3. Wireless Communication Principle of RFID
Different work principles of different carrier frequency
不同频率载波也适用不同的工作原则。
前面已经有所涉及，比如LF HF适用于近距离，UHF SHF适合远距离。
前者适用 Inductively Coupled RF Module 电感耦合，通过感应方式获取能量。
后者适用 Electromagnetic Backscatter Coupled RF Module 电磁反向散射耦合，持续不断发送射频信号来供给能量。backscatter 指的是接收机信号调制后通过发送机天线产生可被识别的信号。
两者的能量消耗都和距离平方成正比 squared distance
Signal voltage and energy: dB, dBm，重点：如何计算
变化的电压通常用 V ( t ) = v 0 c o s ( ω t ) V(t)=v_0cos(\omega t) V(t)=v0cos(ωt) 表示。
功率P=VI=V^2/R这不用多说。平均功率 = v 0 2 2 R =\frac{v_0^2}{2R} =2Rv02 很简单推因为正余弦平均就是/根2.
相对变化 The relative change，这是一个比较新鲜的而且信号变化中比较重要的指标。
G d B = 10 l o g 10 P 2 P 1 G_{dB}=10log_{10}\frac{P2}{P1} GdB=10log10P1P2
参考功率 referenced power d B m = 10 l o g 10 P 1 0 − 3 dBm=10log_{10}\frac{P}{10^{-3}} dBm=10log1010−3P
dBm单位是功率的W，GdB单位是dB，代表一个比值。
Modulation of reader signal: OOK and its problem, solution: PIE; Tag encoding: FM0
一些阅读器通过调制使得正弦电压信号携带信息的方法。
OOK：on off keying，高功率1低功率0.
问题在于，低功率0的部分标签没法被激活，也无法正常工作。也就是说0信号标签压根启动不了，没法接收0信号。
PIE解决方法：长高功率是1，短高功率是0.
然后涉及到tags对reader发来的信号进行解码。空间中的信号发过来是有方向的矢量叠加，tags如何通过编码机制识别信号？
FM0编码方式：位窗起始处翻转信号表示1，中间翻转表示0.
FM0属于 FSK frequent shift key 通过信号变化频率来识别的机制。
Link budget (重点)
Link budget: forward link budget and backward link budget 发射过程中能量增减的总和
reader transmit energy(+) path loss(-) tag activate energy(-)
- pass loss: 读取器天线向360度的发送能量。其中只有一部分区域可以被tags antenna读取到，这一部分被称作 Effective Aperture (Ae) of the tag antenna。能量=有效面积*密度 P t = ρ A e P_t=\rho A_e Pt=ρAe 。总共发送的能量比收到的能量就等于总表面积比有效面积 P T X P R X = A e 4 π r 2 \frac{P_{TX}}{P_{RX}}=\frac{A_e}{4\pi r^2} PRXPTX=4πr2Ae
来看上例，发送方30dBm对应1W，tag接收到-10dBm对应10^-4W. 然后5dB的衰减到-15dBm。这个5dB衰减就是两个dBm做差得到的。
所以，dBm相当于对功率P的另一种衡量方式，为什么这么麻烦的要用log来表示？因为两个dBm的差值就是分贝（放大系数），所以由一个dBm能量转到另一个只需要加减两者间差的分贝即可，很方便。
从tags反射回来的信号 reflection link 和路径四次方成反比 inversely proportional. P R X , b a c k : 1 r 4 P_{RX,back}:\frac{1}{r^4} PRX,back:r41
Antenna gain and polarization, EIRP
antenna gain: 输入条件相同情况下，实际情况某一点能量密度/理想条件下的密度单元。反应了天线 concentrates the input power 的能力。就比如把阅读器放中间，标签围一圈，360度去读取周围标签对能量消耗就大，可能因此传输距离也近；但是如果把标签集中放在一块区域，周围放置的 reader 利用定向天线 Directional antenna，固定读取某一个角度范围内的tags能量利用效率就高。
Polarization：事物在一定条件下发生极化 polarization，使得其表现的和原有状态不一样 its properties deviate from the original state。
EIRP, Equivalent Isotropic Radiated Power: 天线在所指方向上获得最大增益效果 maximum gain effect 所需要的能量。
For example, FCC regulations in the United States, a non-irradiated transmitter can transmit 1W of energy signals, and can use 6dBi antenna; antenna gain increased by 1dB, transmission energy needs to be reduced by 1dB. In fact, FCC is not more than 36dBm(30dBm+6dBi).
Effects of antenna gain，重点：分析 link budget，几个计算公式
directional gain: radiation density of one direction d / average value in all direction
power gain: radiation efficiency of that direction G
平面角：单位rad，比如圆周180度单位角=2pi rad
立体角：单位sr，比如球面立体角=4pi sr
能量增益G的计算方法是4pi/立体角大小。比如波束宽度72°也就是2pi/5大概是1.25rad， G = 4 π 1.2 5 2 G=\frac{4\pi}{1.25^2} G=1.2524π
dipole antenna: 垂直于轴沿各个方向发送信号，比全向天线 omnidirectional antenna 小2.2dB。
Effective aperture A = G λ 2 4 π A=G\frac{\lambda ^2}{4\pi} A=G4πλ2
P R X = P T X G R X G T X ( λ 4 π r ) 2 P_{RX}=P_{TX}G_{RX}G_{TX}(\frac{\lambda}{4\pi r})^2 PRX=PTXGRXGTX(4πrλ)2
R f o r w a r d = λ 4 π P T X , r e a d e r T b G r e a d e r G t a g P m i n , t a g R_{forward}=\frac{\lambda}{4\pi}\sqrt{\frac{P_{TX,reader}T_bG_{reader}G_{tag}}{P_{min,tag}}} Rforward=4πλPmin,tagPTX,readerTbGreaderGtag
R r e v e r s e = λ 4 π P T X , r e a d e r T b G r e a d e r 2 G t a g 2 P m i n , r e a d e r 4 R_{reverse}=\frac{\lambda}{4\pi}\sqrt[4]{\frac{P_{TX,reader}T_bG_{reader}^2G_{tag}^2}{P_{min,reader}}} Rreverse=4πλ4Pmin,readerPTX,readerTbGreader2Gtag2
