Температура и влажность

Изменения температуры окружающей среды вызывают изменения параметров согласующих цепей и, следовательно, могут приводить к неэффективной передачи мощности. При этом системы с высокой добротностью из-за сдвига резонансной частоты могут подвергаться серьезной расстройке. Поэтому максимально по возможности должны применяться компоненты с низким температурным коэффициентом.

Влажность также может приводить к деградации характеристик. В общем случае эти эффекты наиболее вредны на высоких частотах.

3 Принципы радиосвязи

Связь между считывателем и меткой является неотъемлемой частью технологии RFID. Ранее были рассмотрены основы электродинамики, при помощи которых реализуется связь. Теперь мы рассмотрим собственно принципы связи.

После краткого рассмотрения методов анализа систем связи мы рассмотрим способы кодирования и модуляции, используемые в процессе связи в системе RFID. Завершим эту главу рассмотрением проблем надежности передачи данных, включая вероятность битовых ошибок (BER) и методы обнаружения ошибок.

При передаче информации нас, как правило, будут интересовать три основных параметра: полоса пропускания, вероятность ошибки, а также сложность и издержки обнаружения ошибок. На протяжении всей этой главы мы будем акцентировать внимание на этих трех параметрах.

3.1. Процесс связи

Процесс связи состоит из передачи и приема информации. Для передачи по каналу связи с помехами информация преобразовывается, накладывается на несущий сигнал и передается. После приема сигнала с помехами, смесь демодулируется и обрабатывается для выделения первоначальной информации.

В технологии RFID информация включает команды управления и данные в двоичном виде. Обычно команды выделяются отдельными строками двоичных данных, но в некоторых случаях они представляют собой некоторую уникальную сигнатуру модуляции. В таких случаях необходима определенная обработка сигнала. Что касается данных, для них оказывается удобным использовать кодирующие устройства.

После того как данные закодированы, они налагаются на несущий сигнал. Такой процесс называется модуляцией. Модуляция необходима как для передачи данных при помощи канала распространения сигнала, так и для согласования спектра частот с административными регламентными ограничениями.

3.2. Модуляция

Передача информации на несущей частоте f_c при помощи изменений амплитуды, частоты или фазы, или всех параметров одновременно, называется модуляцией. В системах RFID информация передается по беспроводному каналу. Существует множество аналоговых и цифровых методов модуляции, новсе они разными способами изменяют амплитуду, частоту или фазу несущего колебания. Далее мы будем рассматривать только двоичную цифровую модуляцию, называемую манипуляцией.

Существует три основных метода манипуляции:

- амплитудная манипуляция (ASK),

- двоичная фазовая манипуляция (BPSK),

- частотная манипуляция (FSK).

Во всех трех методах амплитуда, фаза или частота изменяется в соответствии с информацией, которую несет униполярный двоичный сигнал, представляющий цифровые данные в соответствии с выбранным способом кодирования. При амплитудной манипуляции несущий сигнал модулируется двумя амплитудами. При двоичной фазовой манипуляции (BPSK) несущий сигнал может иметь фазу 0 и 180 градусов. При частотной манипуляции (FSK) сигнал может иметь две несущих частоты.

Считыватель должен генерировать такой сигнал, который доминировал бы над шумом и был способен обеспечить функционирование метки. Поскольку метка резко ограничена стоимостью и размерами (она содержит простейший приемник), сигнал, модулируемый считывателем, должен быть простым. Поэтому при передаче сигнала от считывателя к метке используется модуляция ASK, так как она предполагает относительно простое обнаружение. Обнаружение может быть когерентным, когда учитывается фаза несущего сигнала, или некогерентным, когда фаза сигнала не учитывается. Некогерентное обнаружение реализуется проще и дешевле. Детектирование огибающей - разновидность некогерентного обнаружения, когда детектируется огибающая амплитуды модулированного сигнала.

Технические характеристики метки существенно отличаются от характеристик считывателя. Поскольку пассивная метка не имеет передатчика, она передает свою информацию при помощи вариации нагрузки и модуляции обратного рассеяния. Эти методы модуляции позволяют изменять амплитуду и фазу в зависимости от их реализации. Ввиду того, что по сравнению с сигналом считывателя мощность модулируемого меткой сигнала мала, часто для выделения этого сигнала применяют перенос спектра в сторону от центральной частоты при помощи поднесущей частоты. Модуляция нагрузки и обратного рассеяния с использованием поднесущей позволяют осуществить способы модуляции FSK и BPSK. Из-за особенностей и существенных различий в линиях связи от считывателя к метке и от метки к считывателю рассмотрим эти линии раздельно.

3.2.1. Кодирование и модуляция в прямой линии

В линии связи от считывателя к метке (ее часто называют прямой линией связи) должны быть выполнены следующие условия:

- метка должна получать достаточную для чипа энергию,

- метка должна обнаруживать сигнал,

- сигнал метки должен удовлетворять ограничениям по напряженности поля и полосе пропускания.

Первое условие очевидно. В пассивной системе RFID метка должна получать от считывателя необходимую энергию, так как если схемы кодирования и модуляции не будут иметь достаточного энергопитания, то метка не сможет функционировать.

Большое значение имеет обнаружение сигнала. Приемник метки должен быть максимально простым и, поэтому, он имеет невысокую чувствительность. Сложные приемники более чувствительны, но имеют более высокую стоимость. Кроме того, метка должна обеспечивать синхронизацию сигнала. Наконец, вероятность передачи ошибки должна быть минимизирована. Если достоверность данных не высока, связь в системе не будет обеспечена вне зависимости от оптимизации скорости передачи данных. Для удовлетворения регламентным ограничениям кроме схем кодирования и модуляции должны присутствовать схемы формирования и фильтрации сигнала, которые также предстоит рассмотреть.

В системах RFID низкой стоимости наиболее часто применяют амплитудную манипуляцию, а в метках применяют самые простые и дешевые приемники.

3.2.2. Кодирование и модуляция в обратной линии

Условия и требования к линии связи от метки к считывателю (ее часто называют обратной линией связи) отличаются от условий и требований к прямой линии связи. Связь от метки к считывателю осуществляется при помощи вариации нагрузки и обратного рассеяния. В зависимости от варианта реализации связи модулируется и амплитуда, и фаза сигнала метки, или только амплитуда. При этом схемы кодирования и модуляции в метке должны иметь минимальное энергопотребление и ширину спектра сигнала. Так как уровни ответного сигнала метки невелики, они регламентируются не так строго, как сигналы большого уровня мощности считывателя. Однако следствием малого уровня сигнала является сложность его приема считывателем. Чаще всего излучаемый сигнал, который поступает на вход приемника считывателя, значительно превосходит сигнал, приходящий с метки, поэтому его обнаружение связано со значительными трудностями. Как правило эту проблему решают сдвигом сигнала на поднесущую частоту. В случае применения BPSK или FSK модуляции поднесущая легко реализуется посредством АМ и ФМ, которые используются при модуляции нагрузки и обратного рассеяния.

Теперь кратко рассмотрим аспекты использования поднесущих, а затем обсудим вопросы кодирования линии связи от метки к считывателю.