基于POI的RFID阅读器配置方法及其相关的干扰效果.doc

基于POI的RFID阅读器配置方法及其相关的干扰效果1 简介RFID技术用无线电波来自动识别物体。虽然RFID阅读器可以同时读取多个标签，但因为各种原因，如干扰、碰撞、信道不足、标签碰撞、识别速度等，致使读取速度很难提高。标签碰撞问题可以通过反碰撞算法来解决（如ALOHA或二进制树型算法）。阅读器冲突分为频率干扰和标签干扰。频率干扰可以用多路访问方法来解决，如FHSS（跳频）、LBT。标签干扰可以用DCS和VDCS来解决。本文主要研究异步RFID系统中的频率干扰。频率干扰问题一般用MCL、EMCL和Monte-Carlo等方法进行研究。在典型RFID系统里，阅读器辐射掩模、多路访问方法、阅读器与标签的相对位置、天线方向等都会影响到它的性能，Monte-Carlo方法可以将以上的那些因素结合起来，是解决这种问题的最适合的方法。第二段在典型干扰情况下提出POI概念，第三段在RFID典型干扰情况下使用Monte-Carlo仿真方法，第四段总结。2 POI的计算在典型干扰情况中，有一个WT（主发送器），一个VR（主接收器），一些IT（干扰发送器）和WR（干扰接收器）。当WT和VR通讯时，其它IT和与之相对的WR也在进行通讯。从VR的角度来看，它受到了IT的发射信号的干扰。用术语dRSS来表示VR从WT的发射信号里收到的信号功率Pwt表示WT的发射功率，Gwt表示WT发射天线的增益，Gvr表示VR接收天线的增益，pl表示路径损失：其中L为自由空间损耗，G()为以标准差的正态对数分布，由无线信道类型决定，一般为3到10。VR接收到的干扰信号功率称为iRSS，无用辐射、等效虚辐射、阻塞干扰和互调组成，其中当收发器满足一定要求时只有无用辐射比较重要，因此在第三段我们只考虑由无用辐射引起的干扰。图1给出了无用辐射的计算方法，其中fvr为WT到VR的执行频率，fit和 Pit(f)分别表示干扰信号的频率和功率谱密度（PSD），假设VR的接收滤波器是理想带通的，其通带为fVR-BW/2,fVR+BW/2，其中BW表示带宽。为了研究干扰效果，我们考虑最坏情况，Pit(f)设为最大值，无用辐射功率iRSSunwanted为其中Pit为IT的功率，Ptot为图1中阴影部分的积分，Git为IT的发送天线的增益。POI定义为VR接收载波干扰的机率，可以由下式计算：其中sens代表接收器的敏感度。3仿真在POI基础上，我们考虑被动式RFID系统的干扰情况，图2画出了一个RFID工作情况。IT和标签随机分布在VR周围，距离为Rmin 到Rmax之间。在下面的讨论中我们主要用FHSS和LBFH这两种信道访问方法。在LBFH中，阅读器先侦听信道的优先权再进行跳频，如果信道繁忙，阅读器会一直侦听直到找到空闲的信道。仿真的规范如下：存在19个信道占用带宽为200kHz的910.15913.95的频段，VR在标签里用ASK调制一个回馈信号，误码率小于10-5 ，使位能噪声谱密度为Eb/N0=15.6dB，标签到阅读器的数据率为80 kbps，信道带宽为W=200kHz，由公式C/I=(Eb/N0)(R/W)可得C/I为11.6dB。表1给出当WT和VR距离分别为1m和3m时的链路预算。阅读器发射功率随机选择，自由空间损耗由假设得到，在这里引入一个术语标签效率Te来表示那个回馈信号与标签接收到的信号的功率之比，这里选择-14dB进行仿真。我们首先仿真只有一组干扰源，从而确定两个阅读器之间的最小距离dmin，当两个阅读器间的距离大于dmin时，任意一个阅读器都能在另一个阅读器的干扰下成功运行。我们POI=3%的标准来判断阅读器是否运行成功的。图3画出了VR的POI和dvr-it（VR与IT的距离）的函数关系，其中VR与WT的距离为1m。从拟合曲线里可以看出当VR与IT的距离为210m时POI为3%。用同样的方法可以得出其它三个情况，结果如表2所示从表2中可以看出，两个阅读器要离得很远才行。实际上，考虑上占空比、天线方向和路径损耗各因素，实际的要求并不像表2的数据那么严格。接下来我们考虑多干扰源的情况，引入参数，表示由天线方向引起的干扰功率，在本仿真中，它服从0到1的均值分布。我们通过改变Rmin、Rmax、多路访问方法、VR和WT间的距离和干扰源数目这些参数来得到POI的不同值。表3为dwt-vr=1 m,Rmin=dmin=210 m并且用LBFH多路访问方法得到的结果，基本上所有POI都在3%之下，表4与表3不同的地方在于用了FHSS多路访问方法，大多数的POI都在3%之上。这是因为FHSS要求的dmin为920m。最后进行阅读器配置，步骤如下：在1 km1 km区域里随机地放置阅读器，使其密度分别达到1,5,10(/km2)，然后扩大或缩小区域，而保持区域形状和阅读器密度不变，直至区域里的阅读器个数M与表5和表6里的某个M相等。总的来说，阅读器通过以下步骤进行部署：先选择一个允许的POI，然后用上面的方法进行仿真，找出合适的阅读器数目。4总结本论文提出了基于POI的仿真方法来预测被动RFID阅读器频率干扰，并在此基础上进行阅读器部署。为了把影响到POI的几个参数结合起来，我们用Monte-carlo方法来仿真。