多徑傳播環(huán)境下的無(wú)源UHF RFID系統(tǒng)電波傳播模型

唐志軍，吳笑峰，詹杰，胡仕剛，席在芳

1.湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，湖南湘潭 411201

2.湖南科技大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖南湘潭 411201

多徑傳播環(huán)境下的無(wú)源UHF RFID系統(tǒng)電波傳播模型

唐志軍1，吳笑峰1，詹杰2，胡仕剛1，席在芳1

1.湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，湖南湘潭 411201

2.湖南科技大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖南湘潭 411201

針對(duì)自由空間模型在預(yù)測(cè)射頻識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別距離時(shí)存在的偏差，綜合考慮射頻識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用的多徑傳播環(huán)境，建立一種無(wú)源超高頻射頻識(shí)別系統(tǒng)電波傳播模型，并重點(diǎn)分析了前向鏈路路徑損耗的主要影響因素及其計(jì)算方法?；谠撾姴▊鞑ツＰ停剿餍缘靥岢鰧?shí)際環(huán)境下的無(wú)源超高頻射頻識(shí)別應(yīng)用模擬思路。仿真和測(cè)量結(jié)果表明，該模型在預(yù)測(cè)無(wú)源超高頻射頻識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別距離時(shí)更為準(zhǔn)確。

射頻識(shí)別；傳播模型；多徑環(huán)境；路徑損耗；識(shí)別距離

1 引言

射頻識(shí)別（RFID）起源于20世紀(jì)40年代雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別過(guò)程無(wú)須人工干預(yù)。近年來(lái)，由于標(biāo)簽成本的大幅度降低，RFID應(yīng)用顯著增加[1-2]。通常，RFID系統(tǒng)可以分為有源和無(wú)源兩種，由于成本的關(guān)系，無(wú)源RFID系統(tǒng)更廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中。無(wú)源RFID系統(tǒng)是基于負(fù)載調(diào)制或反向散射調(diào)制（Backscattering）原理來(lái)工作的。目前，UHF頻段的無(wú)源RFID系統(tǒng)因其標(biāo)簽成本低、識(shí)別距離遠(yuǎn)，而具有巨大的市場(chǎng)和應(yīng)用潛力，其標(biāo)簽和閱讀器之間的通信是通過(guò)反向散射調(diào)制（改變反射系數(shù)）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。識(shí)別距離是RFID應(yīng)用需要重點(diǎn)考慮的性能指標(biāo)之一，它直接關(guān)系到RFID標(biāo)簽識(shí)別的可靠性，而這主要取決于對(duì)路徑損耗分析、鏈路預(yù)算和實(shí)際環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的影響等因素。

現(xiàn)有RFID信道模型大部分是基于弗里斯（Friis）公式的自由空間模型[3-8]，然而，這些模型僅適用于視距（LOS）、遠(yuǎn)場(chǎng)、無(wú)環(huán)境影響的理想條件下，借助該模型預(yù)測(cè)系統(tǒng)識(shí)別距離時(shí)偏差較大。由于識(shí)別距離受許多復(fù)雜因素的制約，如閱讀器性能、標(biāo)簽性能、產(chǎn)品包裝、材料、地面、墻面、周圍環(huán)境等因素。在影響RFID系統(tǒng)有效識(shí)別范圍預(yù)測(cè)眾多因素中，多徑傳播為決定性因素。盡管多徑傳播在移動(dòng)通信中得到廣泛研究，但由于RFID系統(tǒng)與移動(dòng)通信系統(tǒng)在應(yīng)用環(huán)境、識(shí)別距離和信號(hào)強(qiáng)度等方面存在顯著的差異，所以這些研究結(jié)果并不能直接應(yīng)用到RFID系統(tǒng)中。基于此，本文通過(guò)分析路徑損耗和多徑傳播環(huán)境的影響因素，給出實(shí)際環(huán)境下的RFID系統(tǒng)電波傳播模型，以提高系統(tǒng)識(shí)別距離預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

