设备和智能技术的发展,这些技术的很多应用都需要获取物体空间位置坐标。GPS(全球定位系统)在开阔地带的定位已相当成熟,然而,室内定位仍是无线定位技术的难题。目前,为了实现室内定位,很多技术都被应用到这一领域,建立了各自的实验系统。RFID技术,即射频识别技术,是通过无线射频方式进行非接触双向数据通信,对目标加以识别。RFID技术具有非接触、非视距、易于网络集成等优点。目前基于RFID的室内定位技术绝大多数根据阅读器所接收的电磁场强度判断阅读器和应答器间的距离,进而实现定位。但是这种方法会带来较为严重的测量误差,本文分析了误差的来源,包括:AGC(自动增益控制)带来的系统误差和反射干扰带来的随机误差。论文提出了一种新型的基于应答器定位方法:使用应答器接收的信号强度测距定位,从而减小了误差。当前进入市场的RFID室内定位系统多采用有源RFID应答器。与有源RFID应答器相比,无源RFID应答器具有成本低,寿命长,体积小,使用方便等诸多优点。本文在基于应答器定位方法的基础上,设计出了一种新型无源RFID定位应答器,对应答器电路功能进行了行为级仿真,对电路参数进行了优化。为配合这种用于定位的基于无源RFID应答器,设计了用于定位的算法,并使用VC++语言对算法进行了验证。

关键词：室内定位射频识别无源应答器定位算法

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基于分集接收技术的可见光接收机前端电路

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2020年第10期53卷 1062-1068页

作者：谢生王续霏毛旭瑞周高磊闫冬天津大学微电子学院天津市成像与感知微电子技术重点实验室天津300072 中国科学院半导体研究所北京100083 天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

为了减弱噪声对可见光通信质量的影响,提高可见光通信系统的抗干扰性,基于台积电180 nm CMOS工艺,提出了一种抗噪能力较强的可见光接收机前端电路.电路主要包括跨阻放大器、限幅放大器、直流偏移消除网络和输出缓冲级.输入端对信号进行... 详细信息

为了减弱噪声对可见光通信质量的影响,提高可见光通信系统的抗干扰性,基于台积电180 nm CMOS工艺,提出了一种抗噪能力较强的可见光接收机前端电路.电路主要包括跨阻放大器、限幅放大器、直流偏移消除网络和输出缓冲级.输入端对信号进行两路接收,通过印制电路板绘制把外部两个光电二极管相连,对接收到的光电流信号进行等增益合并,合并信号作为输入信号提供给光接收机模拟放大电路,这种设计实现了分集接收技术,提高了光通信系统的信噪比.跨阻放大器采用调节型共源共栅结构,共源结构作为反馈环路,降低芯片的输入阻抗,共漏结构提高了跨阻放大器的带负载能力.限幅放大器采用改进Cherry Hooper型限幅放大器结构,引入反馈电阻降低级间等效电阻,扩展有效带宽,并通过增加负载电阻为支路提供偏置电流,有效提高了电路的输出范围.测试结果表明,在电源电压为1.8 V、光电探测器等效电容为5 pF时,光接收机的跨阻增益为88 dBΩ,-3 dB带宽为510 MHz,在误码率小于3.8×10-3的条件下实现了600 Mb/s的数据传输.芯片功耗为43.62 mW,整体面积为624μm×823μm,当误码率为10-9时,基于分集接收的光接收机的灵敏度为-11.5 dBm.对比实验表明,分集接收技术降低了可见光通信的误码率,提高了通信质量,因此基于分集接收技术的光接收机有望应用于室内可见光通信系统领域.

