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本振相位噪声对RFID询问范围的影响分析(一)

  射频识别(RFID)系统已经迅速成为通过使用紧凑型RFID标签存储和远程获取数据的可靠方式。特别是超高频(UHF)无源RFID的使用对许多应用来说极具吸引力,因为它能从合理的距离实现信号识别。对供应链管理以及正在计划在他们的供应链中强制使用UHF RFID的许多大型公司(如沃尔玛和Tesco)来说,这种技术是非常理想的。

  UHF RFID系统的性能通常由系统的询问范围来表征,该范围被定义为RFID阅读机能够识别标签的最大距离。询问范围可分为两大类:前向链路询问范围(FIR)和反向链路询问范围(RIR)。在UHF RFID系统中,前向链路指的是从阅读机到标签的通信链路,而反向链路是指从标签到阅读机的通信链路。FIR被定义为标签接收到可实现启动和后向散射的功率的最大距离,而RIR是阅读机能够解码满足SNR要求的标签数据的最远距离。由于实际的询问距离取决于FIR和RIR中的最小值,因此在部署UHF RFID系统时应同时考虑这两个值。

  图1将UHF RFID链路概念与典型的无线通信系统,如码分多址(CDMA)或全球移动通信系统(GSM)蜂窝系统,进行了比较。在典型的无线通信系统中,前向链路指的是从基站(BS)到移动台(MS)的通信链路,而反向链路则是从移动台到基站的通信链路。这两条链路上的噪声电平取决于热噪声功率PN

PN,thermal = 4kTB (1)

其中

k = Boltzman常数,

T = 绝对温度(K)

B = 带宽

  一般来说,无线通信系统的前向和反向链路是平衡的,两条链路的动态范围几乎是相同的。因此前向链路覆盖距离相当接近反向链路覆盖距离,虽然前向链路和反向链路的发射功率可能不同。

  相反,无源UHF RFID系统的前向和反向通信链路是不平衡的(图1),这是因为RFID标签没有内部电源,必须从RFID阅读机发射的连续波(CW)信号中获取能量。因此FIR主要依赖于启动标签所必要的门限功率。另外一个主要区别是在阅读机环形器端的发射器(Tx)泄漏相位噪声对系统噪声的影响比阅读机接收器(Rx)的热噪声所造成的影响要大。因此RIR值很可能比FIR小,特别是对于设计较差的固定阅读机或手持式阅读机。

 

 

本振相位噪声对RFID询问范围的影响分析

 

  在对UHF RFID系统的这次研究中,假设RFID阅读机天线采用的极化方式与标签天线相匹配。如果r表示RFID标签和在自由空间操作的阅读机之间的工作距离,那么RFID标签接收到的功率PRx符合Friis电磁(EM)波传播公式:

本振相位噪声对RFID询问范围的影响分析

其中

λ = 自由空间中的波长,

PT,x = 被发射器馈送进阅读机天线的信号功率,

GR = 阅读机天线的增益,

GT = 标签天线的增益,

功率PRx的一部分被标签吸收用于产生直流电源,其它部分通过后向散射实现反向链路。为了确保标签能正确工作,吸收功率必须大于标签工作所需的最小功率PTH}。在标签采用幅移键控(ASK)调制的情况下,标签的时间平均吸收功率等于7:

 

 

本振相位噪声对RFID询问范围的影响分析

 

其中

m = 调制深度

 

一般来说,PTH根据标签芯片设计和天线匹配条件来确定,然后FIR的Tforward就可以由等式4得到:

 

 

本振相位噪声对RFID询问范围的影响分析

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