2 電波傳播模型

識(shí)別范圍是無(wú)源UHF RFID系統(tǒng)最重要的特征參數(shù)之一，它主要受限于標(biāo)簽剛好能夠從閱讀器獲取足夠的開啟功率的最大距離Rtag和閱讀器能夠檢測(cè)到標(biāo)簽反向散射信號(hào)的最大距離Rreader，系統(tǒng)的有效識(shí)別距離取這兩個(gè)距離的較小者[2]。而要準(zhǔn)確計(jì)算或預(yù)測(cè)系統(tǒng)識(shí)別距離，則需要建立符合實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的電波傳播模型。

2.1 自由空間模型

對(duì)于自由空間傳播環(huán)境，閱讀器到標(biāo)簽的無(wú)線鏈路中（前向鏈路），標(biāo)簽天線的接收功率Pr_tag可以用Friis自由空間方程來(lái)計(jì)算[2，9]：

其中，Preader為閱讀器發(fā)射功率，Greader為閱讀器天線增益，Gtag為標(biāo)簽天線增益，λ為工作波長(zhǎng)，R為閱讀器到標(biāo)簽的距離。而在標(biāo)簽到閱讀器的無(wú)線鏈路中（反向鏈路），對(duì)于無(wú)源UHF RFID系統(tǒng)，該鏈路為反向散射鏈路，當(dāng)閱讀器發(fā)射和接收采用同一天線時(shí)，根據(jù)雷達(dá)模型則閱讀器的接收功率Pr_reader計(jì)算公式可表示為：

其中，σ為標(biāo)簽的雷達(dá)截面。

2.2 多徑環(huán)境下的無(wú)源UHF RFID傳播模型

綜合考慮RFID實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，通過(guò)修改Friis自由空間傳輸方程，則前向鏈路中標(biāo)簽的接收功率Pr_tag可以表示為：

其中，Greduction用來(lái)描述由于天線失諧、標(biāo)簽附著材料和其他干擾因素等所引起的增益縮減，Γ為標(biāo)簽的反射系數(shù)，Lcable為線路損耗，Lpath為系統(tǒng)的路徑損耗。標(biāo)簽的反射系數(shù)Γ可以用式（4）表示：

其中，ZA為天線的輸入阻抗，ZL為負(fù)載阻抗。

在反向散射鏈路中，通過(guò)修改單站雷達(dá)方程，則閱讀器的接收功率Pr_reader可以表示為：

通常，標(biāo)簽的雷達(dá)截面可以分解為結(jié)構(gòu)模式和天線模式。結(jié)構(gòu)模式獨(dú)立于天線負(fù)載，而天線模式與負(fù)載有關(guān)，因而，反向散射功率的結(jié)構(gòu)模式部分不可以被調(diào)制，調(diào)制的反向散射信號(hào)與雷達(dá)截面的天線模式部分成比例關(guān)系[10]。而標(biāo)簽的雷達(dá)截面可以表示為標(biāo)簽增益及其反射系數(shù)的函數(shù)：

其中，Γdiff為標(biāo)簽的差分反射系數(shù)，Γdiff=Γ1-Γ2，Γ1和Γ2分別為標(biāo)簽芯片在不同狀態(tài)下的反射系數(shù)，其大小取決于芯片負(fù)載情況[11]。由于標(biāo)簽天線的增益和阻抗與附著的材料相關(guān)，可以通過(guò)考慮天線增益和阻抗的變換來(lái)引入增益縮減系數(shù)Greduction。此外，由于材料的影響，實(shí)際環(huán)境中的反射系數(shù)相對(duì)自由空間定義的反射系數(shù)將發(fā)生變化，該變化包含在增益縮減中，Greduction可以表示為[12]：

其中，Gtag_material為考慮附著材料影響的標(biāo)簽增益，Gtag_free為自由空間下的標(biāo)簽增益?？紤]到上述參數(shù)分析，則閱讀器的接收功率Pr_reader可以進(jìn)一步修改為：

