RFID应用及原理 第二章 RFID系统概论

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第二章：超高频RFID系统概论

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2.1 RFID技术发展现状

射频识别技术(RFID),从90年代兴起的一种非接触式的自动 识别技术，利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递 达到识别目标的技术。 被世界公认为本世纪十大重要技术之一，识别过程无须人工 干预，具有防水、防磁、耐高温、使用寿命长、标签上数据 可以加密、存储数据容量大、更改自如等优点。 可用于物流，电子票证，动物或资产追踪管理，供应冷链， 高速公路智能收费等领域。 RFID系统通常由读写器、电子标签及应用软件组成 。

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2.1 RFID技术发展现状

近几年来，随着RFID技术的不断发展和标准的不断完善， 1、在RFID产业链方面：从芯片设计与制造、天线的设计与制造、 电子标签封装技术与集成，到读写器设计与制造技术等各环节都 得到很大发展。 2、在RFID应用体系架构方面：系统集成与中间件，公共服务体 系，测试技术与规范等都取得了一定的成果。 3、 RFID产品将更加成熟、廉价和多样化，应用领域将更加广泛。 目前，中国在低高频和高频段的RFID标签芯片设计方面的技术 比较成熟，设计技术接近国际先进水平，已经自主开发出符合 ISO14443 Type A、Type B和ISO15693标准的RFID芯片，并成 功地应用于交通一卡通和中国二代身份证等项目，与国际主要的 差距存在于片上天线与芯片的集成上，国内还没有相应的产品应 用。

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RFID厂商分布1、RFID产业链的核心技术基本还掌握在国外公司的手里， RFID 芯片全球范围内由Phillips,Siemens,ST,TI等传统半导体厂商 所垄断，Phillips公司的RFID标签累计出货量已经超过10亿只了。 2、国内RFID 主要厂商集中于北京、长三角、广东三地。真正有 研发实力的企业不多，而且中国未来市场潜力巨大，为各类RFID 厂商提供了广阔的生存空间。 3、超高频段RFID最早由美国Amtech公司推出，技术比较成熟， 国内远望谷、航天金卡等公司也在积极对超高频RFID研究。 4、 2.45G微波RFID技术刚刚起步，应用范围并不广泛。

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RFID系统不同国家地区的频率分配和最大发射功率有不同 的规定，主要的工作频段有：

低频：125KHz、 高频：13.56MHz、 超高频：400MHz、860~960MHz、 2.45GHz、5.8GHz等。

2007年4月底，工信部发布了《关于发布800/900MHz频段射频 识别(RFID)技术应用试行规定的通知》。规定中国UHF RFID技 术的试用频率为840-845MHz和920-925 MHz,发射功率见表 2.1。

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该频段RFID技术无线电发射设备射频指标：1、 载波频率容限：20×10-6; 2、 信道带宽及信道占用带宽(99%能量):250KHz; 3、 信道中心频率： fc(MHz)=840.125+N×0.25和 fc(MHz)=920.125+M×0.25(N,M为0-19之间

的整数); 4、 邻道功率泄漏比：40dB(第一邻道),60dB(第二邻道); 5、 工作模式为跳频扩频方式，每跳频信道最大驻留时间2秒。 表2.1 中国800/900MHz频段RFID技术发射功率

频率范围(MHz) 840-844.5 920.5-924.5

发射功率(e.r.p) 2W 100mW

840-845 920-925

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目前国际上与RFID相关的通信标准主要有:1、 ISO/IEC 18000标准(包括7个部分，涉及125KHz, 13.56MHz, 433MHz, 860-960MHz, 2.45GHz等频段),ISO11785(低频), ISO/IEC 14443标准(13.56MHz),ISO/IEC 15693标准(13.56MHz)。 2、 EPC Global 标准(包括Class0, Class1和GEN2等三种协议,涉及HF和 UHF两种频段),DSRC标准(欧洲ETC标准，含5.8GHz)。目前电子标 签芯片的国际标准出现了融合的趋势，ISO/IEC 15693标准已经成为 ISO18000-3标准的一部分，EPC GEN2标准也已经启动向ISO18000-6 Part C标准的转化。这些标准(组织)都在积极进入中国,在国内设立代理机构,网罗各自的企 业利益群体,都希望能够影响到国内UHF频段的RFID标准的制订，为日后在 广大的中国市场的竞争中，赢得标准上的先机。

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表2.1 在不同载波频段下RFID系统的优缺点比较工作频率 <150KHz (低频) 13.56MHz (高频) 通信标准协议 ISO18000-2 ISO11785 ISO18000-3 ISO14443 ISO15693 优点 标准CMOS工艺 技术简单可靠成熟， 无频率限制 与标准CMOS工艺兼容， 技术可靠成熟，在交通智 能卡等领域应用广泛 缺点 通信速度低， 识别距离短(<10cm), 天线尺寸大。 距离不够远(<75cm), 天线尺寸大， 受金属材料等影响大。

433.92MHz 和860~ 960MHz (超高频)

ISO18000-7 ISO18000-6 EPC Global C0, C1,Gen2

长距离定向识别，天线尺 寸小，可绕射，无需可视 距离，发展潜力巨大。

各国有不同的频段管制， 对人体有伤害，限制发射 功率,受金属和液体等材料 影响较大

2.45~ ISO18000-4, 5.8GHz (微 DSRC 波)

除了UHF特性外，更高的 ISM频段共享产品多，易 带宽和通信速率，更长识 受干扰，技术相对复杂， 别距离，更小的天线尺寸。 对人体有伤害，限制发射 功率。

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2.1 RFID技术原理1)在低频段(100MHz以下)基于电感耦合(Inductive Coupling); 2)在高频段(400MHz以上)基于雷达探测目标的反向散射耦 (Backscatter Coupling)。如图2.1所示。

