基于FPGA的超高頻讀寫器設(shè)計(jì)

通常，在幀時(shí)隙Aloha算法中，當(dāng)系統(tǒng)標(biāo)簽數(shù)量變得很大時(shí)，系統(tǒng)效率就開始下降。當(dāng)讀寫器設(shè)置幀的長度(包含的時(shí)隙數(shù))為Nt，響應(yīng)的標(biāo)簽數(shù)為n時(shí)，則有r個(gè)標(biāo)簽選擇同一個(gè)應(yīng)答時(shí)隙的概率服從二項(xiàng)分布：

因此，當(dāng)r=1時(shí)表示標(biāo)簽選擇無碰時(shí)隙的概率。在一個(gè)周期中預(yù)期成功讀取的標(biāo)簽數(shù)

系統(tǒng)效率的計(jì)算公式如下：
系統(tǒng)效率=一個(gè)周期中預(yù)期讀取的標(biāo)簽數(shù)／當(dāng)前的幀的長度=N／N，
從上式中可以計(jì)算出系統(tǒng)效率的最大值的位置。從而可以推導(dǎo)出，當(dāng)幀的長度為Nt時(shí)，效率最高的標(biāo)簽響應(yīng)數(shù)為：

從上式可以得出，當(dāng)標(biāo)簽數(shù)和幀時(shí)隙長度大體相當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)效率將變得最大。與圖5所示一致。

為使系統(tǒng)效率最高，必須使幀時(shí)隙數(shù)等于參與循環(huán)的標(biāo)簽數(shù)。每幀時(shí)隙數(shù)可以根據(jù)標(biāo)簽數(shù)的變化及時(shí)調(diào)整，使得標(biāo)簽數(shù)量與幀時(shí)隙數(shù)匹配。在開始一個(gè)新的循環(huán)時(shí)，讀寫器要對(duì)參與循環(huán)的標(biāo)簽數(shù)進(jìn)行估計(jì)，如果所估計(jì)的標(biāo)簽數(shù)與實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)，那么算法的效率就會(huì)發(fā)生大幅的下降。通過對(duì)上一個(gè)周期通信所獲取的空的時(shí)隙數(shù)、發(fā)生碰撞的時(shí)隙數(shù)和只有一個(gè)標(biāo)簽傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)隙數(shù)來估計(jì)標(biāo)簽的數(shù)量，由估計(jì)的標(biāo)簽的數(shù)量來及時(shí)調(diào)整下一幀的長度。由于當(dāng)外圍標(biāo)簽數(shù)量與幀時(shí)隙數(shù)偏離較大時(shí)，系統(tǒng)效率會(huì)急劇下降，所以通過幀時(shí)隙改進(jìn)型算法能夠把系統(tǒng)的效率控制在34．6％～36．8％范圍內(nèi)，從而大幅提高了系統(tǒng)的識(shí)別效率。在實(shí)際的RFID系統(tǒng)中，被正確識(shí)別的標(biāo)簽將不再響應(yīng)讀寫器發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求，同樣，成功傳輸數(shù)據(jù)的標(biāo)簽也不再響應(yīng)讀寫器的請(qǐng)求。因此前一幀中沒有被識(shí)別的標(biāo)簽數(shù)為N=2．93c。其中c表示發(fā)生碰撞的時(shí)隙數(shù)。通過對(duì)未識(shí)別的標(biāo)簽數(shù)進(jìn)行估計(jì)，選擇最佳的幀時(shí)隙長度，從而使每個(gè)循環(huán)周期中響應(yīng)標(biāo)簽數(shù)與幀時(shí)隙數(shù)相匹配，從而大幅度提高了系統(tǒng)的效率。

3 總結(jié)
本文選用FPGA芯片與AS3990射頻收發(fā)芯片設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離UHF RFID讀寫器，標(biāo)簽識(shí)別距離達(dá)到3～4m，已基本滿足應(yīng)用要求。并提出了一種幀時(shí)隙Aloha防碰撞的改進(jìn)型算法。通過動(dòng)態(tài)地調(diào)整幀時(shí)隙數(shù)與外圍標(biāo)簽數(shù)相匹配，使讀寫器系統(tǒng)的讀取效率維持在34.6％～36.8％范圍內(nèi)，大幅度提高了系統(tǒng)的讀取效率。