從式（3）和式（8）中可以看出，路徑損耗Lpath為系統(tǒng)模型的關(guān)鍵參數(shù)，基于此，下面綜合無(wú)源UHF RFID系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境和各種多徑條件來(lái)分析討論該參數(shù)。

3 路徑損耗計(jì)算方法

盡管大部分RFID是LOS通信系統(tǒng)，但環(huán)境反射的影響在應(yīng)用中必須加以考慮。式（3）和式（8）中的路徑損耗可以通過(guò)對(duì)地面、墻壁或其他物體的反射波建模來(lái)獲取，路徑損耗Lpath可以表示為：其中，d0為直接路徑的長(zhǎng)度，di為第i條反射路徑的長(zhǎng)度，k為波數(shù)，N為反射路徑的總數(shù)，ni_rad為歸一化天線散射模式，Γi_f為第i個(gè)波的菲涅耳反射系數(shù)?？紤]到閱讀器天線增益與方向性相關(guān)，Γi_f可以用式（10）來(lái)表示[13]：

其中，εc為地面的復(fù)介電常數(shù)，θi為入射角，p為極化相關(guān)因素，水平極化時(shí)p=1，垂直極化時(shí)p=1/εc。

當(dāng)僅考慮直接路徑時(shí)，該模型簡(jiǎn)化為自由空間模型?？紤]一個(gè)僅包含直接射線和地面反射的簡(jiǎn)單模型。對(duì)于典型的地面參數(shù)（介電常數(shù)εr=15，電導(dǎo)率σc= 0.005 S/m）和典型的天線離地高度（0.5～2 m），菲涅耳反射系數(shù)Γf幾乎是實(shí)數(shù)，最壞情況是Γf=-1。在平地模型中，當(dāng)系統(tǒng)的識(shí)別距離R遠(yuǎn)大于閱讀器天線離地高度(h1)和標(biāo)簽天線離地高度(h2)，即R>>4h1h2/λ時(shí)，路徑損耗可以簡(jiǎn)化為：

根據(jù)這些假設(shè)，對(duì)于平地模型，其路徑損耗指數(shù)因子（或系數(shù)）n=4。通常，n的取值主要取決于應(yīng)用環(huán)境。然而，在RFID實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，這些假定存在偏差，因?yàn)閷?shí)際距離往往小于開啟距離Rtag，其路徑損耗指數(shù)因子不同于自由空間(n=2)和平地模型(n=4)。在類似波導(dǎo)環(huán)境中，電磁波只沿一個(gè)方向傳播，路徑損耗可以通過(guò)距離的指數(shù)形式來(lái)描述。通常，RFID室內(nèi)環(huán)境中的路徑損耗計(jì)算可以根據(jù)經(jīng)典的雙斜率模型[14]獲得：

其中，n1為距離小于Rtag時(shí)的路徑損耗系數(shù)，α為距離大于Rtag時(shí)的路徑損耗系數(shù)，如平地模型α=4，Lobs為衍射和介質(zhì)衰減所引起的損耗。而包含在Lobs中的衍射損耗可以通過(guò)移動(dòng)通信廣泛使用的刀口模型來(lái)獲取，根據(jù)文獻(xiàn)[15]可以導(dǎo)出Lobs的表達(dá)式：

其中，υ＞-0.7，υ為障礙物的歸一化高度，其計(jì)算可以通過(guò)式（14）給出：

其中，hobs為直接路徑和障礙物邊緣之間的距離，d1為障礙物邊緣到閱讀器的距離，d2為障礙物邊緣到標(biāo)簽的距離。鑒于實(shí)際應(yīng)用中的無(wú)源RFID系統(tǒng)識(shí)別距離往往小于開啟距離Rtag，則式（12）可以簡(jiǎn)化為：

