[發明專利]一種適于超高頻RFID定位系統的相控陣天線優化部署方法

在審

• 申請號: 202110015642.9
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN114742081A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 史偉光;雷麗君;王薇
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: G06K7/10
• 分類號: G06K7/10;G06F30/17;G06F30/27;G06N3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于移動通信技術領域，涉及一種適于超高頻RFID定位系統的相控陣天線優化部署方法。其具體步驟如下：建立基于相控陣天線和多徑效應的信道模型；建立分立條件下的天線增益模型精確估計增益，建立聯立條件下的天線增益模型，完成對閱讀器的收信場強值估計；建立RFID網絡規劃(RFID Network Planning，RNP)問題模型，提出基于窄帶下的幅度波動反映系統受多徑影響的程度，從而進一步確定優化目標函數；設計融合改進的公雞單體湍流策略和母雞灰狼更新策略的改進雞群算法優化RNP問題，獲得相控陣閱讀器天線的最優部署方式。相比于傳統RNP解決方法，本發明所提方法在降低系統復雜度、提高部署精度、改善尋優耗時等方面具有顯著優勢。

技術領域

本發明屬于移動無線通信技術領域，涉及一種適于超高頻RFID定位系統的相控陣天線優化部署方法。

背景技術

隨著萬物互聯時代的來臨，基于物聯網的需求不斷增加，射頻識別(RadioFrequency Identification，RFID)作為物聯網的關鍵推動力，已廣泛應用于多種領域，其中超高頻射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)技術憑借成本低、讀取速度快等優勢，被廣泛應用于物流管理、倉儲管理等場景中。在大規模的UHF RFID定位系統中，閱讀器的部署問題是目前急需解決的關鍵問題。如何部署閱讀器，部署多少閱讀器這一問題被定義為RFID網絡規劃(RFID Network Planning，RNP)問題，RNP被認為是一種符合預防原則的大型網絡部署方式，目的是確保最合適的服務質量(Quality of Service，QoS)。RNP通過合理規劃閱讀器的布局和參數，可以有效提高系統的覆蓋率，降低標簽間和閱讀器間的詢問干擾，對于改善UHF RFID定位系統的性能具有重要意義。

近年來，科研人員針對RNP問題提出了多種解決方案，但仍面臨以下幾個挑戰：1)現有RNP問題的解決方案主要以固定輻射模式的閱讀器天線和理想傳播條件進行信道建模，不僅難以應用于實際場景，而且加劇了部署難度；2)現有RNP問題的解決方案通常以固定工作頻率定義目標函數，限制了解決方案的可行性；3)現有解決方案主要采用進化計算和群體智能算法求解RNP問題，但對于復雜優化問題，現有優化算法存在收斂慢，尋優結果不理想等問題。

發明內容

本發明的目的是，提供一種適于超高頻RFID定位系統的相控陣天線優化部署方法。本發明采用全向偶極子天線作為標簽天線、相控陣天線作為閱讀器天線以此構建RFID定位系統，通過天線增益建模完成后向鏈路中閱讀器的收信場強估計，提出基于窄帶下的幅度波動(Amplitude Fluctuation Under Narrowband，AFN)反映頻率選擇性衰落對系統造成的影響，并提出一種基于改進雞群算法對RNP問題進行尋優求解，解決現有技術在閱讀器的優化部署方面存在的定位誤差較大、通信干擾較大、多徑干擾較大和未覆蓋度較大的問題。所提方法的具體步驟如下：

步驟1：建立基于相控陣天線和多徑效應的信道模型，準確估計閱讀器與標簽之間前向鏈路和后向鏈路中閱讀器所接收的收信場強值，假設射頻識別(Radio FrequencyIdentification，RFID)系統為單靜態系統，則前向鏈路中標簽所接收的收信場強P_r，T和后向鏈路中閱讀器所接收的收信場強P_r，R可分別表示為其中，κ為調制效率，μ_T為功率傳輸效率，ρ_L為極化損耗因子，P_Tx為閱讀器的發射功率，和分別表示直達路徑中標簽天線和閱讀器天線的增益，L(d)表示多徑條件下的路徑損耗因子，具體為d＝{d₀，d₁，...，d_K}表示距離向量，d₀為閱讀器與標簽在直達路徑上的距離，d_i為閱讀器與標簽在第i條反射路徑上的距離，K為反射路徑總數，λ為信號波長，η為路徑損耗因子，和分別表示第i條反射路徑中標簽天線與閱讀器天線的增益，Г_i表示復反射系數；