RFID是射頻識別技術(shù)的英文(RadioFrequencyIdentification)縮寫(xiě)。射頻識別技術(shù)是20世紀90年代開(kāi)始興起的一種自動(dòng)識別技術(shù)。該技術(shù)在世界范圍內正得到廣泛的應用，在我國，該技術(shù)及其應用處于初級發(fā)展階段，存在技術(shù)水平不高、標準規范不完整等諸多問(wèn)題。但同時(shí)，射頻識別技術(shù)在我國又擁有廣闊的發(fā)展前景和巨大的市場(chǎng)潛力，相對于條碼技術(shù)而言，射頻識別技術(shù)的發(fā)展和應用的推廣將是我國自動(dòng)識別行業(yè)的一場(chǎng)技術(shù)革命。但是嶄新的無(wú)線(xiàn)技術(shù)在推動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時(shí)，如果使用不當勢必會(huì )帶來(lái)頻率干擾，如何同現有無(wú)線(xiàn)電業(yè)務(wù)和平共處是本文所主要考慮的問(wèn)題。
1、RFID技術(shù)介紹
射頻識別技術(shù)是一項利用射頻信號通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達到識別目的的技術(shù)。
射頻識別系統通常由電子標簽(射頻標簽)和閱讀器組成。電子標簽內存有一定格式的電子數據，常以此作為待識別物品的標志性信息。應用中將電子標簽附著(zhù)在待識別物品上，作為待識別物品的電子標記。閱讀器與電子標簽可按約定的通信協(xié)議互傳信息，通常的情況是由閱讀器向電子標簽發(fā)送命令，電子標簽根據收到的閱讀器的命令，將內存的標志性數據回傳給閱讀器。這種通信是在無(wú)接觸方式下，利用交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)的空間耦合及射頻信號調制與解調技術(shù)實(shí)現的。
現階段的RFID技術(shù)在全球主要有車(chē)輛識別、自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)管理、家畜識別、身份識別、門(mén)禁管理等方面的應用。
圖1 RFID系統示意圖
表1 RFID技術(shù)的應用
典型應用領(lǐng)域
具體應用
車(chē)輛自動(dòng)識別管理
鐵路車(chē)號自動(dòng)識別是射頻識別技術(shù)最普通的應用。
高速公路收費及智能交通系統
高速公路自動(dòng)收費充分體現了非接觸識別的優(yōu)勢，在車(chē)輛高速通過(guò)收費站的同時(shí)完成繳費，解決了交通的瓶頸問(wèn)題，提高了車(chē)行速度，避免擁堵，提高了收費結算效率。
貨物的跟蹤、管理及監控
射頻識別技術(shù)為貨物的跟蹤、管理及監控提供了快捷、準確、自動(dòng)化的手段。以射頻識別技術(shù)為核心的集裝箱自動(dòng)識別，成為全球范圍最大的貨物跟蹤管理應用。
倉儲、配送等物流環(huán)節
射頻識別技術(shù)目前在倉儲、配送等物流環(huán)節已有許多成功的應用。隨著(zhù)射頻識別技術(shù)在開(kāi)放的物流環(huán)節統一標準的研究開(kāi)發(fā)，物流業(yè)將成為射頻識別技術(shù)最大的受益行業(yè)。
生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)品加工過(guò)程自動(dòng)控制
主要應用在大型工廠(chǎng)的自動(dòng)化流水作業(yè)線(xiàn)上，實(shí)現自動(dòng)控制、監視，提高生產(chǎn)效率，節約成本。
動(dòng)物跟蹤和管理
射頻識別技術(shù)可用于動(dòng)物跟蹤。在大型養殖廠(chǎng)，可通過(guò)采用射頻識別技術(shù)建立飼養檔案、預防接種檔案等，達到高效、自動(dòng)化管理牲畜的目的，同時(shí)為食品安全提供了保障。
2、國際RFID技術(shù)特點(diǎn)及相關(guān)管理規則
