史東，潘德勝

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司安徽分公司，合肥 230041）

射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。RFID標(biāo)簽具有體積小、容量大、壽命長(zhǎng)、可重復(fù)使用等特點(diǎn)，可支持快速讀寫(xiě)、非可視識(shí)別、移動(dòng)識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別、定位及長(zhǎng)期跟蹤管理。超高頻無(wú)源RFID標(biāo)簽(UHF Passive RFID Tag)是指工作頻率在860～960MHz之間的超高頻頻段內(nèi)無(wú)外接電源供電的RFID標(biāo)簽。這種超高頻無(wú)源RFID標(biāo)簽由于其工作頻率高,可讀寫(xiě)距離長(zhǎng)，無(wú)需外部電源，制造成本低[1]。由于UHF RFID技術(shù)的優(yōu)異特性，其應(yīng)用領(lǐng)域包括物流管理、電子商務(wù)、軍事管理、后勤管理等眾多領(lǐng)域。目前我國(guó)在UHF 800/900MHz頻段的RFID標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)確立[2]，在不久的將來(lái)UHF RFID技術(shù)有可能成為RFID領(lǐng)域的主流產(chǎn)品技術(shù)。

文獻(xiàn)[3]討論在RFID系統(tǒng)中讀寫(xiě)器各性能指標(biāo)確定的情況下討論標(biāo)簽設(shè)計(jì)對(duì)讀出距離的影響，對(duì)于電子標(biāo)簽的設(shè)計(jì)與研發(fā)提供思路。工業(yè)和信息化部規(guī)定我國(guó)UHF 800/900MHz頻段RFID技術(shù)具體使用頻段為840～845MHz和920～925MHz，基于該UHF頻段距離CDMA800(下行870～880MHz，上行825～835MHz)、GSM(上行885～915MHz，下行930～960MHz)等移動(dòng)通信頻段距離較近，本文從移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)RFID UHF頻段的雜散干擾角度考慮，分析電磁環(huán)境干擾對(duì)于RFID電子標(biāo)簽讀寫(xiě)距離的影響，最后給出UHF RFID系統(tǒng)干擾抑制方法分析與部署建議。

1 UHF頻段無(wú)源RFID系統(tǒng)原理

對(duì)于UHF 800/900MHz頻段的RFID系統(tǒng)而言，采用電磁反向散射耦合的工作方式，利用電磁波反射完成從電子標(biāo)簽到讀寫(xiě)器的數(shù)據(jù)傳輸。

電磁反向散射RFID系統(tǒng)工作原理如圖1所示，系統(tǒng)工作可以分為兩個(gè)過(guò)程。

圖1 電磁反向散射RFID系統(tǒng)

（1）電子標(biāo)簽接收讀寫(xiě)器發(fā)射的信號(hào)，電子標(biāo)簽通過(guò)接收已調(diào)制載波作為自己的能量來(lái)源，并對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，從而接收讀寫(xiě)器的指令和數(shù)據(jù)；

（2）電子標(biāo)簽項(xiàng)讀寫(xiě)器返回信號(hào)時(shí)，讀寫(xiě)器向標(biāo)簽發(fā)送未調(diào)制載波，載波能量一部分被標(biāo)簽轉(zhuǎn)化為直流電壓，供給標(biāo)簽工作；另一部分被標(biāo)簽通過(guò)改變射頻前端電路的阻抗調(diào)制并反射載波向讀寫(xiě)器傳送信息。

2 UHF頻段無(wú)源RFID系統(tǒng)干擾分析

2.1 RFID讀寫(xiě)器接收靈敏度

取RFID系統(tǒng)帶內(nèi)熱噪聲和讀寫(xiě)器噪聲系數(shù)累加作為系統(tǒng)接收靈敏度。則RFID讀寫(xiě)器接收系統(tǒng)靈敏度為：

式(1)中B為UHF 800/900MHz頻段RFID讀寫(xiě)器工作帶寬B＝250kHz，噪聲系數(shù)典型值為nf＝5，則RFID讀寫(xiě)器接收靈敏度Ps＝-115dBm。

