中心議題：

• RFID技術(shù)及電磁兼容研究

解決方案：

• 針對(duì)UHF頻段進(jìn)行了RFID設(shè)備的兼容性測試
• RFID的頻率使用大致在860～960MHz頻段

RFID是射頻識(shí)別技術(shù)的英文(Radio Frequency Identification)縮寫。射頻識(shí)別技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始興起的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。該技術(shù)在世界范圍內(nèi)正得到廣泛的應(yīng)用，在我國，該技術(shù)及其應(yīng)用處于初級(jí)發(fā)展階段，存在技術(shù)水平不高、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不完整等諸多問題。但同時(shí)，射頻識(shí)別技術(shù)在我國又擁有廣闊的發(fā)展前景和巨大的市場潛力，相對(duì)于條碼技術(shù)而言，射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的推廣將是我國自動(dòng)識(shí)別行業(yè)的一場技術(shù)革命。但是嶄新的無線技術(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(dāng)勢必會(huì)帶來頻率干擾，如何同現(xiàn)有無線電業(yè)務(wù)和平共處是本文所主要考慮的問題。

1、RFID技術(shù)介紹

射頻識(shí)別技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。

射頻識(shí)別系統(tǒng)通常由電子標(biāo)簽(射頻標(biāo)簽)和閱讀器組成。電子標(biāo)簽內(nèi)存有一定格式的電子數(shù)據(jù)，常以此作為待識(shí)別物品的標(biāo)志性信息。應(yīng)用中將電子標(biāo)簽附著在待識(shí)別物品上，作為待識(shí)別物品的電子標(biāo)記。閱讀器與電子標(biāo)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(biāo)簽發(fā)送命令，電子標(biāo)簽根據(jù)收到的閱讀器的命令，將內(nèi)存的標(biāo)志性數(shù)據(jù)回傳給閱讀器。這種通信是在無接觸方式下，利用交變磁場或電磁場的空間耦合及射頻信號(hào)調(diào)制與解調(diào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。

現(xiàn)階段的RFID技術(shù)在全球主要有車輛識(shí)別、自動(dòng)化生產(chǎn)線管理、家畜識(shí)別、身份識(shí)別、門禁管理等方面的應(yīng)用。

表1　RFID技術(shù)的應(yīng)用

典型應(yīng)用領(lǐng)域	具體應(yīng)用
車輛自動(dòng)識(shí)別管理	鐵路車號(hào)自動(dòng)識(shí)別是射頻識(shí)別技術(shù)最普通的應(yīng)用。
高速公路收費(fèi)及智能交通系統(tǒng)	高速公路自動(dòng)收費(fèi)充分體現(xiàn)了非接觸識(shí)別的優(yōu)勢，在車輛高速通過收費(fèi)站的同時(shí)完成繳費(fèi)，解決了交通的瓶頸問題，提高了車行速度，避免擁堵，提高了收費(fèi)結(jié)算效率。
貨物的跟蹤、管理及監(jiān)控	射頻識(shí)別技術(shù)為貨物的跟蹤、管理及監(jiān)控提供了快捷、準(zhǔn)確、自動(dòng)化的手段。以射頻識(shí)別技術(shù)為核心的集裝箱自動(dòng)識(shí)別，成為全球范圍最大的貨物跟蹤管理應(yīng)用。
倉儲(chǔ)、配送等物流環(huán)節(jié)	射頻識(shí)別技術(shù)目前在倉儲(chǔ)、配送等物流環(huán)節(jié)已有許多成功的應(yīng)用。隨著射頻識(shí)別技術(shù)在開放的物流環(huán)節(jié)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的研究開發(fā)，物流業(yè)將成為射頻識(shí)別技術(shù)最大的受益行業(yè)。
生產(chǎn)線產(chǎn)品加工過程自動(dòng)控制	主要應(yīng)用在大型工廠的自動(dòng)化流水作業(yè)線上，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、監(jiān)視，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。
動(dòng)物跟蹤和管理	射頻識(shí)別技術(shù)可用于動(dòng)物跟蹤。在大型養(yǎng)殖廠，可通過采用射頻識(shí)別技術(shù)建立飼養(yǎng)檔案、預(yù)防接種檔案等，達(dá)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。