盡管RFID在不同頻段有著(zhù)不同的應用，但近年來(lái)被業(yè)內人士看好的技術(shù)是基于UHF頻段的無(wú)線(xiàn)射頻識別技術(shù)。從應用的趨勢來(lái)看，現代物流業(yè)、商品零售業(yè)會(huì )廣泛應用RFID技術(shù)，為什么UHF頻段的RFID技術(shù)會(huì )成為全球熱點(diǎn)?主要有以下幾個(gè)需考慮的因素(見(jiàn)表2所示)。
表2 UHF頻段應用特點(diǎn)
從幾個(gè)要素中，我們發(fā)現UHF頻段的讀寫(xiě)距離在4～5米，從經(jīng)典的無(wú)線(xiàn)傳輸模型公式(1)中
 (1)
(其中P1為標簽的接收功率，Gr為發(fā)射功率，L為路徑衰耗，λ為波長(cháng))，可以看出：
假設發(fā)射機的功率是等同的，利用低頻實(shí)現RFID，理論上將獲得很大的接收功率，但標簽的尺寸較大將影響市場(chǎng)的廣泛應用；如果利用微波實(shí)現RFID的方案，盡管標簽將變得較小，但路徑衰耗較大，波長(cháng)較短，接收功率是相當小的，極大地影響了讀寫(xiě)距離。綜合考慮，UHF頻段的RFID將具有波長(cháng)適中、遠場(chǎng)耦合、標簽較小、空間衰耗小、工作距離相對較遠等優(yōu)點(diǎn)，加上IC智能卡技術(shù)不斷的成熟，TAG標簽的價(jià)格將不斷走低，更為其廣泛應用奠定了必要的基礎。所以UHF頻段的RFID技術(shù)將服務(wù)于全世界成為不爭的事實(shí)。
基于RFID的技術(shù)特點(diǎn)和潛在的應用空間，國際相關(guān)無(wú)線(xiàn)電管理機構已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行頻率規劃工作，并制定了相應的管理政策，筆者對此進(jìn)行了簡(jiǎn)單的整理，具體情況如表3所示。
表3 世界各國RFID頻率規劃概況
從表3我們可以清晰地看到，已作規劃的國家和地區，RFID的頻率使用大致在860～960MHz頻段，這已經(jīng)成為國際主流趨勢，同我們上述所作的技術(shù)分析的結論是吻合的。
各國政府除了對RFID的Reader(讀寫(xiě)器)的發(fā)射功率作了相關(guān)規定外，對占用帶寬、調制方式、調頻數目均作了相關(guān)的規定。如:
(1)歐盟規定信道間隔為200kHz，在865.6～867.6MHz的2MHz的頻帶內，讀寫(xiě)器發(fā)射功率小于2W(E.R.P)；在856～856.6MHz的三個(gè)信道使用時(shí)，讀寫(xiě)器發(fā)射功率須小于100mW；在867.6～868MHz的兩個(gè)信道使用時(shí)，讀寫(xiě)器發(fā)射功率小于500mW。所以實(shí)際上在歐洲使用的RFID設備的信道間隔為200kHz，有10個(gè)功率可以達到2W的跳頻信道。
(2)美國FCC機構規定美國FCC將902～928MHz這一頻段劃分為工、科、醫(ISM)頻段，所以對于信道劃分以及帶外輻射的要求相對寬松，要求信道間隔不超過(guò)500kHz即可，所允許的發(fā)射機最大發(fā)射功率小于4W(E.I.R.P)。所以目前美國市場(chǎng)上所使用的設備信道間隔以500kHz為主流，而且由于有相對較寬的26MHz的頻帶使用，所以跳頻信道個(gè)數也在50個(gè)以上，讀寫(xiě)器的發(fā)射功率基本上為4W(E.I.R.P)。
(3)調制方式主要以FSK(帶副載波)、ASK、PSK較簡(jiǎn)單的制式為主，未來(lái)可能出現較復雜的數字調制方式。
(4)標簽的天線(xiàn)盡管沒(méi)有規定，但趨勢是使用半波偶極子天線(xiàn)，因為它所能輻射的面積較大，達到1.64λ2/4π，增益因子為1.64。
3、RFID發(fā)射設備電磁兼容性研究情況
我國的無(wú)線(xiàn)電管理機構正積極開(kāi)展RFID的頻率規劃和指配工作，并啟動(dòng)了相關(guān)技術(shù)研究工作。我國所從事的頻率規劃工作的指導原則應是：
(1)必須確�，F有業(yè)務(wù)的正常運行，在專(zhuān)用頻段、公眾移動(dòng)通信、集群通信頻段不能安排此項業(yè)務(wù)；
