[发明专利]自由空间中超高频射频识别系统电波传播仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线通信技术领域的仿真方法，具体的是一种自由空间中超 高频射频识别系统电波传播的仿真方法。

背景技术

无线射频识别技术(RFID)是一种非接触式的自动识别技术，近年来得到了 迅速发展。计算机仿真是研究射频识别系统电波传播特性的重要手段。在实际运 用中，需要根据射频识别系统的工作原理，使用合适的仿真方法对实际系统的工 作特性进行计算机仿真。一种简单易行、又能体现各种实际情况下系统工作特征 的仿真方法是非常重要的。

经对现有技术文献的检索发现，Klaus Finkenzeller等在<RFID Handbook>(射 频识别系统手册，2003年出版)一书中<Chapter 4 Physical Principles of RFID System>(射频识别系统物理层，61页至161页)提出基于结合反向散射原理自由 空间中单阅读器和电子标签系统的仿真方法。然而在该方法中电子标签和阅读器 者均处于相对固定的位置，无法根据实际应用环境作调整；同时该方法缺少对天 线极化因素的考虑，而在实际应用中，天线的极化因素对系统的工作状态有很大 影响。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种自由空间中超高频射频识别系统电波 传播仿真方法，使其在现有技术的基础上，能有效地体现阅读器和电子标签的相 对位置和相对角度，天线的极化种类和天线的方向图函数等特性对系统工作状态 的影响，同时保证了相当高的计算效率。这是传统的射频识别系统仿真方法无法 达到的。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

第一步：采用现有技术(如通过实测)确定阅读器天线和电子标签天线的方 向图函数，形成阅读器天线和电子标签天线的方向图函数的数据文件。

在实际仿真系统确定的情况下，通过实测的方法确定系统中的阅读器天线和 电子标签天线的方向图函数，即确定和。其中，为 阅读器天线的方向图函数，为电子标签天线的方向图函数。

第二步：采用现有技术(如通过实际系统的技术手册或者实测)确定阅读器 天线和电子标签天线的极化种类，通过分析两者极化种类间关系，确定极化衰落 因子γ。

在实际仿真系统中，确定阅读器天线和电子标签天线极化方向对于信号衰减 的影响。阅读器天线和电子标签天线可能为线极化、圆极化或椭圆极化。发射天 线的极化方向和接收天线的极化方向对于两者间的信号衰减影响很大。当两个线 极化天线极化方向相同，两者间信号功率衰减最小；相反，当极化方向为90° 或270°时，两者间的信号功率衰减最大。圆极化或椭圆极化分解成线极化进行 分析。极化方向相互垂直的两个天线，两者之间由于极化造成的信号功率衰减为 20dB，γ＝0.01。一个线极化天线和另一个圆极化天线，两者之间由于极化造成 的信号功率衰减量为3dB，γ＝0.5。

第三步，建立坐标系，表征电子标签和阅读器天线的相对位置和相对角度。

为了在仿真中体现电子标签和阅读器天线的相对位置和相对角度，需要分别 建立直角坐标系和球面坐标系。为了减少计算量和参量个数，按如下方法建立坐 标系：以阅读器天线(半波振子)的中心点为原点，轴线为Z轴建立坐标系，用 五个参数来表征电子标签天线的位置和方向。

第四步，根据反向散射原理，结合前三个步骤的结果分析从阅读器到电子标 签的信号功率衰减，建立计算电子标签的接收信号功率的表达式，通过计算电子 标签的接收信号功率，得到实际系统中阅读器和电子标签处于不同位置和不同角 度下电子标签的接收信号功率，仿真实际系统的工作状态。

根据射频识别系统的工作原理，对于前向链路，电子标签天线的输入阻抗和 负载阻抗完全匹配，建立电子标签的接收信号功率的表达式：

式中，P_tag为电子标签的接收信号功率，实际系统中，这一功率必须大于一 定的门限值电子标签才进入工作状态，系统才能正常工作。所以这一功率决定了 电子标签的工作状态，也即系统的工作状态。γ为由第二步确定的极化衰落因子， R为电子标签天线和阅读器天线中心点距离，λ为系统工作波长。和分 别为阅读器和电子标签天线的角度参量。P_PA为阅读器天线输入功率。