2.2 UHF頻段RFID系統(tǒng)干擾分析

根據(jù)UHF頻段RFID系統(tǒng)工作原理可知，RFID系統(tǒng)的干擾源可以分為以下幾類(lèi)：

（1）RFID讀寫(xiě)器發(fā)送和接收同頻，其發(fā)送端發(fā)送的強(qiáng)載波信號(hào)會(huì)耦合到接收端，造成干擾；

（2）異系統(tǒng)對(duì)RFID讀寫(xiě)器接收端的干擾；

（3）異系統(tǒng)對(duì)RFID電子標(biāo)簽的干擾。

對(duì)于第一種干擾，考慮到干擾源的確定性，可以通過(guò)載波對(duì)消理論、雙工器、環(huán)形器等方法解決。

UHF 900MHz頻段與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)立體聲廣播傳輸業(yè)務(wù)共頻段[2]，由于該業(yè)務(wù)的使用范圍局限且為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，RFID系統(tǒng)采用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)、合理的部署策略來(lái)規(guī)避或減弱該業(yè)務(wù)的干擾。

2.2.1 移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)RFID讀寫(xiě)器的干擾

移動(dòng)通信系統(tǒng)CDMA800(下行870～880MHz，上行825～835MHz)、GSM(上行885～915MHz，下行930～960MHz)等頻段距離800/900MHz RFID工作頻段較近，會(huì)對(duì)RFID系統(tǒng)產(chǎn)生雜散干擾。

GSM蜂窩雜散指標(biāo)[4]如表1所示。

表1 GSM蜂窩發(fā)信機(jī)雜散指標(biāo)

GSM終端雜散指標(biāo)：在滿足表2的條件下，GSM終端雜散發(fā)射指標(biāo)不高于-36dBm[4]。

表2 GSM終端雜散指標(biāo)測(cè)試條件

CDMA800蜂窩發(fā)信機(jī)雜散指標(biāo)如表3所示。

表3 CDMA蜂窩發(fā)信機(jī)雜散指標(biāo)

CDMA800終端雜散指標(biāo)：869～894MHz與1920～1980MHz頻段外，在移動(dòng)臺(tái)天線連接口以30kHz分辨帶寬測(cè)量的雜散發(fā)射應(yīng)低于-47dBm[5]。

考慮蜂窩基站發(fā)射天線增益15dBi，終端天線增益0dBi，距離基站10m以及距離終端1m時(shí)移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)UHF 800/900MHz頻段RFID系統(tǒng)雜散干擾如表4所示。

表4 RFID系統(tǒng)雜散干擾

由以上分析可知，移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)RFID系統(tǒng)造成雜散干擾的干擾源為移動(dòng)通信終端設(shè)備。

2.2.2 移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)RFID電子標(biāo)簽的干擾

UHF頻段無(wú)源RFID電子標(biāo)簽的頻率選擇性能不理想，移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)射的電磁波也會(huì)被標(biāo)簽感應(yīng)并耦合至標(biāo)簽芯片中，會(huì)與RFID工作頻率產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)物與諧振產(chǎn)物，并且由于移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)射的電磁波攜帶的信息具有隨機(jī)性并且編碼方式不相同等原因，降低了標(biāo)簽芯片輸入端信噪比，增加RFID電子標(biāo)簽解調(diào)誤碼率。

2.3 UHF頻段無(wú)源RFID標(biāo)簽讀寫(xiě)距離計(jì)算

RFID讀寫(xiě)器對(duì)標(biāo)簽的讀取距離遵循雷達(dá)方程。即：

式(2)中，Pr為讀寫(xiě)器接收功率，讀寫(xiě)器發(fā)射功率Pt為2W/100mW[2]，天線增益G取值4dBi，λ為波長(zhǎng)，σ為雷達(dá)散射橫截面面積取5cm2，R為讀寫(xiě)距離。

鑒于RFID系統(tǒng)受到UHF頻段移動(dòng)通信系統(tǒng)的電磁雜散干擾。雜散干擾的主要現(xiàn)象表現(xiàn)為使被干擾系統(tǒng)的底噪抬升，導(dǎo)致其接收靈敏度下降。對(duì)于RFID系統(tǒng)則表現(xiàn)為出現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)或信令的CRC-16循環(huán)校驗(yàn)出錯(cuò)，以至于減少讀寫(xiě)距離來(lái)保障正常通信。考慮到移動(dòng)通信終端的普及性，UHF頻段RFID系統(tǒng)工作頻帶內(nèi)受到雜散干擾值遠(yuǎn)大于其讀寫(xiě)器收靈敏度-115dBm，為保障通信要求Pr大于雜散干擾，取Pr>64dBm時(shí)，讀寫(xiě)距離R近似取值5.5/2.6m(Pt為2W/100mW)。

