1.    介紹：

　　射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)是一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，己經(jīng)有幾十年的歷史了，并被廣泛應(yīng)用于動(dòng)物識(shí)別、鐵路車(chē)皮識(shí)別、自動(dòng)高速公路收費(fèi)、航空行李處理、資產(chǎn)跟蹤、公共交通等[1]。MIT的Auto-ID中心提出了產(chǎn)品電子編碼(EPC)的概念[2]，把類(lèi)似于條形碼編碼的產(chǎn)品電子編碼(EPC)存儲(chǔ)在電子標(biāo)簽(Tag, or Transponder)中，電子標(biāo)簽貼在物體上，閱讀器(Reader, or Interrogator)通過(guò)電磁波從讀出編碼，通過(guò)這種方式可以識(shí)別物體。圖1是超高頻射頻識(shí)別系統(tǒng)的組成，電子標(biāo)簽貼在物品表面，閱讀器和標(biāo)簽之間通過(guò)電磁波進(jìn)行通信，閱讀器獲取的EPC編碼傳輸?shù)街鳈C(jī)中，從而識(shí)別物品。當(dāng)電子標(biāo)簽的成本很低時(shí)，可以取代條形碼。 
 

　　為了減小電子標(biāo)簽的成本，通?；贓PC的電子標(biāo)簽沒(méi)有電池，而是從閱讀器發(fā)送的電磁波中獲取能量，電子標(biāo)簽沒(méi)有發(fā)射電路，而是采用反射入射電磁波的方式把EPC編碼發(fā)送給閱讀器。

　　由圖1所示，射頻識(shí)別系統(tǒng)的主要內(nèi)容包括閱讀器和電子標(biāo)簽兩個(gè)部分，兩者之間是在閱讀器和電子標(biāo)簽的天線以及無(wú)線信道中建立通信的。圖2是射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作機(jī)制，閱讀器和電子標(biāo)簽之間通過(guò)電磁波進(jìn)行通信，通信的時(shí)序大體上可以分為三個(gè)階段:閱讀器的偵聽(tīng)模式，閱讀器到標(biāo)簽的通信，標(biāo)簽到閱讀器的通信。閱讀器的偵聽(tīng)模式是閱讀器先在某個(gè)工作信道上偵聽(tīng)是否有其他閱讀器在工作，假如沒(méi)有其他閱讀器占用該信道，則閱讀器發(fā)送一個(gè)指令給標(biāo)簽，然后發(fā)送一個(gè)無(wú)調(diào)制的載波，此時(shí)標(biāo)簽反射這個(gè)無(wú)調(diào)制的載波，從而把信息發(fā)送給閱讀器。閱讀器與標(biāo)簽之間主要為兩個(gè)通信過(guò)程:第一個(gè)通信過(guò)程是閱讀器發(fā)送一個(gè)調(diào)制的載波給標(biāo)簽，如OOK，此時(shí)電子標(biāo)簽從電磁波中獲取能量，并解調(diào)閱讀器發(fā)射的信號(hào)，得到閱讀器的指令;第二個(gè)過(guò)程是標(biāo)簽獲得閱讀器的指令以后，根據(jù)指令的內(nèi)容，經(jīng)過(guò)標(biāo)簽內(nèi)閱讀器狀態(tài)機(jī)的轉(zhuǎn)換，把標(biāo)簽的內(nèi)容通過(guò)后向散射(Backscatter )的方式傳輸給閱讀器，而此時(shí)閱讀器發(fā)送無(wú)調(diào)制的載波用以提供標(biāo)簽工作需要的能量，以及標(biāo)簽反射需要的電磁波載體。 
 

II.    系統(tǒng)原型及考察目標(biāo)：

　　當(dāng)空間距離很近的多個(gè)reader同時(shí)工作時(shí)，tag能夠以相當(dāng)?shù)哪芰拷邮艿蕉鄠€(gè)reader發(fā)送的信號(hào)，這時(shí)tag無(wú)法從混合的信號(hào)中得到正確的命令，就會(huì)發(fā)生Reader-to-Tag干擾。
當(dāng)一個(gè)reader接受與其通信的tag的返回信號(hào)時(shí)，tag的返回信號(hào)中可能摻雜著其他reader發(fā)送的查詢信號(hào)，如果其他reader發(fā)送的信號(hào)相對(duì)于tag的返回信號(hào)足夠大，那么這時(shí)就會(huì)發(fā)生Reader-to-Reader干擾。

　　Reader可以工作在多個(gè)信道上，圖3是CEPT標(biāo)準(zhǔn)下10個(gè)可用的信道。圖4是工作在某個(gè)信道上的reader對(duì)相鄰信道和其它的干擾情況。由此，我們可以得出，通過(guò)信道劃分可以使多個(gè)reader同時(shí)正常工作。所以，Signal-to-Interference Ratio(SIR)的門(mén)限值不會(huì)產(chǎn)生Reader-to-Tag干擾或Reader-to-Reader干擾成為我們研究的重點(diǎn)。 
 

III.    仿真模型：

　　干擾的鏈路級(jí)仿真是在MATLAB/Simulink平臺(tái)上進(jìn)行的。在系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，提取每個(gè)模塊的關(guān)鍵參數(shù)，舍棄了部分非關(guān)鍵因素。

　　Reader發(fā)射電路的模塊包括：(1)信號(hào)源，用于產(chǎn)生閱讀器發(fā)射所需要的編碼，其關(guān)鍵參數(shù)是編碼方式，和數(shù)據(jù)速率，產(chǎn)生偽隨機(jī)編碼:(2)升余弦濾波器，用于對(duì)發(fā)射基帶信號(hào)進(jìn)行波形整形，其關(guān)鍵參數(shù)是過(guò)采樣率，延遲時(shí)間，滾降因子;(3)希爾伯特變換器，用于產(chǎn)生實(shí)部和虛部信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)制疊加后，產(chǎn)生單邊帶信號(hào)，其關(guān)鍵參數(shù)是決定抑制度的階數(shù); (4)相位噪聲，(5)調(diào)制深度

