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本振相位噪声对RFID询问范围的影响分析(一)

    在反向链路中,来自标签的后向散射信号应足够强大,才能使阅读机的解调输出信号满足系统的信噪比(SNR)要求。为了计算阅读机解调输出信号的SNR,可以考虑使用图3所示的传统阅读机架构。该RFID阅读机由本地振荡器、发射器、接收器和带环形器的天线组成。环形器是一种单向三端口器件,信号从发射器端口传送到天线端口,或从天线端口传送到接收端口。在实际使用中,由于端口之间存在固有的泄漏现象,环形器不能完全隔离发射器和接收器。通常Tx/Rx隔离范围从20到50dB10。因此,Tx泄漏功率的相位噪声比热噪声强大得多,以至于RIR主要取决于Tx/Rx隔离度。而在典型的无线通信系统中,Tx泄漏通常不是大问题,因为它们采用了频分复用(FDD)和时分复用(TDD)等复用技术。

    

    如图3所示,本地振荡器(以下简称本振)提供两个相同频率的信号:一个用于发射器,另一个用于接收器。在忽略幅度噪声的条件下本振可以被表示为:

    

    其中

    ALO = 本振信号的幅度,

    ω = 角频率

    θLO (t) = 本振信号的相位噪声.

    RFID系统的功放(PA)用于提升本振信号的电平。放大后的信号通过环形器馈送给阅读机天线,然后辐射进自由空间。同时阅读机天线接收来自标签的后向散射信号。

    从图3可以看出,环形器不能完全隔离发射器和接收器,因为它的端口之间存在固有的泄漏现象。TX泄漏信号延时等式是:

    

    其中

    AU = (2ηROPTx)0.5 = 信号幅度,

    η = Tx/Rx隔离度,

    RO = RFID阅读机接收器的输入阻抗,

    Δt = Tx泄漏信号和本振信号之间的来回延时。

    重要的是要认识到,等式5和6中的θLO (t)与相同本振源产生的相位噪声有关,但与时延无关。同时假设RFID阅读机接收器中使用的基带带通滤波器(BPF)具有陡峭的频率选择性。为了简化进一步的分析,BPF的脉冲响应可以近似用理想的矩形传输函数表征,其低端频率和高端截止频率分别用fL和fH表示。在使用正交接收器时,Tx泄漏信号和本振信号被混频,输出再经过低通滤波。Tx泄漏信号的最终相位噪声可以表示为: 

    

    其中

    GYX = 考虑了射频电路总增益的接收器传输系数

    φ{·} = 用于计算随机过程功率谱密度(PSD)的操作符,例如随机过程自相关函数的傅里叶变换。

    本文下一部分将介绍RFID系统只是发射UHF连续波信号的情况。

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