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基于OPNET的RFID系统信道研究

来源:互联网
射频识别(Radio  Frequency  Identification,RFID)技术,作为一种非接触式自动识别技术,可以通过射频信号自动识别目标物体,获取相关数据,无手动接触,无光学可视性,完整信息输入和处理,操作快捷方便。此外,由于可以在技术上防止RFID系统被伪造和侵入,因此它还具有极高的安全保护能力。然而,RFID技术在实际制造业中的应用仍面临一些问题。例如,由于电磁干扰的影响,标签之间的碰撞概率很高,而且多径干扰严重,这使得RFID系统的整体效果具有很大的不确定性。性别。对于任何通信系统,信道都是不可或缺的部分。在RFID系统中,所有信息都在信道中传输,信道性能直接影响通信质量。因此,为了在有限的频谱资源上尽可能地提高通信质量并以大容量传输有用信息,有必要研究RFID系统的信道。1 RFID系统简介1.1  RFID系统的组成最简单的RFID系统由阅读器,标签和计算机通信网络组成,如图1所示。

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RFID标签:存储关于待识别物品的信息,通常放置在待识别物品上,并且其存储的信息通常可由读取器以非接触方式读取/写入。 RFID阅读器:阅读器是一种可以使用射频技术读/写标签信息的设备。读取器读取的标签信息可以通过计算机和网络系统进行管理和传输。计算机通信网络:在射频识别系统中,计算机通信网络通常用于管理数据并完成通信传输功能。读取器可以通过标准接口连接到计算机通信网络,以进行通信和数据传输功能。 1.2  RFID系统的基本原理RFID系统的工作原理如下:读写器通过发射天线发射一定频率的射频信号。当标签进入发射天线的工作区域时,标签被激活,并且其自己的信息代码通过内置天线发送。在读取器获取标签信息代码并对其进行解码之后,将标签信息发送到计算机进行处理。从图1中可以看出,在RFID系统的工作过程中,数据总是通过基于能量的特定时间序列进行交换。   2 OPNET简介OPNET(优化的 网络 工程 工具)使用有限状态机对协议和其他进程建模,提供核心库函数,并完全支持协议编程。使用基于分组的通信机制,离散时间驱动机制和面向对象的仿真方法是系统和网络算法仿真的理想工具。利用OPNET模拟RFID系统网络,可以直观地模拟标签与阅读器之间的通信过程,准确建立符合协议标准的模型,OPNET提供了丰富的测试和参数统计工具。 OPNET采用三层建模机制,最低层为过程模型,状态机用于描述协议。第二个是节点模型,它由相应的协议模块组成,以反映设备特性。最上层是网络。使用“过程编辑器”,“节点编辑器”和“项目编辑器”编辑模型。 OPNET建模机制框架如图所示。

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OPNET仿真步骤如图所示。

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3 信道研究RFID系统基于电磁耦合原理,利用电磁场或电磁波作为传输手段,完成非接触双向通信,获取相关数据。换句话说,标签和阅读器之间的数据传输是通过空气介质以无线电波的形式进行的。 3.1 自由空间传播损耗自由空间不考虑任何大气影响并且不受障碍物阻挡,因此自由空间传播损耗计算如下:

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其中:d是距离。由于自由空间没有阻塞,电磁波传播只是直接的,没有其他现象。然而,在室内环境中,由于墙壁,门,窗和其他物体的存在,电磁波以直接波和多个反射波,透射波和由物体边缘的衍射产生的衍射波传播。这导致室内无线电波传播的多样性和复杂性。因此,在这种情况下研究信道时,需要考虑多径,噪声等对通信质量的影响。 3.2  BPSK调制信号通过高斯白噪声信道和瑞利信道BPSK是用二进制数字信号控制载波的两个相位,通常两个相位用π弧度分开,例如,相位0和π分别代表二进制“1”和“0”。 3.2.1  BPSK调制信号通过高斯白噪声信道在通信系统中,噪声是一个随机过程。通过简单的计算很难预测某一时刻的噪声信号的强度。因此,从概率论的角度分析噪声。整个频谱都存在白噪声,因此任何通道都存在高斯白噪声。对于一维高斯随机变量x,如果其均值为μ且方差为Σ2,则随机变量x的概率p(x)为:在理解了信道的特征之后,信号通过后的误差率通过渠道进行模拟。分析。在本文中,Matlab附带的Simulink模块用于通过高斯白噪声信道模拟和分析BPSK调制信号的性能。系统组成如图4所示。

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产生的误码率数组存储在由OPNET的调制 曲线生成的EMA代码中,并命名为bpskawgn。 3.2.2 通过瑞利信道的BPSK调制信号如果随机变量r服从瑞利分布,则其概率密度函数为0,方差等于(4-π)Σ2/2。通过使用Matlab附带的Simulink模块模拟通过瑞利信道的BPSK调制信号的性能。得到的误码率数组存储在由OPNET的调制 曲线生成的EMA代码中,并命名为bpskrayleigh。得到的调制曲线如图9所示。  4 两种信道下RFID系统性能分析通过在OPNET上构建的RFID软件仿真平台中设置调制参数来设置不同的信道模型。从上述两个图的比较可以看出,在瑞利信道中,识别标签所花费的时间很长并且碰撞的数量很大。因此,当在研究室中使用复杂的RFID系统时,应考虑不同信道的影响以建立适当的传播。模型。掌握准确的传播模型为研究无线电波的传播奠定了坚实的基础,这对提高RFID系统的通信能力具有重要意义。  5 结论本文比较了高斯白噪声信道和瑞利信道对基于OPNET的RFID仿真平台上RFID系统的影响,得出瑞利信道对RFID系统通信质量影响较大的结论。通过分析和比较两个通道下误码率与信噪比的关系,建立合适的传播模型,提高RFID系统的通信能力具有指导意义。 1
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