CRFID系统中能量利用率与通信吞吐量研究

作     者：吴昊 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵菊敏

授予年度：2019年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 

主      题：可计算射频识别 反向散射 有效吞吐量 能量利用率 

摘      要：随着工业物联网与大数据技术的发展,计算量和数据量的重要性明显增加。传统RFID技术能够提供的服务已经逐渐不能够满足应用层的需求,因此一种新兴技术——可计算射频识别（Computational Radio Frequency Identification,CRFID）得到了国内外研究人员的关注。CRFID标签是一种集感知计算、通信与获取能量于一体的无源设备,利用反向散射通信技术获取阅读器发出的超高频射频信号中的能量,进行自身的感知与通信。其片上加载了高性能MCU和多种传感器为CRFID标签的计算能力和感知能力提供了充足的保障,但是其功耗相对于传统RFID标签有很大增加,且会对CRFID系统整体的通信性能造成影响,因此CRFID标签的能量紧缺的问题和吞吐量低的问题成为CRFID技术发展的瓶颈。本文首先在通信协议上进行研究,重新设计了盘存阶段的时隙选择机制,让标签能够根据自身能量状态选择最合适的时隙进行上行数据传输,成功提高了CRFID标签的能量利用效率,避免处在通信范围边缘标签陷入“掉电死循环中。其次,本文在通信访问阶段针对标签上行链路大块数据传输出现的有效吞吐量低的问题进行研究,通过将大数据包分解成小数据包的方式降低误码率,并通过数据格式的设计让标签能够快速找到出错的数据并重传。减小了数据出错重传的代价,提高了CRFID系统的有效吞吐量。此外,本文对CRFID标签的硬件重新设计,通过利用多阻抗匹配电路实现了多进制幅度调制方式,提高了频谱的利用效率,成倍地提高了CRFID标签的吞吐量。在阅读器端,由于CRFID标签的无源特性,多进制幅度调制极易发生阻抗偏移的问题,本文针还对多进制幅度调制方式的解码也提出了解决方案,利用马尔科夫原理对偏移的反射信号采样值进行修正,提高了阅读器解码的成功率。最终本文在硬件上实现了CRFID标签的多进制幅度调制方式,并通过实验验证了优化协议的有效性和优越性,实验结果表明本文的设计对CRFID标签的能量利用率和有效吞吐量都有明显的提高。