关键词：半导体技术可见光通信光接收机分集接收

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超低照度下的可见光物联网终端设计

光学学报 2020年第7期40卷 21-27页

作者：潘天豪陈雄斌闵成彧孙启功毛旭瑞中国科学院大学微电子学院北京101408 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室北京100083

针对物联网的广覆盖、多连接的应用需求,研究了超低照度下的可见光通信技术。采用LED照明灯发送红外协议格式的可见光信号时,调制深度小于0.625%时人眼觉察不到闪烁。参考朗伯光源辐射模型,模拟了一个30 m×2.1 m×2.6 m的室内可见光通... 详细信息

针对物联网的广覆盖、多连接的应用需求,研究了超低照度下的可见光通信技术。采用LED照明灯发送红外协议格式的可见光信号时,调制深度小于0.625%时人眼觉察不到闪烁。参考朗伯光源辐射模型,模拟了一个30 m×2.1 m×2.6 m的室内可见光通信场景,仿真结果表明调制深度为0.46%时使用20×12阵列的9.7 W LED照明灯作为发射装置,其有效光信号覆盖范围可达616 m^2。在实验室搭建了可见光智能家居系统,测试遥控机器人对该信号响应准确率为100%时的最远距离,实验测试结果为14.3 m,与仿真运算结果14 m间相对误差约为2%。

关键词：光通信智能家居系统双模光电接收器红外控制系统

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基于可见光通信的一对多视频广播系统

光电子．激光 2016年第9期27卷 923-929页

作者：李慧宇陈雄斌李洪磊毛旭瑞陈弘达中国科学院半导体研究所北京100083

利用自主研发的软硬件搭建了基于可见光通信(VLC)的一对多视频广播系统。通过传输流(TS,transport stream)音视频数据流解决了通信信道不可靠的问题,通过广播流量控制算法和控制指令的设计解决了多媒体数据广播传输时服务器和客户端速... 详细信息

利用自主研发的软硬件搭建了基于可见光通信(VLC)的一对多视频广播系统。通过传输流(TS,transport stream)音视频数据流解决了通信信道不可靠的问题,通过广播流量控制算法和控制指令的设计解决了多媒体数据广播传输时服务器和客户端速率不匹配带来的超大缓存需求问题。可见光收发模块采用荧光型LED和PIN探测器作为光源和探测器。系统拥有蜂窝网络结构,每个蜂窝可以有多个用户,客户可以同时接收广播信号且不会相互干扰。通过实验实验证了系统的可行性。测试结果表明,本文系统支持1对多的1080P视频数据光学无线广播传输,每个用户的接收带宽为2 Mbit/s,传输距离为2 m。

关键词：可见光通信(VLC) 视频广播蜂窝网络

A 900 MHz fractional-N synthesizer for UHF transceiver in 0.18μm CMOS technology

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Journal of Semiconductors 2014年第12期35卷 94-100页

作者：毛旭瑞黄北举陈弘达 Institute of Semiconductors Chinese Academy of Sciences

A 900 MHz fractional-N synthesizer is designed for the UHF transceiver. The VCO with a 4 bits capacitor bank covers 823–1061 MHz that implements 16（2^4）sub-bands. A 7/8 dual-modulus prescaler is implemented with a phase-switching circuit and high-speed flip–flops, which are composed of source coupled logic. The proposed synthesizer phase-locked loop is demonstrated with a 50 k Hz band width by a low 12.95 MHz reference clock, and offers a better phase noise and band width tradeoff. To reduce the out-band phase noise, a 4-levels 3-order single-loop sigma–delta modulator is applied. When its relative frequency resolution is settled to 10^-6, the testing results show that the phase noises are –120.6 dBc/Hz at 1 MHz and –95.0 dBc/Hz at 100 k Hz. The chip is2.1 mm^2 in UMC 0.18μm CMOS. The power is 36 m W at a 1.8 V supply.

关键词： UHF RFID reader frequency synthesizer VCO 7/8 dual-modulus prescaler △Σ modulator

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调制度对可见光通信系统性能的影响

中国激光 2019年第5期46卷 372-376页

作者：靳永超陈雄斌毛旭瑞闵成彧潘天豪陈弘达中国科学院大学微电子学院北京100049 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室北京100083

针对速率为100 Mbit/s、偏置电流为0.15 A的使用开关键控调制的可见光通信系统,通过软件仿真和实验验证相结合的方法,研究了调制度对通信系统性能以及照明效果的影响。结果表明,随着调制度的增大,误码率减小,且距离越短,误码率对调制度... 详细信息