(2)需要進(jìn)行RFID業(yè)務(wù)與現有業(yè)務(wù)的共存條件研究，需進(jìn)行大量深入細致的電磁兼容分析和實(shí)驗；在電磁兼容分析和實(shí)驗的基礎上制訂出RFID工作頻帶、發(fā)射功率、帶外發(fā)射、雜散發(fā)射等指標，必要時(shí)要制訂配套的相關(guān)臺站管理規定；
(3)制訂設備的無(wú)線(xiàn)技術(shù)指標時(shí)，要考慮滿(mǎn)足RFID業(yè)務(wù)在中國的大規模有效使用的頻帶、信道帶寬、帶外雜散、發(fā)射功率的相關(guān)要求。既要考慮保護現有無(wú)線(xiàn)電業(yè)務(wù)，又要考慮RFID設備的技術(shù)制造難度和制造成本。
顯而易見(jiàn)，電磁兼容性實(shí)驗作為頻率規劃的重要的技術(shù)支撐手段是十分必要的，電磁兼容工作實(shí)際上就是關(guān)于無(wú)線(xiàn)電頻譜資源的有效利用和合理分配的問(wèn)題，是對新技術(shù)、新制式無(wú)線(xiàn)通信進(jìn)行頻率規劃必需的技術(shù)研究工作。
表4是我國在860～960MHz頻段的頻率規劃和指配情況。
表4 我國860～960MHz頻段頻率規劃和指配情況
我們針對UHF頻段的相關(guān)已存在的業(yè)務(wù)進(jìn)行了RFID設備的兼容性測試(RFID讀寫(xiě)器樣品帶外雜散發(fā)射測試圖樣例見(jiàn)圖2)，由于標簽相對讀寫(xiě)器來(lái)說(shuō)功率較小，測試主要考慮讀寫(xiě)器對公眾蜂窩通信的影響，特別是對易發(fā)生鄰頻干擾的GSM網(wǎng)絡(luò )。對無(wú)中心對講機系統也進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗室環(huán)境干擾測試。我們所使用的測試環(huán)境為EMC10米法半電波暗室、5米法全電波暗室，以及相關(guān)的真實(shí)環(huán)境。實(shí)驗室測試配置如圖3所示。
圖2 RFID讀寫(xiě)器樣品帶外雜散發(fā)射測試圖舉例
圖3 實(shí)驗室測試配置
通過(guò)測試，我們發(fā)現讀寫(xiě)設備同其他鄰近頻段無(wú)線(xiàn)電業(yè)務(wù)在近距離使用的情況下，當Reader開(kāi)啟時(shí)，對鄰近無(wú)線(xiàn)電業(yè)務(wù)有相應的影響，這主要來(lái)自開(kāi)關(guān)機噪聲的干擾；在工作環(huán)境較近的情況下(如1米以?xún)?，由于讀寫(xiě)器的帶外噪聲對臨近業(yè)務(wù)會(huì )有輕微的鄰道干擾。上述干擾，可以通過(guò)調整頻率的必要帶寬、發(fā)射功率大小和帶外發(fā)射特性等措施加以消除。通過(guò)相關(guān)試驗，筆者談一些個(gè)人建議：
(1)RFID設備實(shí)際使用時(shí)較理想的使用模式應是跳頻模式。
(2)考慮到將來(lái)的大容量標簽所需的更高的讀取速率，需要設備能夠提供足夠的必要帶寬。
(3)大功率的設備較難實(shí)現比較好的帶外特性，小功率的設備比較容易實(shí)現較好的帶外特性，考慮到對相鄰頻段業(yè)務(wù)的保護，建議RFID設備發(fā)射功率能夠滿(mǎn)足應用即可。帶外發(fā)射以及雜散發(fā)射必須滿(mǎn)足信息產(chǎn)業(yè)部無(wú)線(xiàn)電管理局的相關(guān)文件以及國家有關(guān)標準之規定。
(4)為了防止RFID設備的電源端口、電信端口、信號端口耦合的傳導騷擾通過(guò)電源線(xiàn)、電信電纜或內部連接電纜向空間輻射電磁波，建議RFID設備的電源端口、電信端口、信號端口的傳導騷擾滿(mǎn)足GB9254-1998《信息技術(shù)設備的無(wú)線(xiàn)電騷擾限值和測量方法》的相關(guān)要求。
(5)考慮到RFID設備可能在較惡劣的環(huán)境中試用，有可能由于環(huán)境溫度、濕度以及工作電壓的變化而引起設備射頻性能的變化，建議對RFID設備進(jìn)行極限條件下的射頻性能測試，具體要求參照相關(guān)的國家標準. |