4 多徑傳播環(huán)境對(duì)系統(tǒng)性能的影響分析

圖1描述了前向鏈路的多徑情況：圖1（a）是包含直接路徑（LOS）的多徑信道情況；圖1（b）是小尺度衰落（快速衰落）情況，該多徑信道無(wú)直接路徑，標(biāo)簽接收來(lái)自地面和標(biāo)簽周圍物體反射與衍射的功率；圖1（c）是大尺度衰落（慢速衰落）情況，屬于多反射與多衍射信道，標(biāo)簽接收到的信號(hào)為遠(yuǎn)離標(biāo)簽障礙物的多重反射和多重衍射之和，與第二種情況相反，這些多重路徑經(jīng)歷不同的時(shí)間延遲，此外，閱讀器和標(biāo)簽之間的主要障礙物會(huì)引起大尺度衰落（也稱陰影衰落）。因此，路徑損耗隨識(shí)別距離急劇增大，以平均值為中心呈對(duì)數(shù)正態(tài)分布。第二種情況稱為小尺度衰落，它是指由于位置的微小變化而引起的信號(hào)幅度及相位的變化。慢衰落可以用分貝表示，將其增加到Lpath中來(lái)表示未知的總路徑損耗。由于標(biāo)簽的接收功率是一個(gè)隨機(jī)變量，快衰落的影響可以通過(guò)總的接收功率（隨機(jī)變量）而不是路徑損耗來(lái)建模。

圖1 前向鏈路各種多徑情況

首先分析快速衰落情況，離散信道的低通脈沖響應(yīng)hc(τ，t)可以通過(guò)若干個(gè)具有特定延遲和衰減的離散路徑來(lái)表征。許多向量遭到破壞或重構(gòu)導(dǎo)致了信號(hào)衰落。閱讀器和標(biāo)簽間不同傳播路徑的雜波程度產(chǎn)生隨機(jī)陰影影響，該隨機(jī)變量通常具有正態(tài)分布。與此相反，當(dāng)多徑傳播環(huán)境中LOS波占主導(dǎo)地位時(shí)，信號(hào)包絡(luò)線的振幅服從萊斯概率分布[16-17]。在快速衰落情況中，標(biāo)簽接收功率大于開啟功率Pth的概率可以由下列互補(bǔ)分布函數(shù)給出：

其中，Q1為馬庫(kù)姆函數(shù)，萊斯系數(shù)K定義為L(zhǎng)OS鏡面反射功率Plos與多徑漫反射功率Pdiffuse之比。K值越大，則LOS鏈路則越多。

在近LOS鏈路中，由于來(lái)自物體的多重反射信號(hào)和其他拓?fù)涮卣鞯淖兓邮展β蕪?qiáng)度隨時(shí)間和空間發(fā)生變化。接收信號(hào)強(qiáng)度的變化量取決于非視距（NLOS）的程度。因?yàn)樾枰~外的發(fā)射功率來(lái)保證特定電平的可用性（定義為檢測(cè)標(biāo)簽的概率），所以，當(dāng)天線接收到的信號(hào)電平低于預(yù)定電平時(shí)，通信則發(fā)生中斷。由于發(fā)射功率（即有效全向輻射功率，EIRP）受限于RFID法規(guī)，所以，該額外功率是很小的。因此，在非視距鏈路中提高可用性的關(guān)鍵是空間分集。如果沒(méi)有主導(dǎo)LOS波存在，即Plos=0或K=0，則可以通過(guò)增加大量獨(dú)立場(chǎng)分量來(lái)獲得hc(τ，t)，然后，hc(τ，t)被建模為一個(gè)零均值高斯過(guò)程，任何時(shí)間的包絡(luò)|hc(τ，t)|服從瑞利分布[18]。對(duì)于NLOS下的單輸入單輸出信道，隨機(jī)接收信號(hào)電平服從瑞利分布。標(biāo)簽的平均接收功率大于其開啟功率的概率可以用式（17）來(lái)表示：