　　Reader接受電路的模塊包括：(1)相干解調(diào)器，用于解調(diào)接受信號(hào)；(2)LPF，用于對(duì)解調(diào)得到的基帶信號(hào)進(jìn)行低通濾波，其關(guān)鍵參數(shù)是FIR濾波器的階數(shù)，通帶帶寬，截至頻率和紋波系數(shù)；(3)判決器，用于對(duì)經(jīng)過(guò)LPF的信號(hào)進(jìn)行高低判決；(4)Miller解碼器，用于對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行Miller解碼。

　　Tag發(fā)射電路的模塊包括：(1)信號(hào)源，用于產(chǎn)生tag反向散射所需要的編碼，其關(guān)鍵參數(shù)是編碼方式，和數(shù)據(jù)速率，產(chǎn)生偽隨機(jī)編碼；(2)反向散射機(jī)制，用于選擇反向散射機(jī)制，本仿真中認(rèn)為發(fā)送‘1’時(shí)為全反射，發(fā)送‘0’時(shí)為全匹配。

　　Tag接收電路的模塊包括：(1)包絡(luò)解調(diào)器，用于對(duì)接受到的UHF信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)解調(diào)，其關(guān)鍵參數(shù)時(shí)RC電路的沖放電時(shí)間和衰減系數(shù)；(2)LPF，于對(duì)解調(diào)得到的基帶信號(hào)進(jìn)行低通濾波，其關(guān)鍵參數(shù)是FIR濾波器的階數(shù)，通帶帶寬，截至頻率和紋波系數(shù)；3)判決器，用于對(duì)經(jīng)過(guò)LPF的信號(hào)進(jìn)行高低判決；(4)PIE解碼器，用于對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行PIE解碼。 
 

IV.    仿真結(jié)果及有效性分析：

　　誤碼率用來(lái)評(píng)價(jià)通信系統(tǒng)建立連接的質(zhì)量，而衡量通信系統(tǒng)誤碼率性能的指標(biāo)是信噪比的大小[3]。射頻識(shí)別系統(tǒng)的誤碼率包括兩個(gè)方面:一是閱讀器發(fā)送到電子標(biāo)簽的信噪比，二是電子標(biāo)簽發(fā)送數(shù)據(jù)到閱讀器的誤碼率。當(dāng)閱讀器發(fā)送到電子標(biāo)簽時(shí)，信噪比可以稱之為載波比，是一個(gè)大信號(hào)，因此，即使通信距離達(dá)到20米，標(biāo)簽接收到信號(hào)的信噪比很高，足以滿足電子標(biāo)簽檢波的需要。

　　閱讀器發(fā)送到電子標(biāo)簽的編碼為PIE編碼，而標(biāo)簽把數(shù)據(jù)返回給閱讀器的編碼是FMO編碼和帶副載波的Miller編碼。由誤碼率理論[4]，可以推導(dǎo)得到在匹配濾波器解調(diào)的方式下，兩種編碼的誤碼率公式分別為:

　　由公式(1)，(2)得到，發(fā)送n bits數(shù)據(jù)的正確概率 為：

V.    場(chǎng)景分析：

　　利用以上仿真得到的結(jié)論，我們考慮一個(gè)具體reader部署方案的性能。 
 

　　RFID網(wǎng)絡(luò)中共有3個(gè)reader，分別由Reader1（天線A11，A12，A13和A14），Reader2（天線A21，A22和A23）和Reader3（天線A31和A32）表示，其中紅點(diǎn)表示天線。通過(guò)仿真軟件Radio Propagation Simulation（RPS）可以得到空間中各點(diǎn)的信號(hào)功率大小，然后利用鏈路級(jí)仿真的結(jié)果，就可以得到空間中各區(qū)域的分布情況。其中棕色區(qū)域表示tag可以被可靠的讀取，深藍(lán)色區(qū)域表示tag不能被讀取，淺藍(lán)色區(qū)域表示受Reader-to-Tag干擾的影響，綠色區(qū)域表示受Reader-to-Reader干擾的影響，黃色區(qū)域表示同時(shí)受到Reader-to-Tag干擾和Reader-to-Tag干擾的影響。

　　圖9是當(dāng)3個(gè)reader工作在發(fā)射功率為2W，信道相同的情況下得到的區(qū)域分布圖。  

　　圖10是是當(dāng)3個(gè)reader工作在發(fā)射功率為2W，相鄰1個(gè)信道的情況下得到的區(qū)域分布圖。 
 

　　圖11是當(dāng)3個(gè)reader工作在發(fā)射功率為2W，相鄰3個(gè)信道的情況下得到的區(qū)域分布圖。 
 

VI.    結(jié)論：

　　在超高頻射頻識(shí)別系統(tǒng)中，Reader-to-Reader干擾和Reader-to-Tag干擾的存在將會(huì)嚴(yán)重影響了RFID網(wǎng)絡(luò)的讀寫(xiě)性能。在允許讀寫(xiě)器長(zhǎng)時(shí)駐留在固定信道的規(guī)范（如ETSI）中，將讀寫(xiě)器合理分配到各個(gè)信道能夠有效消除這些干擾，在限制駐留時(shí)間的規(guī)范（如FCC, 中國(guó)）中，如何確定巧妙的調(diào)頻策略，從而達(dá)到讀寫(xiě)器之間相互干擾最小，RFID系統(tǒng)的覆蓋范圍達(dá)到最大，也將是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題。