1.    介紹：

　　射頻識別(RFID)技術是一種自動識別技術，己經有幾十年的歷史了，并被廣泛應用于動物識別、鐵路車皮識別、自動高速公路收費、航空行李處理、資產跟蹤、公共交通等[1]。MIT的Auto-ID中心提出了產品電子編碼(EPC)的概念[2]，把類似于條形碼編碼的產品電子編碼(EPC)存儲在電子標簽(Tag, or Transponder)中，電子標簽貼在物體上，閱讀器(Reader, or Interrogator)通過電磁波從讀出編碼，通過這種方式可以識別物體。圖1是超高頻射頻識別系統的組成，電子標簽貼在物品表面，閱讀器和標簽之間通過電磁波進行通信，閱讀器獲取的EPC編碼傳輸到主機中，從而識別物品。當電子標簽的成本很低時，可以取代條形碼。 
 

　　為了減小電子標簽的成本，通常基于EPC的電子標簽沒有電池，而是從閱讀器發送的電磁波中獲取能量，電子標簽沒有發射電路，而是采用反射入射電磁波的方式把EPC編碼發送給閱讀器。

　　由圖1所示，射頻識別系統的主要內容包括閱讀器和電子標簽兩個部分，兩者之間是在閱讀器和電子標簽的天線以及無線信道中建立通信的。圖2是射頻識別系統的工作機制，閱讀器和電子標簽之間通過電磁波進行通信，通信的時序大體上可以分為三個階段:閱讀器的偵聽模式，閱讀器到標簽的通信，標簽到閱讀器的通信。閱讀器的偵聽模式是閱讀器先在某個工作信道上偵聽是否有其他閱讀器在工作，假如沒有其他閱讀器占用該信道，則閱讀器發送一個指令給標簽，然后發送一個無調制的載波，此時標簽反射這個無調制的載波，從而把信息發送給閱讀器。閱讀器與標簽之間主要為兩個通信過程:第一個通信過程是閱讀器發送一個調制的載波給標簽，如OOK，此時電子標簽從電磁波中獲取能量，并解調閱讀器發射的信號，得到閱讀器的指令;第二個過程是標簽獲得閱讀器的指令以后，根據指令的內容，經過標簽內閱讀器狀態機的轉換，把標簽的內容通過后向散射(Backscatter )的方式傳輸給閱讀器，而此時閱讀器發送無調制的載波用以提供標簽工作需要的能量，以及標簽反射需要的電磁波載體。 
 

II.    系統原型及考察目標：

　　當空間距離很近的多個reader同時工作時，tag能夠以相當的能量接受到多個reader發送的信號，這時tag無法從混合的信號中得到正確的命令，就會發生Reader-to-Tag干擾。
當一個reader接受與其通信的tag的返回信號時，tag的返回信號中可能摻雜著其他reader發送的查詢信號，如果其他reader發送的信號相對于tag的返回信號足夠大，那么這時就會發生Reader-to-Reader干擾。

　　Reader可以工作在多個信道上，圖3是CEPT標準下10個可用的信道。圖4是工作在某個信道上的reader對相鄰信道和其它的干擾情況。由此，我們可以得出，通過信道劃分可以使多個reader同時正常工作。所以，Signal-to-Interference Ratio(SIR)的門限值不會產生Reader-to-Tag干擾或Reader-to-Reader干擾成為我們研究的重點。 
 

III.    仿真模型：

　　干擾的鏈路級仿真是在MATLAB/Simulink平臺上進行的。在系統研究的基礎上，提取每個模塊的關鍵參數，舍棄了部分非關鍵因素。

　　Reader發射電路的模塊包括：(1)信號源，用于產生閱讀器發射所需要的編碼，其關鍵參數是編碼方式，和數據速率，產生偽隨機編碼:(2)升余弦濾波器，用于對發射基帶信號進行波形整形，其關鍵參數是過采樣率，延遲時間，滾降因子;(3)希爾伯特變換器，用于產生實部和虛部信號，經過調制疊加后，產生單邊帶信號，其關鍵參數是決定抑制度的階數; (4)相位噪聲，(5)調制深度

