一、基本单位

通常用db来表示功率

这个公式就是表示P2和P1之间的比值,用分贝表示,我们可以选择一个基准功率当作P1,以后所有功率都用这个基准功率来表示,当选择1豪瓦特来当作基本功率时,单位为dBm

 

 因为对数的性质,之后功率之间的乘法,只要是用db表示,就都可以简单的相加了。

 

二、阅读器信号的调制和复用

这部分主要关注的是阅读器给tag发信号的调制和复用

1、调制

考虑OOK有一个问题,那就是给无源标签是需要供能的,但OOK如果有不少0,那无源标签能量就可能不够,所以就整了个改进版的调制方式PIE。

PIE基本原理是把1编码成一长串1和一个0,把0编码成一个1和1个0

这样就可以保证就算是好多0,也至少有一半的时间是有能量的。

2、复用

用FDMA频分多址技术

三、标签反射信号的调制

因为标签反向散射回去的信号通常功率会很小,而阅读器收到的信号会是空间中多个信号矢量的叠加,而这样会导致信号幅度的变化,所以调幅会不太好,需要用调频技术。上面红字这段都是我臆想的,这里涉及通信原理的内容,这种恶心人的东西学完就应该直接忘掉,所以我基本都忘掉了。因此,标签部分的编码方案都是FSK的变种,这句是书上写的。

四、链路预算

需要搞明白这张图

1、前向链路

首先是最开始是30dbm,是因为要考虑频段干扰什么的问题,所以有些规定就规定发射功率不能大于1w,1w换成dbm就是30。

然后是第一段衰减,衰减是按这个公式来的

 Ae是有效孔径,这个是针对某个特殊的波长固定的数值,也就是说,传输的电磁波频率确定了,这个A就是常数了,这里取的是915MHz信号对应的波长。

我们要算第一段的衰减,也就是到1m处的衰减,直接套公式

第三行到第四行什么意思,就是第三行不就是db的定义吗,就是1m处的功率比上发射功率,那不就是这俩db上的差吗。最后算出来大概是衰减了32db,所以看一米处的虚线,纵坐标大概是在-2。

有了这个1m的值之后就好办了,假设要算3m处的,还是带上面那个公式,带完之后可以直接拿3m的和1m的这俩式子做比,比完就剩距离了,别的都消掉了,取对数就是这俩db上的差,所以就是 -10 * lg(3/1)^2约等于9.5,跟上面31.64一加大概就是-10db,所以虚线在大概3m处纵坐标是-10db。

为什么算3m的呢,因为标签需要能量来激活,大约是10μW~30μW,但是这个启动能量的利用率只有30%,所以就需要大概30~100 μW来启动,100μW就是-10dbm,所以我们得保证从reader发射30db出来到tag接收的时候,至少还剩了-10db,而3m就大概是这个恰好剩-10db的地方。

然后tag接收到之后信号调制解调需要花费能量,这里假设是-5db,就又减了5,变成-15db。

至此,我们讨论了前向链路在不算天线增益情况下的能量开销,也就是上半部分的虚线。

2、反向链路

第一段快速下降和前向链路那段一个道理,就是1m下降了31.5db,现在变成了-46.5db。

然后我们讨论reader能够解调出接收到的信号的最低能量,书上假设的是-75dbm。

那我们拿46.5和75求差,然后算出来这28.5db能跑多远,套公式28.5=10*lg(x^2)

解出来x=26.6,书上给的是29m,不清楚为什么,也就是说到26.6m才会衰减到-75db,所以根据这个结果来看,反向链路总能传回去,限制reader和tag通信距离的实际上是前向链路。

3、算上天线增益

我们刚才讨论的是虚线部分,是没算天线增益的,这时候我们把天线增益算上。在算天线增益的时候,reader和tag都有天线,对于发射来说,发射时天线会乘上一个增益G,对于接收来说,天线也对接收能力有提高,这个会体现在接收时的有效孔径上。

那么就有了下面这个公式

接收到的功率是发射功率乘上发射端天线增益,再乘上有效孔径,再除以表面积。

这个最右边那个式子叫Friis方程式。

然后看这三个式子

第一个是计算tag收到reader发来的信号,并且处理完之后,反向转发回去的发射功率,Tb是处理信号消耗的能量

第二个是reader收到的tag反向传回去的信号的功率

第三个就是把前两个连起来,整个前向链路传过去,反向链路传回来之后reader收到的信号的功率,可以看到,他是和距离的四次方成反比的。

有了这几个式子,我们回到先前那张图,我们假设天线的增益是6db,那么就可以得到实线,也就是最多可以传6m,这里距离乘了2,我们付出的代价是30db->36db,把他换成瓦特的形式,可以发现能量是翻了四倍的。

五、一些其他的杂七杂八的东西

1、全向天线和定向天线

全向天线就是均匀的把能量朝所有角度辐射出去,而定向天线不是,定向天线的辐射通常可以用一个极坐标来体现

看这个例子,这个极坐标有两个量,一个是角度,一个是db

那么如何计算这个天线的增益呢,我们要找到他从峰值下降3db的角度范围,这里峰值是-23.7db,是270度,下降3db也就是-26.7db,看图,那大概就是330往上,跟270度大概差了72度。现在我们找到的是他的波束角,

我们要计算的增益的定义,是定向天线在一个方向上相对于全向天线的增益,全向天线的立体角是4π,我们把它的增益当作基准,也就是1,定向天线的增益是4π除以该定向天线的立体角,我们可以粗略的把波束立体角当作波束角的平方。在该例子中,首先把刚才看出来的角度换成弧度,即1.25弧度,那么该定向天线的波束立体角就是(1.25)^2=1.6,天线的增益G=4π/1.6≈8db。

这是我们估算出来的,书上说,实际上这个天线的增益是8.5db,那意思就是这个推算还算准确。

2、偶极天线

偶极天线均匀的向所有垂直于他轴线的方向辐射,不向轴线方向辐射信号,所以他的增益模型像一个甜甜圈,一个900MHz半波长为16cm的偶极天线增益大约是2.2db。

3、关于单位

相较于全向天线比较得来的增益的单位是dBi。i是isotropic

相较于偶极天线比较得来的增益的单位是dBd。d是dipole

而一个偶极天线的增益是2.2db,所以可以通过dbi的增益减去2.2db,来得到dbd的增益

4、EIRP(Effective Isotropic Radiated Power)有效全向辐射功率

EIRP可以通过传输功率(也就是发射功率)(dBm)加上天线增益(dBi)来得到,这个值通常用来无限操作上的能量限制。

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