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超高频RFID系统Capture效应下防碰撞算法研究及读写器码元同步器设计

李波  
【摘要】: 超高频无源RFID(Raido Frequency Identification)系统由于具有标签成本低、读写距离远、识别速度快等优点,在物流、零售等领域发展迅速,应用前景广阔。本文的研究内容是基于ISO18000-6C协议的超高频RFID系统中的两个关键技术Capture效应下的多标签防碰撞算法研究、读写器数字接收机中码元同步器设计。 Capture效应普遍存在于超高频无源RFID系统中,它通过将碰撞时隙转化为成功时隙从而提高了系统吞吐率。针对目前国内外对Capture效应的分析和建模尚不完善的问题,论文对Capture效应进行了理论建模,并通过蒙特卡罗仿真分析了各因素对Capture效应的影响,然后通过实际仓储环境下的测试验证了模型的准确性,测试结果表明,实测数据与模型仿真值的均方误差小于3%,相对传统模型(均方误差大于12%)有较大幅度的改善;继而以Capture效应为出发点,设计了新的标签估算算法及最佳帧长确定方法,在此基础上对随机型多标签防碰撞算法进行了改进,算法仿真结果表明,在Capture效应下,改进后的防碰撞算法可以使系统吞吐率提升至接近50%;最后对Capture效应下随机型防碰撞算法的系统性能极限进行了理论推导,结果表明,该极限由平均Capture概率决定。 相比于防碰撞算法是从MAC(介质访问控制)层入手来改善系统性能,高性能码元同步器设计则是物理层的手段。码元同步器是读写器数字接收机的一部分,数字接收机的主要任务是进行ADC后信号的码元数据率及相位同步、解调及解码,并提供对多数据率的支持,并兼容FMO/Miller编码方式。由于ISO 18000-6C允许标签返回数据率可以存在最大22%的偏差,因此码元频率及相位同步成为数字接收机设计的主要难点。传统的码元同步器多采用基于相关器的架构,其结构简单容易设计并实现,但资源消耗较大、同步精度有限。本文采用基于内插及数字PLL的码元同步器结构,很好地解决了上述问题。仿真结果表明,该结构比相关型码元同步结构(以采用12组相关器为例),数字接收机的PER性能更好,而且资源消耗是相关型码元同步器的50%以下。


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