无源物联网低功耗标签性能提升与单天线定位方法研究

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无源物联网的标签摆脱了对电源的依赖,具有体积小及成本低的优点,适用于仓储等需要密集部署的行业,通过在货品上附着标签,并与标签通信或对标签定位,可实现对货品远距离的查询和搜寻,提升工作效率,节约人力成本。然而,传统射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)标签的通信距离有限,不能适用与大范围的仓储场景,造成这一问题的原因在于:其一,在下行链路上,低功耗限制使得标签解调电路灵敏度低,当阅读器的指令信号由于距离提升而变弱时,将解调失败;其二,在上行链路上,RFID标签采用了幅度调制的反向散射方法,这会引起反射信号和原始载波的同频干扰,使收到的反射信号受到载波影响,降低了反射距离,虽然RFID系统使用了昂贵的硬件减弱同频干扰的影响,但并不能完全消除。因此,在下行链路上,本文提出一种基于对数转换的解调方案。以d Bm为单位的对数形式下,调幅的指令信号在幅度上的变化将更容易区分,尤其是信号较弱的情况下,并且对数转换硬件的功耗远低于放大器硬件,因此可以实现低功耗、高解调灵敏度的解调检波电路。并使用了移频反向散射的调制方法,使散射信号和载波信号处于不同频段,完全消除了同频自干扰。现有的标签定位方法大多针对RFID,并不能适用于移频调制的标签,此外大多数定位方法设备成本较高,例如需要宽带接收机或天线阵列,不利于推广商用,针对这一问题,本文对现有方法进行了改进,使用一般商用设备,即用单天线单设备对移频标签进行角度估计,并设计定位模型实现定位。实验证明,本文提出的检测电路设计在静态功耗仅提升0.3(2的情况下,将解调信号的信噪比提升了至少3d B,以微小的功耗换取灵敏度大幅提升。其次,本文的定位方法在单设备、单天线的条件下,横纵距离50米(直线距离约70.7米)处的定位误差仅7%。
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