在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，慢衰落可以解釋為大尺度內(nèi)的快衰落平均水平。而RFID應(yīng)用環(huán)境不同于移動(dòng)通信環(huán)境，由于其散射體的距離較低，所以該大尺度必須縮減[19]。正如前面所討論的，在RFID大部分應(yīng)用中，由于LOS周圍存在各種物體的阻擋，使得RFID環(huán)境為近LOS情形。RFID發(fā)射信號(hào)在到達(dá)接收端之前不是單一的散射機(jī)制，而是需要經(jīng)過(guò)多次反射、折射、衍射和散射。假定不存在LOS路徑，則接收信號(hào)Sr(t)、可以用所有路徑項(xiàng)的和來(lái)表示：

其中，ai為某個(gè)路徑幅度系數(shù)，表示各反射或衍射系數(shù)的級(jí)聯(lián)相乘，φit為相位，該相位與各路徑的行程差（相對(duì)直接路徑）、到達(dá)時(shí)間、波長(zhǎng)和周圍環(huán)境等因素相關(guān)。從而，幅度系數(shù)ai可以表示為：

其中，bij為瑞利分布隨機(jī)變量，M為沿路徑i的散射次數(shù)。這些多重散射會(huì)影響接收功率的平均值。功率的對(duì)數(shù)就是這些隨機(jī)變量的總和，根據(jù)中心極限定理，該功率服從高斯正態(tài)分布，即對(duì)數(shù)正態(tài)分布。然后，標(biāo)簽的平均接收功率大于其開啟功率的概率可以通過(guò)式（20）來(lái)求解[19]：

其中，erf(·)為誤差積分函數(shù)，s為用分貝表示的功率標(biāo)準(zhǔn)偏差。功率延遲分布P(τ，t)顯示標(biāo)簽天線的接收功率是不同路徑到達(dá)時(shí)間的函數(shù)?？梢詮念l率信道響應(yīng)的傅里葉逆變換來(lái)獲取脈沖信道響應(yīng)hc(τ，t)，而P(τ，t)可以通過(guò)式（21）獲得：

其中，τ為時(shí)間延遲，t為測(cè)量完成的時(shí)間點(diǎn)。若假定RFID是靜態(tài)的，則遍歷性條件滿足，P(τ，t)的平均值等于瞬時(shí)值。

延遲分布決定了頻率分散特性，也就是說(shuō)，兩個(gè)不同頻率信道衰落的相關(guān)程度。從平均P(τ，t)中可以獲得平均超量延時(shí)τm和均方根時(shí)延擴(kuò)展τr。τr是反射延遲的均方根或標(biāo)準(zhǔn)偏差，它可以通過(guò)式（22）獲取：

在一個(gè)高速數(shù)字系統(tǒng)中，該分散將經(jīng)歷頻率選擇性衰落和碼間干擾。典型UHF RFID應(yīng)用中，碼持續(xù)時(shí)間通常大于10倍τr，所以不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的碼間干擾。

另外一個(gè)重要的信道參數(shù)是相干帶寬Bcoh，定義為組件之間的自相關(guān)函數(shù)首次低于預(yù)定水平（通常為最大值的0.3倍）時(shí)的頻率間隔[14]。相干帶寬可以從實(shí)際測(cè)量中近似獲得：

基于上述關(guān)鍵參數(shù)分析，實(shí)際環(huán)境下的無(wú)源超高頻RFID系統(tǒng)應(yīng)用模擬思路可以描述為：①通過(guò)式（3）和雙斜率模型來(lái)計(jì)算每一個(gè)點(diǎn)的平均功率；②利用式（20）來(lái)計(jì)算近NLOS對(duì)數(shù)正態(tài)環(huán)境下的覆蓋概率；③用式（16）或（17）來(lái)分別計(jì)算萊斯或瑞利信道模型中的概率。

