دانلود رایگان ترجمه مقاله محلی سازی UHF RFID بر اساس ارزیابی سیگنال ها (آی تریپل ای 2015)

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

4. دستگاه سنجش
یک نشان‌دهنده سیستم چند کاناله را طراحی کردیم، که معماری آن در شکل 1 نشان داده شده است. سیگنال انتقال با یک محصول تجاری آماده RFID خوان پیکربندی شده و با استفاده از یک پروتکل استاندارد شده برای شناسایی تگ های UHF RFID فعال تولید شده است. سیگنال به بخش مشترک سوئیچ k-طرفه خورانده می‌شود، که – همراه با سوئیچ 2طرفه- برای برقراری ارتباط بین Readerو تگ انتخاب می‌شود. سیگنال‌های تگ backscatter در K – 1 دستگاه باقی مانده دریافت می‌شوند(گیرنده) که توسط LNAها تقویت می‌شود و برای هر کانال یک ورودی فرکانس رادیویی دمدولاتور قائم ، فراهم می‌شود. ورودی اسیلاتور محلی این دمدولاتور با تقسیم کننده توان kطرفه در ترکیب با کوپلر جهت‌دار پشتیبانی می‌شود، که در خط انتقال قرار گرفته است. سیگنال‌های فرکانس میانی پیچیده به صورت همزمان توسط یک کارت اکتساب داده چند کاناله دریافت می‌شوند.
7نتایج شبیه سازی
شبیه سازی با استفاده از روش مونت کارلو برای ارزیابی عملکرد تخمین زننده موقعیت توسط معادله (22)، (31) و (36) مشخص می‌شود. برای این هدف، یک سیستم مکان‌یابی دو بعدی با استفاده از K=8 فرستنده و گیرنده و یک منطقه سنجش 3.5 m × 2.5 m تعریف شده شبیه سازی شده است، و مجموعه داده با نویزهای مختلط تشریح شده توسط معادله (3) مزین شده است. از آنجایی که اختلال اصلی رخ داده در کانال داده شده با توجه به انتشار چند مسیری صورت گرفته است، که در طول چرخه سنجش ثابت فرض می‌شود، نویز می‌تواند با اندازه گیری‌های تکی مرتبط در نظر گرفته شود.
شبیه سازی هزار بار انجام شد، و سپس نسبت سیگنال به نویز (SNR) متفاوتی انتخاب شد. از نظر تحلیلی کران پایین کرامر – رائو (CRLB) محاسبه می‌شود، که حداقل واریانسی را بیان می‌کند که می‌تواند با یک تخمین‌زننده بی طرف بدست آید، که به عنوان معیاری برای مقایسه عملکرد تخمین‌زننده استفاده می‌شود. همانطور که در شکل 6 نشان داده شد، میانگین مربع خطا (RMSE) تخمین موقعیت به SNR بستگی دارد. در نتیجه در اندازه محدوده منطقه سنجش، RMSE نمی‌تواند حتی از SNR پایین‌تر از سطح آستانه اصلی تجاوز کند. همانطور که دیده می‌شود، تخمین زننده بر اساس ارزیابی دامنه کمترین دقت را نسبت به همه رویکردهای ارائه می‌دهد و بنابراین تنها به عنوان یک مولفه از یک تخمین زننده براساس ترکیب ارزیابی فاز و ارزیابی دامنه استفاده می‌شود. در سطح آستانه SNR تقریبآ 5.5dB، تخمین زننده بر اساس ترکیب هردو پارامتر سیگنال‌های ترانسپندر آغازین را برای رویکرد مجانبی متناظر با CRLB دریافت می‌کند. این یک بهبود قابل توجه در مقایسه با تخمین زننده بر اساس ارزیابی فاز است، که به CRLBهای یکسان تا زمانی که از آستانه تقریبآ 9 dB بیشتر نشود، نزدیک نمی‌شود.