　　Reader接受電路的模塊包括：(1)相干解調器，用于解調接受信號；(2)LPF，用于對解調得到的基帶信號進行低通濾波，其關鍵參數是FIR濾波器的階數，通帶帶寬，截至頻率和紋波系數；(3)判決器，用于對經過LPF的信號進行高低判決；(4)Miller解碼器，用于對基帶信號進行Miller解碼。

　　Tag發射電路的模塊包括：(1)信號源，用于產生tag反向散射所需要的編碼，其關鍵參數是編碼方式，和數據速率，產生偽隨機編碼；(2)反向散射機制，用于選擇反向散射機制，本仿真中認為發送‘1’時為全反射，發送‘0’時為全匹配。

　　Tag接收電路的模塊包括：(1)包絡解調器，用于對接受到的UHF信號進行包絡解調，其關鍵參數時RC電路的沖放電時間和衰減系數；(2)LPF，于對解調得到的基帶信號進行低通濾波，其關鍵參數是FIR濾波器的階數，通帶帶寬，截至頻率和紋波系數；3)判決器，用于對經過LPF的信號進行高低判決；(4)PIE解碼器，用于對基帶信號進行PIE解碼。 
 

IV.    仿真結果及有效性分析：

　　誤碼率用來評價通信系統建立連接的質量，而衡量通信系統誤碼率性能的指標是信噪比的大小[3]。射頻識別系統的誤碼率包括兩個方面:一是閱讀器發送到電子標簽的信噪比，二是電子標簽發送數據到閱讀器的誤碼率。當閱讀器發送到電子標簽時，信噪比可以稱之為載波比，是一個大信號，因此，即使通信距離達到20米，標簽接收到信號的信噪比很高，足以滿足電子標簽檢波的需要。

　　閱讀器發送到電子標簽的編碼為PIE編碼，而標簽把數據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]，可以推導得到在匹配濾波器解調的方式下，兩種編碼的誤碼率公式分別為:

　　由公式(1)，(2)得到，發送n bits數據的正確概率 為：

V.    場景分析：

　　利用以上仿真得到的結論，我們考慮一個具體reader部署方案的性能。 
 

　　RFID網絡中共有3個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，其中紅點表示天線。通過仿真軟件Radio Propagation Simulation（RPS）可以得到空間中各點的信號功率大小，然后利用鏈路級仿真的結果，就可以得到空間中各區域的分布情況。其中棕色區域表示tag可以被可靠的讀取，深藍色區域表示tag不能被讀取，淺藍色區域表示受Reader-to-Tag干擾的影響，綠色區域表示受Reader-to-Reader干擾的影響，黃色區域表示同時受到Reader-to-Tag干擾和Reader-to-Tag干擾的影響。

　　圖9是當3個reader工作在發射功率為2W，信道相同的情況下得到的區域分布圖。  

　　圖10是是當3個reader工作在發射功率為2W，相鄰1個信道的情況下得到的區域分布圖。 
 

　　圖11是當3個reader工作在發射功率為2W，相鄰3個信道的情況下得到的區域分布圖。 
 

VI.    結論：

　　在超高頻射頻識別系統中，Reader-to-Reader干擾和Reader-to-Tag干擾的存在將會嚴重影響了RFID網絡的讀寫性能。在允許讀寫器長時駐留在固定信道的規范（如ETSI）中，將讀寫器合理分配到各個信道能夠有效消除這些干擾，在限制駐留時間的規范（如FCC, 中國）中，如何確定巧妙的調頻策略，從而達到讀寫器之間相互干擾最小，RFID系統的覆蓋范圍達到最大，也將是一個值得關注的問題。