5 結(jié)果分析

基于平地模型，根據(jù)式（9）和（10），選擇離地高度相同的閱讀器天線和標(biāo)簽天線，路徑損耗和識(shí)別距離的關(guān)系如圖2所示。

從圖2中的仿真和測(cè)量結(jié)果可以看出，與自由空間模型相比，平地模型更接近實(shí)際，并且其對(duì)路徑損耗的預(yù)測(cè)值大于測(cè)量值。由于閱讀器天線帶寬減少了直接和反射波束的局部消除，所以一些具有相似延遲路徑的疊加引起預(yù)測(cè)與測(cè)量的偏差。盡管平地模型存在局限性，但其衰落位置的預(yù)測(cè)與測(cè)量基本保持一致。然而，對(duì)于更遠(yuǎn)的距離，需要考慮更多路徑來(lái)描述大衰落。此外，衰落幅度與頻率相關(guān)，對(duì)于不同的頻帶，最大和最小值的位置依賴于極化特性。因而，極化的多樣性可以有效防止多徑信道衰落。

根據(jù)式（12），對(duì)數(shù)標(biāo)度上的雙斜率模型闡明了路徑損耗對(duì)應(yīng)于一條斜率為n1的直線，該直線提供了隨機(jī)路徑損耗的平均值。這相當(dāng)于通過(guò)散射路徑損耗測(cè)量值擬合一條最小二乘線性回歸線，使得回歸線路徑損耗的均方差最小化。從該回歸中可以獲得不同離地高度天線的路徑損耗系數(shù)平均值n1，結(jié)果如圖3所示。從圖3中可以看出：平地模型預(yù)測(cè)的路徑損耗系數(shù)仿真值要比實(shí)測(cè)值低；多徑環(huán)境對(duì)較低離地高度天線影響較大，其路徑損耗系數(shù)大于2，當(dāng)天線離地高度增加時(shí)，其路徑損耗系數(shù)則趨向于自由空間的損耗系數(shù)值2；也就是說(shuō)，天線離地高度越低，對(duì)路徑損耗的影響就越大。此外，相對(duì)垂直極化，水平極化的路徑損耗系數(shù)曲線具有更多紋波。

圖2 路徑損耗與識(shí)別距離及天線離地高度的關(guān)系

圖3 路徑損耗系數(shù)與天線離地高度的關(guān)系

圖4顯示了基于雙斜率模型仿真計(jì)算與測(cè)量值之間的標(biāo)準(zhǔn)方差隨天線離地高度變化的關(guān)系，兩種極化的平均值接近2 dB，水平極化的方差要大于垂直極化的方差，這是因?yàn)閷?duì)于水平極化來(lái)說(shuō)，地面的反射系數(shù)是負(fù)的，其入射更接近正常地面入射。此外，可以通過(guò)圖4獲得功率標(biāo)準(zhǔn)偏差s。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)偏差與天線離地高度的關(guān)系

設(shè)定n1的值為2，標(biāo)簽天線增益為0 dBi，閱讀器天線增益為6.0 dBi，EIRP采用FCC-15規(guī)定的4 W來(lái)預(yù)測(cè)RFID系統(tǒng)的識(shí)別范圍。圖5描述了標(biāo)簽和閱讀器平均接收功率與識(shí)別距離的關(guān)系?？紤]到典型的標(biāo)簽開啟功率或靈敏度為-10 dBm左右，閱讀器的靈敏度為-80 dBm左右，從圖5中可以看出，影響RFID系統(tǒng)識(shí)別距離的通信鏈路主要是前向鏈路，即閱讀器到標(biāo)簽的通信鏈路。

圖5 平均接收功率與識(shí)別距離的關(guān)系

給定標(biāo)簽激活概率Prob(Preceive_tag＞Pth)=95%，根據(jù)式（3）、（16）、（17）和（20）可以得出RFID系統(tǒng)最大識(shí)別距離與有效全向輻射功率的關(guān)系如圖6所示。從圖6中可以看出，在EIRP一定的情況下，基于自由空間模型的識(shí)別距離最大，基于萊斯分布和瑞利分布的次之，而基于對(duì)數(shù)正態(tài)分布的識(shí)別距離與功率標(biāo)準(zhǔn)差s有關(guān)。

圖6 不同多徑信道的最大識(shí)別距離預(yù)測(cè)