.8نتایج سنجش
برای ارزیابی عملکرد سیستم مکان‌یابی، سنجش‌هایی در یک محیط سر بسته اداری صورت گرفت که توسط تیغه‌ها و سقف و کف بتنی احاطه شده بود. در راستای این هدف، یک توصیفگر سیستم سنجش موقعیت محلی شامل K=8 فرستنده و گیرنده ایجاد شد، که در M=56 کانال سیستم اندازه گیری نتیجه می‌دهد. نشان‌دهنده سیستم در شکل 7 نشان داده شده‌اند.
آنتن قطبی متناظر در ارتفاع 1.6 m بالاتر از سطح زمین در مرزهای ناحیه سنجش دو بعدی نصب شده است، که در مساحت 3.5 m×2.5 m. تعریف شده است. یک EPCglobal Class-1 Gen-2/ISO 18000-6C سازگار با RFID خوان UHF برای برقراری ارتباط با ترانسپندر UHF RFID فعال قطبی خطی استفاده شده است، که به ریل تراورس دو بعدی با استفاده از یک تیوپ پلاستیکی وصل شده است. ترانسپندر به موقعیت تعریف شده 645 در صفحه آنتن فرستنده و گیرنده منتقل شد، موقعیت فعلی تنها برای اعتیار سنجی دقت سیستم استفاده شده و برروی الگوریتم مکان‌یابی تاثیر نداشت.
RFID خوان برای انتقال واحد با استفاده از یک فرکانس 866.9 MHz و سطح واحد 2 W معادل با توان تابشی پیکربندی شد. همانطور که در شکل 8 می‌بینید، یک انتشار خط مستقیم قوی در سناریو نشان داده شده است. به هر حال، چندین انعکاس استاتیک و انتشار چند مسیری توسط دیوارها، کف بتنی، و سقف انتظار می‌رود.
همانطور که از قبل گفته شد، کالبیره کردن برای فعال سازی مکان‌یابی با استفاده از ارزیابی فاز ضروری است. در راستای این هدف، سنجش مرجع از 10 موقعیت ترانسپندر شناخته شده انجام شده است، که یک مقایسه بین مقادیر POA محاسبه شده و اندازه گرفته شده به تخمینی از آفست فاز برطبق معادله (9) منجر می‌شود.
Aمکان‌یابی مبتنی بر فاز دریافت
مکان‌یابی تگ‌های UHF RFID فعال می‌تواند با بکاربردن الگوریتم مشخص شده توسط معادله (22) بدست آید، در این الگوریتم سیگنال‌های ترانسپندر دریافت کننده ارزیابی می‌شود. خطای میانه و RMSE تخمین موقعیت به ترتیب 0.011 و 0.47 m محاسبه می‌شوند. از آنجایی که سنجش یک SNR نقریبآ 5.75 dB را نشان می‌دهد، به طور قابل توجهی پایین‌تر از آستانه 9 dB تعیین شده توسط شبیه سازی مونت کارلو با استفاده از این الگوریتم است، تخمین موقعیت نقاط دور افتاده با توجه به مسئله unwrapping رخ می‌دهد که تفاوت عظیمی را بین خطای میانه و RMSE توضیح می‌دهد. همانطور که در شکل 9 و 10 دیده می‌شود، مکان‌یابی ترانسپندر UHF RFID براساس ارزیابی فاز در عمده موارد دقیق است. به ویژه، 92.6% از موقعیت‌های تگ با خطای زیر 0.04 m تخمین زده شده اند. به هر حال، با توجه به نقاط دور افتاده، حداکثر خطای مطلق تخمین موقعیت 2.97 m ارزیابی شده است.
Bمکان‌یابی مبتنی بر دامنه
موقعیت ترانسپندر UHF RFID فعال می‌تواند بر اساس الگوریتم مشخص شده (31)، با ارزیابی قدرت سیگنال دریافت شده از ترانسپندر، تخمین زده شود. با این الگوریتم خطای میانه تا 0.26 m, افزایش می‌یابد، اما RMSE به 0.35 m. کاهش می‌یابد. همانطور که در شکل 11 و 12 نشان داده شده است، این الگوریتم نسبتآ نادرست است. به هر حال، از آنجایی که این الگوریتم تحت تاثیر مسائل unwrapping نیست، حداکثر خطای مطلق تخمین موقعیت 1.29 m ارزیابی شد، که بهبود قابل توجهی در مقایسه با الگوریتم مبتنی بر ارزیابی فاز بود.
.Cمکان‌یابی بر اساس سیگنال ترانسپندر دریافتی
همانطور که از قبل تشریح شد، با توجه به ترکیب ارزیابی فاز و دامنه، بهبودی در دقت و مقاومت تخمین موقعیت انتظار می‌رود. اگر الگوریتم مشخص شده (36) برای مکان‌یابی تگ‌های UHF RFID استفاده می‌شود، RMSE به 0.020 m, کاهش می‌یابد، در حالی که خطای میانه در 0.011 m در مقایسه با ارزیابی فاز بدون تغییر باقی می‌ماند. همانطور که در شکل 13 و 14 مشاهده می‌کنید، تخمین موقعیت در عمده موارد دقیق است. به صورت دقیق، تنها یک نقطه دور افتاده با یک خطای مطلق 0.40 m رخ می‌دهد، در حالی که تخمین موقعیت باقی مانده خطای زیر 0.04 m را نشان می‌دهد. به طور کلی، نقاط دور افتاده با این حقیقت که سنجش یک SNR تقریبآ 5.75 dB را نشان می‌دهد، که به سطح آستانه 5.5 dB تعیین شده توسط شبیه سازی مونت کارلو نزدیک است توضیح داده شود. علاوه بر این، عملکرد مکان‌یابی تضعیف می‌شود اگر برخی از ترکیبات tag/front-end یک پاسخ تگ را تولید نکنند. برای یک SNR 5.75 dB,، CRLB انحراف استاندارد تخمین‌زننده بدون بایاس 0.012 m را حاصل می‌کند، که به RMSE 0.020 m بدست آمده توسط سنجش‌ها نزدیک است. برای اثبات عملکرد روش پیشنهادی، سنجش‌های بیشتری با استفاده از یک SNR در زیر سطح آستانه 5.5 dB انجام شده است. در راستای این هدف، چندین منعکس کننده ثابت به سناریوی سنجش اضافه می‌شوند. آزمایشات نشان می‌دهند که یک SNR 4.10 dB، RMSE تخمین موقعیت به 0.084 m افزایش می‌یابد. این مقدار به مقایسه با نتایج تعیین شده توسط شبیه سازی مونت کارلو بسیار شبیه است که یه یک RMSE 0.079 m منجر می‌شود.
یک استراتژی برای اجتناب از نقاط دور افتاده افزایش تعداد فرستنده و گیرنده‌ها است، چرا که SNR مورد نیاز را برای بدست آوردن یک تخمین موقعیت مقاوم کاهش می‌دهند. در عوض، با افزایش توان انتقال یا با کاهش افت درج نشان‌دهنده سیستم، تعداد پاسخ‌های تگ می‌توانند افزایش یابند، که دقت و مقاومت مکان‌یابی را بهبود می‌بخشد.