针对速率为100 Mbit/s、偏置电流为0.15 A的使用开关键控调制的可见光通信系统,通过软件仿真和实验验证相结合的方法,研究了调制度对通信系统性能以及照明效果的影响。结果表明,随着调制度的增大,误码率减小,且距离越短,误码率对调制度的变化越敏感。当速率为100 Mbit/s、距离为12.0 m时,在1 W荧光型发光二极管的可见光通信系统中,调制度最小为0.1就可以满足前向纠错误码率门限要求。如果对通信系统的可靠性要求较高,调制度应在0.1和误码率为0所对应的调制度之间选择,且调制度的大小不会对照明效果产生影响。

关键词：光通信可见光通信调制度误码率

UTC-PD和RTD单片集成的器件模拟研究

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固体电子学研究与进展 2010年第3期30卷 353-357,468页

作者：毛旭瑞刘庆纲宋瑞良毛陆虹郭维廉天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072 天津大学电子信息工程学院天津300072

单行载流子光电二极管与共振隧穿二极管单片集成器件是一种新型高速光电探测器,也是高速光电单稳双稳转换逻辑电路的一个基本单元。用Atlas软件对该集成电路单元进行了直流和交流特性的模拟研究,模拟得到的3dB带宽最高可达9THz。模拟发... 详细信息

单行载流子光电二极管与共振隧穿二极管单片集成器件是一种新型高速光电探测器,也是高速光电单稳双稳转换逻辑电路的一个基本单元。用Atlas软件对该集成电路单元进行了直流和交流特性的模拟研究,模拟得到的3dB带宽最高可达9THz。模拟发现,光照强度、吸收层厚度、掺杂浓度、收集层浓度是影响器件3dB带宽的主要因素。研究了器件材料参数、结构参数与器件3dB带宽之间的关系,并得到在现行工艺下优化后的单行载流子光电二极管和共振隧穿二极管单片集成器件的工艺参数,模拟出3dB带宽为1.03THz。同时,对器件模拟和半导体工艺间的误差进行了分析和估计。这一工作为单行载流子光电二极管和共振隧穿二极管单片集成器件的设计和研制提供了工艺参数基础。

关键词：光电探测器单行载流子传输光电二极管共振隧穿二极管

高速VLC系统中LED直流偏置对系统误码率的影响

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半导体光电 2016年第4期37卷 528-531页

作者：李慧宇陈雄斌李洪磊毛旭瑞陈弘达中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室北京100083

研究了高速可见光通信（VLC）系统中荧光型LED光源的直流偏置电流大小与系统响应时间、误码率的关系；搭建了高速可见光通信测试系统，用于验证如何通过设置合适的LED光源的直流偏置电流使可见光通信系统达到更高的通信速率和更低的误... 详细信息

研究了高速可见光通信（VLC）系统中荧光型LED光源的直流偏置电流大小与系统响应时间、误码率的关系；搭建了高速可见光通信测试系统，用于验证如何通过设置合适的LED光源的直流偏置电流使可见光通信系统达到更高的通信速率和更低的误码率。实验测试结果表明，在直流偏置电流为60-80mA，1W的荧光型LED的响应时间较短，系统的误码率较低，此时可见光通信系统可达到最大传输速率。

关键词：可见光通信荧光型LED 直流偏置误码率

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RFID技术在测量中的应用研究

电子测量技术 2008年第11期31卷 114-117页

作者：毛旭瑞刘庆纲天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

本文介绍了RFID技术在测量中的应用研究的进展,概述了RFID在测量距离、速度、角度、温度、湿度方面的常规方法和新方法,介绍了RFID在测量方面的应用领域和最新研究结果。其中RFID近距离定位系统,RFID与传感器单片集成芯片,RFID与生物信... 详细信息

本文介绍了RFID技术在测量中的应用研究的进展,概述了RFID在测量距离、速度、角度、温度、湿度方面的常规方法和新方法,介绍了RFID在测量方面的应用领域和最新研究结果。其中RFID近距离定位系统,RFID与传感器单片集成芯片,RFID与生物信息传感结合以及RFID与无线传感器网络结合是几个有前景的发展方向。

关键词：无线射频识别测量无线电传感器