图2.1 RFID的工作原理

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RFID 标签 RFID 标签 RFID 标签 RFID 标签 RFID 标签 阅读器 数据&事件 集成 企业应用

阅读器 数据获取 商业处理过程

数据仓库 企业级应用

图2.2 RFID系统结构图

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RFID系统1、RFID系统通常由天线、读写器、电子标签及应用软件组成。读写 器控制射频模块控制天线发出射频信号，电子标签主动发送(有源标 签)或者凭借感应电流所获得的能量(无源标签)发送出芯片中的存 储信息，读写器解读数据，送至应

用软件中心进行数据处理。 2、在一个RFID系统中，电子标签一般占总投资的60%至70%。读写 器和计算机系统的投资是一次性的，但电子标签的数量且随着时间的 推移和应用的扩大，逐年会增加。 2、电子标签含有物品唯一标识体系的编码，包括电子产品代码EPC、 泛在识别号UCODE、车辆识别代码VIN、国际证券标识号ISIN、以 及IPv6等等。 3、其中，电子产品代码(EPC)是全球产品代码的一个分支，它包含 著一系列的数据和信息，如产地，日期代码和其他关键的供应信息。

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读写器读写器通常由天线、射频模块、读写模块组成。功能：控制射频模 块向标签发射读取信号，并接收标签的应答，对标签的对象标识信 息进行解码，将对象标识信息连带标签上其它相关信息传输到主机 以供处理。阅读器和电子标签之间一般采用半双工通信方式进行信 息交换，同时阅读器通过耦合给无源电子标签提供能量和时序。

根据应用不同，读写器可以是手持式或固定式。

读写器在RFID系统中起到举足轻重的作用：

读写器的频率决定了RFID系统的工作频段； 读写器的功率直接影响射频识别的距离。

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电子标签

由外壳、天线、基片、集成电路、连接电路五部分组成， 性能取决于标签的天线、集成电路和封装水平。每个标 签具有唯一的EPC编码，附着在物体上标识目标对象， 按电子标签获得能量的方法，一般可分为 ：

有源标签，有电池供电，识别距离远，但寿命有限、 体积较大、成本高， 不适合在恶劣环境下工作。 无源标签，内无电池，它利用波束供电技术将接收 到的射频能量为内部电路供电，UHF频段无源标签 的有效识别距离可达10米，寿命长且对工作环境 要求不高。

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电子标签分类在最新的EPC Global Gen2标准里，根据标签的读写功 能的不同，可分为四种 ：Class0:仅提供唯读(Read Only)功能，在出厂时便将一组EPC(ElectronicProduct Code)码写入标签中，属于简单被动式电子标签。 Class1:具备可写入一次(Write Once)的功能，标签在出厂时并未写入任何资料，购 买的厂商可利用RFID Reader 将物品的资料写入标签中，属于简单被动式电子标签。 例如Wal-Mart 要求供应商使用在货物上的即是此类RFID 标签。 Class2:具备可重覆读写(Read/Write)功能，可将物品的生产与流通的资料逐一写入 标签中，此类电子标签适合用于物品流向的追踪管制，属于被动式电子标签。 Class3:具有重覆读写功能且内含额外感应器的标签，可侦测温度、湿度、动 向等的变化，并将变化的资料记录在RFID标签，内置电池以增加读取距离。(属于 半被动) Class4:具备可发出讯号主动与其他标签沟通

,内置电池不须经由Reader。

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RFID未来发展趋势

超高频RFID 是未来RFID的发展趋势。 RFID系统小型化、低成本和天线结构简单。 读写器将向多功能、多接口、多制式、并向模块化、小型 化、便携式、嵌入式、智能型方向发展。 海量的RFID信息处理、传输和安全隐私保护机制。 RFID系统集成软件向嵌入式、智能化、可重组方向发展。 构建RFID公共服务体系，与红外感应器，激光扫描仪，

GPS定位系统，互联网，电信网和传感网等信息技术融合 成为物联网环境。

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超高频RFID

超高频RFID市场应用场景相当广阔。具有识别距离远、传送 数据速度快，可靠性和寿命高、耐受户外恶劣环境等优点。 可用于物流，电子票证，动物或资产追踪管理，供应冷链，高 速公路智能收费等领域。 政府在2007年发布了《关于发布800/900MHz频段射频识别 (RFID)技术应用试行规定的通知》。 超高频RFID系统比较复杂，国内从事核心技术开发，具有自 主知识产权的企业很少，是中国RFID产业最薄弱环节，国内 外现有的超高频RFID产品标准不一，稳定性和兼容性不好。 超高频RFID进入一个高速成长期。2010 年超高频RFID 国内 市场仅为10%,但5年内它将成为RFID市场的主流，占到3/4 左右。

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RFID系统反碰撞问题 RFID系统中有两种类型的通信碰撞存在。 第一种：阅读器碰撞是指多个阅读器同时与一 个标签通信，致使标签无法区分阅读器的信号， 导致碰撞的发生； 第二种：电子标签碰撞是指多个标签同时响应 阅读器的命令而发送信息，引起信号碰撞，使 阅读器无法识别标签； 由于阅读器能检测碰撞并且阅读器之间能相互 通信，所以阅读器碰撞能很容易得到解决。因 而，射频识别系统中的碰撞一般是指电子标签 碰撞。

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下图是标签碰撞示意图：

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/qq2i.html