（1）移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)RFID電子標(biāo)簽的干擾會(huì)影響其有效讀寫(xiě)距離；

（2）實(shí)際RFID電子標(biāo)簽散射截面積會(huì)有所不同，讀寫(xiě)距離也會(huì)有所差別；

（3）RFID電子標(biāo)簽存在標(biāo)簽天線與標(biāo)簽芯片阻抗不匹配等設(shè)計(jì)水平局限性，導(dǎo)致實(shí)際讀寫(xiě)距離小于理論計(jì)算值。

3 UHF頻段RFID系統(tǒng)干擾抑制策略

移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)UHF 800/900MHz頻段RFID系統(tǒng)的干擾影響其讀寫(xiě)器對(duì)電子標(biāo)簽的讀寫(xiě)距離，而讀寫(xiě)距離會(huì)影響或限制UHF頻段RFID技術(shù)的應(yīng)用范圍。下面給出如何提高UHF頻段無(wú)源RFID系統(tǒng)的抗干擾能力的抑制策略。

在限定發(fā)射功率的前提下，對(duì)于RFID讀寫(xiě)器而言，可以采用跳頻、擴(kuò)頻等技術(shù)提高其抗干擾能力；從RFID電子標(biāo)簽設(shè)計(jì)角度考慮提高UHF頻段電子標(biāo)簽的頻率選擇性能、阻抗匹配性能、封裝方式等都可以有效提高標(biāo)簽抗干擾能力。

在現(xiàn)階段UHF 800/900MHz頻段無(wú)源RFID技術(shù)前提下，可以通過(guò)以下部署策略規(guī)避或減少干擾產(chǎn)生的影響。

（1）在部署、使用RFID讀寫(xiě)系統(tǒng)時(shí)需遠(yuǎn)離GSM、CDMA800宏蜂窩、微蜂窩以及直放站，盡量確保RFID讀寫(xiě)器天線、標(biāo)簽天線與移動(dòng)通信系統(tǒng)天線之間有一定距離，且避免正對(duì)；

（2）在部署RFID讀寫(xiě)系統(tǒng)時(shí)需遠(yuǎn)離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)立體聲廣播傳輸業(yè)務(wù)系統(tǒng)；

（3）在RFID讀寫(xiě)系統(tǒng)工作時(shí)，如果讀寫(xiě)距離不能滿足要求，應(yīng)將GSM、CDMA800等通信系統(tǒng)終端利用金屬物進(jìn)行屏蔽或者遠(yuǎn)離RFID讀寫(xiě)系統(tǒng)。

4 總結(jié)

本文首先介紹U HF頻段RFID系統(tǒng)工作原理，在此基礎(chǔ)上分析了RFID系統(tǒng)可能存在的干擾源以及干擾源對(duì)RFID讀寫(xiě)距離的影響，最后給出了RFID系統(tǒng)的干擾抑制策略與部署策略，在現(xiàn)階段該頻段RFID技術(shù)的應(yīng)用提供參考。UHF頻段RFID技術(shù)將成為RFID領(lǐng)域的主流技術(shù)，研究該頻段RFID技術(shù)的干擾抑制策略以及提高RFID讀寫(xiě)系統(tǒng)的性能，能夠不斷擴(kuò)大該頻段RFID技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)于推動(dòng)其應(yīng)用的普及具有重要意義。

[1] Mun L N, Kin S L, Peter H C. Analysis of const raints in small UHF RFID tag design [J]. 2005 IEEE International Symposium on Microwave,Antenna, Propaga-tion and EMC Technologies for Wireless Communications Proceedings, USA, 2005 ,1, P507 – 510.

[2] 信部無(wú)[2007]205號(hào),800/900MHz頻段射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)應(yīng)用規(guī)定(試行)[S], 2007.

[3] Yin S F, Xiong L Z, Analysis of factors in influencing read range of UHF passive RFID tag[J], Modern Electronic Technicqe, 2008,1, P38 -40.

[4] 3GPP TS 45.005, 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network; Radio Transmission and Reception (Release 8)[S].

[5] YDC 015-203, Technical Specification of Mobile Station(MS) for 800MHz cdma 1x Digital Cellular Mobile Telecommunication Network[S].