Spatial Identification Methods and Systems for RFID Tags

Disertační práce je zaměřena na metody a systémy pro měření vzdálenosti a lokalizaci RFID tagů pracujících v pásmu UHF. Úvod je věnován popisu současného stavu vědeckého poznání v oblasti RFID prostorové identifikace a stručnému shrnutí problematiky modelování a návrhu prototypů těchto systémů. Po specifikaci cílů disertace pokračuje práce popisem teorie modelování degenerovaného kanálu pro RFID komunikaci. Detailně jsou rozebrány metody měření vzdálenosti a odhadu směru příchodu signálu založené na zpracování fázové informace. Pro účely lokalizace je navrženo několik scénářů rozmístění antén. Modely degenerovaného kanálu jsou simulovány v systému MATLAB. Významná část této práce je věnována konceptu softwarově definovaného rádia (SDR) a specifikům jeho adaptace na UHF RFID, která využití běžných SDR systémů značně omezují. Diskutována je zejména problematika průniku nosné vysílače do přijímací cesty a požadavky na signál lokálního oscilátoru používaný pro směšování. Prezentovány jsou tři vyvinuté prototypy: experimentální dotazovač EXIN-1, měřicí systém založený na platformě Ettus USRP a anténní přepínací matice pro emulaci SIMO systému. Závěrečná část je zaměřena na testování a zhodnocení popisovaných lokalizačních technik, založených na měření komplexní přenosové funkce RFID kanálu. Popisuje úzkopásmové/širokopásmové měření vzdálenosti a metody odhadu směru signálu. Oba navržené scénáře rozmístění antén jsou v závěru ověřeny lokalizačním měřením v reálných podmínkách.The doctoral thesis is focused on methods and systems for ranging and localization of RFID tags operating in the UHF band. It begins with a description of the state of the art in the field of RFID positioning with short extension to the area of modeling and prototyping of such systems. After a brief specification of dissertation objectives, the thesis overviews the theory of degenerate channel modeling for RFID communication. Details are given about phase-based ranging and direction of arrival finding methods. Several antenna placement scenarios are proposed for localization purposes. The degenerate channel models are simulated in MATLAB. A significant part of the thesis is devoted to software defined radio (SDR) concept and its adaptation for UHF RFID operation, as it has its specialties which make the usage of standard SDR test equipment very disputable. Transmit carrier leakage into receiver path and requirements on local oscillator signals for mixing are discussed. The development of three experimental prototypes is also presented there: experimental interrogator EXIN-1, measurement system based on Ettus USRP platform, and antenna switching matrix for an emulation of SIMO system. The final part is focused on testing and evaluation of described positioning techniques based on complex backscatter channel transfer function measurement. Both narrowband/wideband ranging and direction of arrival methods are validated. Finally, both proposed antenna placement scenarios are evaluated with real-world measurements.