关键词:
超高频RFID
多天线覆盖技术
空时分集检测
低成本阅读器
摘要:
随着第五代移动通信和物联网技术的不断发展,射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)凭借其独特优势在“万物互联”新时代扮演重要角色;同时国内集成芯片产业逐步兴起,国产低成本RFID芯片迎来了广阔的市场和迭代机遇。但在物流仓储等智能化管理应用中,受ISM频段(Industrial-Scientific-Medical Band)发射功率限制和复杂多变的检测环境影响,标签漏读情况时有发生。
本文针对超高频RFID检测系统的漏读问题和低成本RFID芯片的固有缺陷,通过理论研究、仿真分析和实际测试相结合的研究方法,在分析系统链路预算的基础上,提出基于随机变量的检测成效预测方法和异极化收发的载波干扰抑制策略,并在分析标签散射信号能量分布规律的基础上,提出并实现了基于空时分集的多天线检测方案,最后搭建标签静态和动态测试平台并进行实验验证。具体工作如下:
(1)超高频RFID系统检测成效分析及预测方法研究
针对超高频RFID通信链路从损耗机理和电磁仿真两个方面开展检测成效分析。首先介绍了超高频RFID系统组成和链路预算,着重分析了同频收发检测系统的载波自干扰问题和多径效应所造成的检测盲点问题;然后根据无源超高频RFID标签的检测机理,提出了基于随机变量的检测成效预测方法,以此对比分析了收发合路与收发分离这两种阅读器架构的性能。分析结果表明,在多天线检测场景中采取收发分离式架构的RFID检测系统,具有更灵活的检测策略和更好的预期性能。
(2)基于国产低成本RFID芯片的双天线收发分离式系统设计
根据收发分离式阅读器架构特点,本文基于国产RFID芯片设计了一款最大发射功率30dBm的收发分离式阅读器模块和一款圆极化可重构收发天线,在此基础上采用异极化收发策略,搭建了双天线超高频RFID检测系统,在通道式检测场景中实现了 40 dB以上的载波干扰抑制;同时为检验低成本芯片的长期工作稳定性,本文使用C#语言设计了具备自动测试和数据采集功能的上位机软件。初步测试结果表明,所设计的双天线收发分离式系统具备正常的检测功能和较好的工作稳定性。
(3)超高频RFID多天线空时分集检测方案研究与分析
针对低成本RFID芯片接收灵敏度差的缺陷,本文通过仿真和实际测试分析了标签散射信号的能量分布规律,然后提出了空时分集的多天线检测方案,并据此设计出一款多路射频开关矩阵,最后面向实际应用场景,搭建无源标签的静态和动态测试平台以验证所提方案的有效性。测试结果表明,本文所提出的基于空时分集的多天线检测方案,对于采用低成本RFID芯片的阅读器系统,可以有效提高标签返回信号功率、弥补芯片固有缺陷,从而改善其检测性能。
总之,本文针对低成本RFID芯片输出功率低、接收灵敏度差等缺陷,面向超高频RFID的物流管理应用,提出了基于随机变量的检测成效预测方法和异极化收发的载波自干扰抑制方案,设计了收发分离式阅读器模块、圆极化可重构天线和多路射频开关矩阵,并搭建了基于空时分集的多天线检测系统,有效提升了低成本RFID系统的检测性能,为RFID国产化在物流管理等领域的应用提供有益参考。