面向物联网的无源UHF RFID系统传播模型及识别范围预测研究

The motivation of this project is the drawbacks in the existing passive UHF RFID propagation models,which are out of actual application environment,restricted by many conditions,lack of precision and the identification range is often over- estimated,quality parameters of performance evaluation for RFID tags are defined imperfectly and difficult to quantify.A novel electromagnetic modeling of passive UHF RFID systems is proposed by reciprocity theory, the black-box global electro- magnetic theory and the mechanism of general passive RFID operating, taking into account the real application environment of the Internet of Things.Based on this, radio link budget, path loss, the reader received power,the tag received power and identifi- cation distance for passive UHF RFID systems are studied under dynamic multipath propagation environment. Furthermore, a set of qulity parameters are introduced to quantify and evaluate the performance of passive RFID tags. In this project, our objective is to improve the accuracy and generality of propagation model for passive UHF RFID systems under the real Internet of Things environment, and to obtain relatively accurate estimating methods of identification distance for passive UHF RFID systems and perfect measures of performance quantified and optimized for passive tags.The research results can provide references and helps to the application of Internet of Things and RFID technology.

本项目针对RFID系统现有电波传播模型脱离实际应用环境、受限条件多、不够精准，系统识别范围预测偏差大，标签性能评价质量参数定义不完善及难以量化等问题提出解决方案。拟通过互易理论、黑匣子全局电磁场理论和无源RFID运行机理，考虑到物联网真实应用环境，对无源超高频RFID系统进行全新电磁建模。在此基础上，研究无源UHF RFID动态多径传播环境下系统链路预算、路径损耗、阅读器/标签接收功率和系统识别距离。此外，定义一组质量参数来量化及评价无源RFID标签性能。 通过本项目研究，提高物联网真实环境下的无源超高频RFID系统电波传播模型的精准度和通用性，并得到相对准确的无源超高频RFID系统识别距离预测方法和无源标签性能量化及优化方法。研究结果将对物联网RFID技术应用提供参考和帮助。

在 “互联网+” 和“网络强国”的国家信息化战略背景下，物联网发展受到了国家各个层面的高度关注。RFID（射频识别）作为物联网的核心驱动技术，已被列为21世纪十大重要技术之一，但其应用基础技术研究还存在着大量尚未解决的关键问题。本项目针对RFID系统现有电波传播模型脱离实际应用环境、受限条件多、不够精准，系统识别范围预测偏差大，标签性能评价质量参数定义不完善及难以量化等问题提出了解决方案。本项目主要完成的工作如下：.（1）针对自由空间模型在预测射频识别系统识别距离时存在的偏差，综合考虑射频识别系统应用的多径传播环境，建立了一种无源超高频（UHF）射频识别系统电波传播模型，并重点分析了前向链路路径损耗的主要影响因素及其计算方法。基于该电波传播模型，探索性地提出实际环境下的无源超高频射频识别应用模拟思路。.（2）基于全局性电磁场观点和黑匣子理论，探索RFID系统中磁场与电路的内在联系，发现了联系它们之间的桥梁，并推导出一系列UHF RFID调制散射公式；初步提出了物联网真实环境下的无源超高频RFID系统电波传播模型。.（3）提出若干面向物联网环境下的高性能UHF RFID防碰撞算法，以及构建了无源UHF RFID防碰撞算法仿真平台。.（4）考虑到实际物联网环境，针对ETC 应用场景具有几何共性的特点，基于电波传播的几何光学方法，通过对标签接收多径射线的构成进行分析，融入场景几何特征和天线射频特征参数，提出了一种新的RFID系统识别距离的预测方法。.（5）引入了若干质量参数，初步完成无源UHF RFID标签性能评价及优化方法。.（6）提出一系列新颖无源RFID阅读器、标签天线和UWB天线几何结构。.（7）在交叉学科研究领域，制备了一系列光磁双功能材料或器件，这些材料可以应用于磁光或光电等传感器中。.通过本项目研究，提高了物联网真实环境下的无源超高频RFID系统电波传播模型的精准度和通用性。此外，在天线及其交叉学科研究领域也取得一些研究成果。这些研究成果将对物联网RFID技术应用提供参考和帮助。