本文上一部分介紹了UHF RFID鏈路概念與典型的無線通信系統(tǒng)。

　　如果RFID系統(tǒng)只是發(fā)射UHF連續(xù)波信號，那么P_N,pn電平將隨時(shí)延發(fā)生很大的變化。在最壞的情況下，即ωΔt采用等式7中的[(2n - 1)π/2值，其中n是正整數(shù)，Tx泄漏信號的最大相位噪聲可以近似表示為：

　　如果發(fā)射和接收使用相同的本振，那么接收信號的相位噪聲就與本振相關(guān)，其關(guān)聯(lián)程度取決于兩個(gè)信號之間的時(shí)間差。如果時(shí)間差很短，那么相應(yīng)效應(yīng)將極大地縮簡基帶的相位噪聲譜。在諸如RFID等雷達(dá)應(yīng)用中，這種相位噪聲減弱效應(yīng)被稱為范圍關(guān)聯(lián)12。根據(jù)參考文獻(xiàn)12，偏移頻率Δf_c、來回時(shí)延Δt時(shí)的基帶功率譜密度可以通過查閱第88頁上的等式10得到。

　　圖4所示例子就是本地振蕩器本身的典型功率譜密度以及由于與來回延時(shí)1m關(guān)聯(lián)的范圍引起的相位噪聲抑制效應(yīng)。本振的典型功率譜密度是考慮了先進(jìn)的UHF RFID本振性能后選擇的。針對不同偏移頻率的范圍與相位噪聲關(guān)聯(lián)效應(yīng)可以用等式10進(jìn)行估計(jì)。例如，當(dāng)偏移頻率為10Hz時(shí)，相位噪聲可降低130dB。相位噪聲的下降正比于來回時(shí)延r的平方以及偏移頻率Δf_c的平方。由于Tx泄漏信號和本振信號之間的來回時(shí)延很短(小于1m)，因此相位噪聲效應(yīng)可以被顯著降低。

　　由于范圍關(guān)聯(lián)導(dǎo)致的相位噪聲下降還取決于濾波器帶寬。在160kb/s數(shù)據(jù)速率條件下測得的相位噪聲減少值如參考文獻(xiàn)6中所示。測得的值是41dB，幾乎與本文報(bào)告的結(jié)果相同。如圖5所示，Tx泄漏信號的相位噪聲電平要高于熱噪聲，以至于RIR主要取決于Tx/Rx隔離度，并證實(shí)了作者的假設(shè)-Tx泄漏信號的相位噪聲是決定RIR的主導(dǎo)因素。對于閉環(huán)鎖相環(huán)(PLL)來說，相位噪聲的功率譜密度將經(jīng)過PLL傳輸函數(shù)的過濾，因此相位噪聲效應(yīng)會(huì)變得小許多。這樣，針對開環(huán)壓控振蕩器(VCO)的結(jié)果就代表了最壞情況。

　　RIR等式可以從等式9推導(dǎo)得到。ASK情況下的后向散射信號X_M(t)可以被表示為：

其中

A_M = 后向散射信號的幅度,

s(t) = RFID標(biāo)簽的二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列0和1，

2r/c = RFID閱讀機(jī)和RFID標(biāo)簽之間的來回時(shí)延。再次利用Friis電磁波傳播公式可以得到A_M：

　　在使用正交接收器時(shí)，接收信號(等式6)和(等式11)及本振信號(等式5)將被混頻處理，輸出經(jīng)過低通濾波，最終形成的基帶信號分別為：

　　一般來說Tx泄漏幅度A_U要大于后向散射信號電平A_M，并且可以忽略接收信號對相位噪聲的影響。這樣，最小可實(shí)現(xiàn)的信噪比可近似表示為等式15，該等式給出了RFID閱讀機(jī)信噪比值的下限。在采用ASK時(shí)，將等式12代進(jìn)等式15就可以得到RIR為：

　　與FIR不同的是，RIR取決于多種參數(shù)，如閱讀機(jī)天線增益、環(huán)形器性能及本振相位噪聲。圖6表明RIR是Tx/Rx隔離度的一個(gè)函數(shù)。不良的環(huán)形器隔離性能不僅會(huì)降低RFID閱讀機(jī)的靈敏度，而且會(huì)使接收器前端電路飽和。因此不良隔離性能被認(rèn)為是RIR縮短的主要原因。換句話說，推薦使用大的隔離系數(shù)來增大RIR。提高隔離度的簡易方法是Tx和Rx分別采用獨(dú)立的天線。然而，這樣做會(huì)使RFID閱讀機(jī)的體積和成本增加。鐵氧體材料的環(huán)形器或有源CMOS環(huán)形器也可以減輕這個(gè)問題，但閱讀機(jī)成本的增加和環(huán)形器不良隔離性能是主要的障礙。

　　圖6也顯示了閱讀機(jī)天線增益對詢問距離的依賴性。在相同的EIRP下，RIR計(jì)算中使用了13dBi和4dBi的不同天線增益值。在天線增益為13dBi的情況下的RFID閱讀機(jī)發(fā)射功率要低于4dBi增益時(shí)的功率。因?yàn)樵黾影l(fā)射機(jī)功率也會(huì)導(dǎo)致Tx泄漏功率增加，因此在增加RIR方面13dBi的天線增益案例要比4dBi天線增益案例更加有效。作者認(rèn)為這些結(jié)果有助于確定Tx/Rx隔離度和VCO相位噪聲等UHF RFID閱讀機(jī)規(guī)范。

　　在部署UHF RFID系統(tǒng)時(shí)，RFID閱讀機(jī)的詢問范圍是一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。為了保持RFID系統(tǒng)的良好性能和穩(wěn)定操作，首先應(yīng)深入理解FIR和RIR，本文提供的詢問范圍等式應(yīng)有所幫助。在本文中，它們的有效性通過FIR和RIR的數(shù)字結(jié)果顯示了出來。作者還專門分析了決定RIR性能的Tx泄漏功率和本振相位噪聲之間的關(guān)系。結(jié)果表明，RFID閱讀機(jī)的發(fā)射功率是決定FIR的主要因素，而閱讀機(jī)天線增益、本振相位噪聲和Tx/Rx隔離度是決定RIR的主要因素。這些結(jié)論可以成為RFID系統(tǒng)設(shè)計(jì)和部署的有用參考。

見等式10和15。

作者：Dr. Byung-Jun Jang

Dr. Hyun-Goo Yoon