Antenna diversity to combat the effects of reader-to-reader interference in UHF RFID systems Antonio Lázaro, David Girbau, Ramón Villarino y Javier Lorenzo Sesión "Infraestructura Electrónica y de Comunicaciones para RFID (2)"

1. Antenna diversity to combat the effects of reader-to-reader interference in UHF RFID systems Antonio Lázaro, David Girbau, Ramon Villarino, Javier Lorenzo Dpto.Ingeniería Electrónica, Eléctrica y Automática (DEEEA) Universidad Rovira i Virgili, Tarragona, antonioramon.lazaro@urv.cat

4. Motivación La presencia de lectores próximos (hasta que distancia?) introducen interferencias en el mismo canal o en canales adyacentes aumentando la tasa de errores en la detección de tags

6. Máscara espectral

7. Ejemplo interferencia entre readers Interferencia entre lectores estacionarios en dense mode y lectores en multiple mode

8. Modelo de propagación Potencia recibida por el tag: Potencia recibida por el lector: Corrección debido al material donde se coloca el tag: Sección recta Radar del tag:  ’ coeficiente diferencial de reflexión del tag Potencia interferente recibida por el lector: A.Lazaro, et al. “Radio Link Budgets for UHF RFID On Mutipath enviroments”, IEEE Trans.Antenna and Prop.,Vol57,No.4,2009

9. Modelo de propagación Modelo de perdidas de propagación propuesto Señal recibida será suma de una componente medida determinista mas una componente aleatoria debido a propagación multicamino n: factor de caída de la potencia con la distancia  =4 factor decaimiento de la potencia cuando r>R 0 R 0 : distancia umbral Debido a difracción, y atenuación obstáculo Para r<R 0 Generalmente R 0 es mayor el alcance sistemas RFID UHF Para r>>R 0 Dependencia frecuencial Un modelo empírico de la atenuación del enlace puede ser: Variable aleatoria caracterizada por su desviación

10. Influencia de las interferencias La distancia máxima de lectura esta limitada por la recepción de la señal por el tag para tags antiguos, en los modernos puede estar limitada por la sensibilidad del lector Power-up típica tags del orden de: -11 dBm Impinj Monza Gen 2 ) -15 dBm Impinj Monza Gen 3 -18 dBm Alien Higgs 3 La recepción de la señal reflejada es mas sensible a las interferencias Sensibilidad lector typ.-80 a -70dBm

11. Tipos de interferencias Interferencia cocanal Interferencia canal adyacente Ruido de fase del oscilador dBc/Hz Ruido receptor frecuencia Sensibilidad del receptor En presencia de interferencias definimos una relación señal a ruido media: CIR=C/I Potencia de portadora a seña interferente S/N

12. Nivel de interferencias Relación Señal a interferencia canal adyacente (ACPR 30dB) En el rango de alcance de los RFID pasivos, el nivel de las interferencias en canal adyacente (y cocanal) es superior al de la señal reflejada por el tag 30dB -Selectividad filtros a canal adyacente -Atenuación en el camino Interferente (cocanal) Reducción nivel interferencia: P T =2W, G=6dB Potencia interferente cocanal Potencia interferente canal adyacente

13. Set-up Experimental Generador R&S SMU300 Tag 2m lector Acoplador direccional Interferencia Señal + Interferencia

14. Efecto de las interferencias Lector normativa FCC-15 (WJ6000) Velocidades de conmutación elevadas toleran mejor las interferencias Lector normativa Europea (FEIG LRU1000) (listen before talk)

15. Codificación de línea Codificación Miller FM0 El lector puede configurar al tag para responder utilizando varias codificaciones:

16. Codificación de línea Codificación Miller subcarrier orden M: Reducen la velocidad de transmisión, pero son más robustas a ruido y interferencias

17. Calculo BER en canal Rayleigh Probabilidad de error de bit utilizando códigos Miller orden M en canal Gausiano: Debido a la propagación multicamino la potencia recibida es una variable aleatoria y puede modelarse con una distribución Rayleigh. La probabilidad de error de bit media vale:  : relación señal a ruido A.Lazaro, et al.”Effects of interferences in UHF RFID Systems”, PIERS 98, 2009

18. Calculo BER en canal Rayleigh Suponiendo hipótesis gausiana para las interferencias, se puede determinar el BER utilizando las mismas expresiones pero utilizando el SINR medio en lugar del SNR medio Predomina el menor S/N o CIR(SIR) En entornos multicamino se requieren mayor relación señal a ruido. Pudiendo limitar el alcance dependiendo de la sensibilidad del lector, distancia del tag y presencia de interferencias Sin interferencias

19. Interferencias en canal gausiano y Rayleigh Tag situado a 2 m Interferencia canal adyacente ACPR=30dB CIR=20 dB En Canal Gausiano el read range esta limitado por el Power Up (sensibilidad del tag), en canales Rayleigh esta limitado por la sensibilidad del lector y interferencias

20. Técnicas de diversidad Tipos de Técnicas de diversidad espacial: Por selección Por combinación Por selección: Se conmuta entre cada antena Por combinación: Se detecta después de combinar en modulo/fase las señales de varias antenas

21. Distancia entre antenas Coeficiente de correlación: Para que el sistema de diversidad sea efectivo las señales recibidas por cada antena deben ser independientes (incorreladas): Conclusión: A practica se pueden considerar incorreladas y por tanto puede aplicarse diversidad

22. Calculo BER con diversidad por selección Función de densidad de probabilidad del combinador de N antenas Probabilidad de error media Derivando se obtiene la fdp:

23. Resultados con diversidad Distancia Tag-lector de 2 m Modo de operación Dense Reader con ACPR=30dB

24. Resultados con diversidad Distancia Tag-lector de 2 m Modo de operación Dense Reader con ACPR=30dB Con diversidad de orden 4 se recupera aproximadamente, la misma situación que en un canal ideal gausiano

25. Influencia del número de lectores Distancia mínima entre lectores interferentes para una BER=10 -3 utilizando codificaciones FM0, Miller M=2, Miller M=4 and Miller M=8 encodings:

27. Agradecimientos Este trabajo ha sido financiado con el proyecto del ministerio de educación y ciencia, TEC2008-06758-C02-02 .