探析多天线RFID系统中的标签高效识别应用
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摘 要：射频识别技术与多天线技术的整合极大地拓宽了应用范围，具有更广的多天线RFID系统的信号覆盖范围，能够快速识别更多的标签，然而同时也存在标签碰撞的问题。为此，要重点探讨多天线RFID系统中的标签高效识别，利用盲源分离的动态帧时隙估计算法，进行多车道多车辆电子识别。
關键词：多天线RFID系统;标签;识别
射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）是基于物联网的终端数据采集技术，为了满足不同领域对更大的信号覆盖范围和更强的信号强度的需求，衍生出多天线RFID系统和相关技术，并亟待解决天线RFID系统中的标签碰撞问题，对此引入了基于盲源分离算法和技术，分离碰撞的标签信号，有效提高RFID系统的识别效率。
1 RFID系统中的碰撞问题
RFID系统借由电磁信号识别电子标签并读写标签中的信息，由信号发射机、信号接收机、天线构成，信号发射机主要以标签的形式而存在，它是低电的集成电路，适用于存储所贴标签物品的相关信息。信号接收机也即RFID阅读器，主要是与标签进行通信，进行标签信息的识别和读写。天线则是标签和阅读器间信息交互的重要装置，实现标签信息的发射和反散射。
RFID系统中的标签和阅读器之间通过一定频率的无线信道实现通信链接，难免会出现多个阅读器信号或标签信号相互碰撞的现象，表现出阅读器碰撞和标签碰撞的不同类型，标签碰撞主要是指同一时刻中两个或两个以上的标签信号同时反馈的过程中会出现碰撞现象，而使标签信号无法识别，降低RFID系统的识别效率。对此可以提出基于盲源分离的动态帧时隙估计算法，对多天线多标签环境中的碰撞标签进行盲源分离，促进多天线RFID系统对标签的高效别。
2 基于盲源分离的多天线RFID系统的帧时隙估计算法概述
2.1 盲源分离
在数字通讯技术发展的条件下，盲源分离是在未知源信号和传输通道参数的条件下，以源信号的特性为依据，进行信号数据的观测和获取，计算求出源信号数据。同时，由于观测信号数目N与源信号数目M存在差异性，因而可以采用不同的盲源分离方式，即：（1）超定盲源分离和正定盲信号分离。当N≥M的盲源分离情形时，可以采用基于独立分量分析（Independent Component Analysis，ICA）的方法，根据最大化分离出信号分量间的统计独立性，实现标签信号的盲分离。（2）欠定盲信号分离。当观测信号数目N<源信号数目M时，可以采用基于稀疏分量分析（Sparse Component Analysis，SCA）的两步法，通过非负矩阵分解的方式和扩展的Infomax方式，实现标签信号的盲分离。
2.2 盲源分离在多天线RFID系统中的应用
由于多天线RFID系统中某一时隙中的标签信号数量小于天线数量，因而可以选用基于ICA的防碰撞算法，实现对碰撞时隙的标签信号的盲分离，利用ICA方法计算求取分离矩阵W，通过矩阵变换的方式分离接收的混合信号，获取与源信号X贴近的分离信号Y，高效识别时隙中碰撞的标签信号。同时，要注意的是，当多天线RFID系统中的时隙数过少，则每个时隙中的标签数越多，当其超出天线数量时则无法运用ICA法进行碰撞标签的高效识别。当多天线RFID系统中的时隙数过多，则表明空闲时隙的数量越多，降低系统运行效能。为此，要保持最佳的时隙数，使之具有适宜的数量，则可以较好地实现对碰撞标签信号的高效识别[1]。
2.3 基于汽车电子标识的多天线RFID系统的应用
基于物联网无源射频识别的汽车电子标识能够自动、非接触地进行车辆的识别、监控，对海量的车辆交通信息进行动态、分类化、精准性的采集，体现出防伪、防借用、防盗用、防拆卸等优势性能，然而阅读器的信号覆盖范围有限，为此可以采用基于汽车电子标识的多车道车辆识别系统及路内停车系统。分为以下几类：（1）基于汽车电子标识的多车道车辆识别系统。该系统有效克服地磁、微波雷达、视频检测方法的缺陷，实现车辆的智能化管控，可以将多个射频天线的阅读器信号覆盖到多个行车道，识别所有经过多车道的贴有电子标识的车辆信息，与管控平台相链接，实现车辆的备案和查询。该系统由主控制器接收射频单元传送数字信号，由射频单元进行天线信号的解调和传送，接收电子车牌返回的ID信号。（2）基于汽车电子标识的路内泊车系统。该系统能够实现无人工干预的路边智能停车，由一个主控制器连接多个射频天线，形成多天线超高频无源RFID路边停车检测系统，有效扩展主控制器的信号覆盖范围。其主控制器主要处理电子标识返回的电磁波信号;射频天线接收电子标识返回的电磁波信号;服务器进行主控制器和智能终端的信息交互，实现电子标识的远程存储及车位实时查询。以4车道4个天线的实际应用场景为例，可以采用帧时隙估计算法估计时隙数，可知同一时隙最多碰撞的标签数目为4，采用ICA方法分离碰撞的电子标识，能够在65 ms之内进行碰撞标签的盲分离[2]。
3 结语
多天线RFID系统中存在标签信号相互碰撞的问题，影响多天线RFID系统的识别效率，为此要采用基于盲源分离的动态帧时隙估计算法，实现标签信号的分离和识别，并将其应用于基于汽车电子标识的多天线RFID系统之中，未来还要加强对时隙中碰撞标签数量多于天线数量的研究，要重点研究欠定盲源分离方法对信号分离的算法应用，适应不断扩大的RFID技术应用场景。
[参考文献]
[1]邱华卿.RFID智能标签的应用及发展[J].印刷杂志，2018（2）：9-13.
[2]董辉，盛魁，马健，等.基于标签分组先来先服务的自适应帧时隙Aloha防碰撞算法研究[J].广西科技大学学报，2018（1）：61-68.
作者简介：李圳（1994— ），男，江苏徐州人，助理工程师，学士;研究方向：嵌入式产品开发。
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