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文档简介
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。
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