射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術，作為一種非接觸式的自動識別技術，可以通過射頻信號自動識別目標對象，獲取相關數據，不需要人工接觸，不需要光學可視，即可完成信息輸入和處理，并且操作簡單快捷。另外，由于RFID系統可以從技術上防止被仿冒、侵入，還具有極高的安全防護能力。但是，RFID技術在實際制造業中的應用仍然面臨著一些問題，如受電磁干擾的影響，標簽之間碰撞幾率較高，多徑干擾較為嚴重，使RFID系統的整體效果具有很大的不確定性。

對于任何一個通信系統，信道都是不可少的組成部分。在RFID系統中，所有的信息都在信道中傳輸，信道性能的好壞直接影響著通信質量。因此要想在有限的頻譜資源上盡可能提高通信質量，大容量傳輸有用信息，就必須對RFID系統的信道進行研究。

1 RFID系統簡介

1.1 RFID系統的組成

一個最簡單的射頻識別系統是由讀寫器、標簽和計算機通信網絡組成的，如圖1所示。

OPNET的RFID系統信道研究" src="http://files.chinaaet.com/images/20110909/394c9684-a8aa-4269-9437-f05d1ca846c7.jpg" />

RFID標簽：存儲著需要被識別物品的相關信息，通常被放置在需要識別的物品上，它所存儲的信息通?？杀蛔x寫器通過非接觸方式讀/寫。

RFID讀寫器：讀寫器是可以利用射頻技術讀/寫標簽信息的設備。讀寫器讀出的標簽信息可以通過計算機以及網絡系統進行管理和信息傳輸。

計算機通信網絡：在射頻識別系統中，計算機通信網絡通常用于對數據進行管理，完成通信傳輸功能。讀寫器可以通過標準接口與計算機通信網絡相連，以便實現通信和數據傳輸功能。

1.2 RFID系統的基本原理

RFID系統的工作原理如下：讀寫器通過發射天線發射一定頻率的射頻信號，標簽進入發射天線工作區域時，標簽被激活，將自身的信息代碼通過內置天線發出，讀寫器獲取標簽信息代碼并解碼后，將標簽信息送至計算機進行處理。由圖1可以看出，在射頻識別系統工作過程中，始終以能量作為基礎，通過一定的時序方式來實現數據交換。

2 OPNET簡介

OPNET(Optimized Network Engineering Tools)使用有限狀態機對協議和其他過程建模，提供核心庫函數，全面支持協議編程。采用基于數據包的通信機制、離散時間驅動機制和面向對象的仿真方法，是系統和網絡算法仿真的理想工具。采用OPNET來仿真RFID系統網絡，可以直觀地模擬標簽與讀寫器的通信過程，準確地建立符合協議標準的模型，同時OPNET提供了豐富的測試和參數統計工具。OPNET采用三層建模機制，最底層為進程(Process)模型，以狀態機來描述協議；其次為節點(Node)模型，由相應的協議模塊組成，反映設備特性；最上層為網絡(Network)模型，分別使用Process編輯器、Node編輯器、Project編輯器進行編輯。OPNET建模機制框架如圖2所示。

OPNET仿真步驟如圖3所示。

3 信道研究

RFID系統是按電磁耦合的原理，利用電磁場或電磁波為傳輸手段，完成非接觸雙向通信，以獲取相關數據。換言之，標簽與讀寫器之間的數據傳輸是通過空氣介質以無線電波的形式進行的。

3.1 自由空間傳播損耗

自由空間中不考慮任何大氣的影響，不被障礙物阻擋，所以自由空間傳播損耗計算方法為：

式中：d為距離。

在自由空間中由于沒有阻擋，電磁波傳播只有直射，不存在其他現象。然而在室內環境下，由于墻壁、門窗和其他物體的存在，電磁波傳播有直射波與多重反射波、透射波，還有物體棱角邊緣的繞射產生的繞射波。這就造成室內電波傳播的多樣性和復雜性，所以在研究這種情況下的信道時就必須考慮多徑、噪聲等對通信質量的影響。

3.2 BPSK調制信號經過高斯白噪聲信道和瑞利信道

BPSK是用二進制數字信號控制載波的兩個相位，通常這兩個相位相隔π弧度，例如用相位0和π分別表示二進制“1”和“0”。

3.2.1 BPSK調制信號經過高斯白噪聲信道

在通信系統中噪聲是一個隨機過程，很難通過簡單的計算方式預測某個時刻噪聲信號的強度，因此從概率論的角度去分析噪聲。白噪聲存在于整個頻譜范圍內，所以在任何的信道內都存在高斯白噪聲。

對于一維的高斯隨機變量x，如果它的均值為μ，方差為σ2，則隨機變量x的概率p(x)為：

在了解了信道的特點后對信號通過信道后的誤碼率進行仿真分析。本文采用Matlab中自帶的Simulink模塊，對BPSK調制信號經過高斯白噪聲信道的性能進行仿真分析，系統組成如圖4所示。

對模塊參數進行設置，然后進行仿真分析，BPSK調制信號在高斯白噪聲信道模型下的仿真圖形如圖5所示。

將所得的誤比特率數組存儲在OPNET的modulation curve產生的EMA代碼中，并命名為bpskawgn，所得的調制曲線如圖6所示。

3.2.2 BPSK調制信號經過瑞利信道

如果一個隨機變量r服從瑞利分布，則它的概率密度函數為，0，方差等于(4-π)σ2/2。采用Matlab中自帶的Simulink模塊，對BPSK調制信號經過瑞利信道的性能進行仿真分析。系統組成如圖7所示。

對模塊參數進行設置，然后進行仿真分析，BPSK調制信號在瑞利信道模型下的仿真圖形如圖8所示。

將所得的誤比特率數組存儲在OPNET的modulation curve產生的EMA代碼中，并命名為bpskrayleigh，所得的調制曲線如圖9所示。

4 兩種信道下RFID系統性能分析

在基于OPNET建立的RFID軟件仿真平臺中通過設置調制參數來設置不同的信道模型，具體參數設置如圖10所示。

兩種不同信道下，每秒識別標簽個數的仿真結果比較如圖11所示。

兩種不同信道下，碰撞次數的仿真結果比較如圖12所示。

通過上述兩個圖的比較可以看出，在瑞利信道下，識別標簽所用的時間長，碰撞次數多，所以在研究室內采用復雜的RFID系統時，要考慮不同信道的影響，建立合適的傳播模型。掌握了準確的傳播模型，就為研究無線電波的傳播奠定了堅實的基礎，這對提高RFID系統的通信能力具有重要的意義。

5 結論

本文在基于OPNET建立的RFID仿真平臺上比較了高斯白噪聲信道和瑞利信道對RFID系統的影響，得出瑞利信道對RFID系統的通信質量影響更大的結論。通過分析比較兩種信道下誤碼率和信噪比的關系，對建立合適的傳播模型，提高RFID系統的通信能力具有指導意義。