該仿真結(jié)果顯示，通過(guò)自由空間模型計(jì)算的識(shí)別距離過(guò)于理想，偏差較大，基于萊斯分布、瑞利分布和對(duì)數(shù)正態(tài)分布的識(shí)別距離預(yù)測(cè)值更接近實(shí)際。此外，當(dāng)EIRP取值較小時(shí)，上述幾種情況的差別不明顯，當(dāng)EIRP取值較大時(shí)，則有明顯的差別。

6 結(jié)束語(yǔ)

基于自由空間和單站雷達(dá)模型，本文研究了多徑傳播環(huán)境下的無(wú)源超高頻RFID電波傳播模型，分析了多徑傳播環(huán)境對(duì)系統(tǒng)性能的影響。通過(guò)上述理論研究和實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果可以得出：（1）要正確地預(yù)測(cè)RFID系統(tǒng)識(shí)別距離，需要建立符合其實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的電波傳播模型；（2）路徑損耗是RFID無(wú)線鏈路預(yù)算中的關(guān)鍵參數(shù)，其計(jì)算方法取決于實(shí)際應(yīng)用的多徑條件；（3）鑒于閱讀器的靈敏度遠(yuǎn)小于標(biāo)簽的開啟功率，則影響RFID系統(tǒng)識(shí)別距離的通信鏈路主要是前向鏈路；（4）RFID應(yīng)用環(huán)境不是靜態(tài)的而是動(dòng)態(tài)的，標(biāo)簽接收功率是一個(gè)隨機(jī)變量，不同多徑傳播條件下的標(biāo)簽接收功率服從不同的統(tǒng)計(jì)概率分布。此外，基于多徑傳播環(huán)境下的電波傳播模型，本文為無(wú)源超高頻RFID系統(tǒng)提供一種新的應(yīng)用模擬思路。

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TANG Zhijun1,WU Xiaofeng1,ZHAN Jie2,HU Shigang1,XI Zaifang1

1.School of Information&Electrical Engineering,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan,Hunan 411201,China
2.School of Physics&Electronic Science,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan,Hunan 411201,China

There is a deviation in predicting identification distance of the radio frequency identification system for free-space model,a radio propagation model for passive UHF RFID system s is proposed by taking into full consideration to the application of RFID system in multipath propagation environment.Main affecting factors and its calculation methods of path loss are analyzed emphatically for the forward link of passive UHF RFID system s.Furthermore,a simulated method of passive UHF RFID applications in the actual environment is presented based on the proposed propagation model.The simulated and measured results show that the identification distance of passive UHF RFID is predicted more accurately by using the proposed model.

radio frequency identification;propagation model;multipath environment;path loss;identification distance

A

TN926

10.3778/j.issn.1002-8331.1311-0316

TANG Zhijun,WU Xiaofeng,ZHAN Jie,et al.Radio propagation model for passive UHF RFID systems in multipath propagation environment.Computer Engineering and Applications,2014,50（16）：25-30.

國(guó)家自然科學(xué)基金（No.61377024，No.61274026，No.61376076）；湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目（No.12A 045，No.12C0108）；湖南省科技計(jì)劃資助項(xiàng)目（No.2013FJ2011）。

唐志軍（1974—），男，博士，副教授，主要研究方向?yàn)镽FID技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、超寬帶天線、超低功耗微波器件等；吳笑峰，博士，副教授，主要研究方向?yàn)槌笠?guī)模模擬集成電路、超低功耗微波器件等；詹杰，博士，副教授，主要研究方向?yàn)闊o(wú)線定位技術(shù)、射頻天線等；胡仕剛，博士，副教授，主要研究方向?yàn)榧善骷煽啃苑治觯幌诜?，副教授，主要研究方向?yàn)閷拵ㄐ判盘?hào)處理方法。E-mail：zjtang@hnust.edu.cn

2013-11-21

2014-03-12

1002-8331（2014）16-0025-06

CNKI網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版：2014-03-19,http://www.cnki.net/kcms/doi/10.3778/j.issn.1002-8331.1311-0316.htm l