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2、國際RFID技術(shù)特點(diǎn)及相關(guān)管理規(guī)則

盡管RFID在不同頻段有著不同的應(yīng)用，但近年來被業(yè)內(nèi)人士看好的技術(shù)是基于UHF頻段的無線射頻識(shí)別技術(shù)。從應(yīng)用的趨勢來看，現(xiàn)代物流業(yè)、商品零售業(yè)會(huì)廣泛應(yīng)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(見表2所示)。
從幾個(gè)要素中，我們發(fā)現(xiàn)UHF頻段的讀寫距離在4～5米，從經(jīng)典的無線傳輸模型公式(1)中 (其中P1為標(biāo)簽的接收功率，Gr為發(fā)射功率，L為路徑衰耗，λ為波長)，可以看出：

假設(shè)發(fā)射機(jī)的功率是等同的，利用低頻實(shí)現(xiàn)RFID，理論上將獲得很大的接收功率，但標(biāo)簽的尺寸較大將影響市場的廣泛應(yīng)用；如果利用微波實(shí)現(xiàn)RFID的方案，盡管標(biāo)簽將變得較小，但路徑衰耗較大，波長較短，接收功率是相當(dāng)小的，極大地影響了讀寫距離。綜合考慮，UHF頻段的RFID將具有波長適中、遠(yuǎn)場耦合、標(biāo)簽較小、空間衰耗小、工作距離相對(duì)較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，加上IC智能卡技術(shù)不斷的成熟，TAG標(biāo)簽的價(jià)格將不斷走低，更為其廣泛應(yīng)用奠定了必要的基礎(chǔ)。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(yīng)用空間，國際相關(guān)無線電管理機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始進(jìn)行頻率規(guī)劃工作，并制定了相應(yīng)的管理政策，筆者對(duì)此進(jìn)行了簡單的整理，具體情況如表3所示。

表3　世界各國RFID頻率規(guī)劃概況

表3　世界各國RFID頻率規(guī)劃概況

國家/地區(qū)	UHF頻段RFID的頻率應(yīng)用情況	最大功率限值(ERP)
美國	902—928MHz	4W(EIRP)
歐盟	868—870MHz	500mW
澳大利亞	918—926MHz	1W(EIRP)
文萊	866—869MHz 923—925MHz	500mW 2W
中國 香港地區(qū)	865—868MHz 920—925MHz	2W 4W
印度尼西亞	866—869MHz(已被提議) 923—925MHz(已被提議)	500mW 2W
韓國	908.5—914MHz(已被提議)	——
日本	952—954MHz(已被提議)	——
馬來西亞	868.1MHz 919—923MHz	50mW 50mW
新加坡	866—869MHz 923—925MHz	500mW 2W

從表3我們可以清晰地看到，已作規(guī)劃的國家和地區(qū)，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(jié)論是吻合的。
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各國政府除了對(duì)RFID的Reader(讀寫器)的發(fā)射功率作了相關(guān)規(guī)定外，對(duì)占用帶寬、調(diào)制方式、調(diào)頻數(shù)目均作了相關(guān)的規(guī)定。如：

(1)歐盟規(guī)定信道間隔為200kHz，在865.6～867.6MHz的2MHz的頻帶內(nèi)，讀寫器發(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)，讀寫器發(fā)射功率小于500mW。所以實(shí)際上在歐洲使用的RFID設(shè)備的信道間隔為200kHz，有10個(gè)功率可以達(dá)到2W的跳頻信道。

(2)美國FCC機(jī)構(gòu)規(guī)定美國FCC將902～928MHz這一頻段劃分為工、科、醫(yī)(ISM)頻段，所以對(duì)于信道劃分以及帶外輻射的要求相對(duì)寬松，要求信道間隔不超過500kHz即可，所允許的發(fā)射機(jī)最大發(fā)射功率小于4W(E.I.R.P)。所以目前美國市場上所使用的設(shè)備信道間隔以500kHz為主流，而且由于有相對(duì)較寬的26MHz的頻帶使用，所以跳頻信道個(gè)數(shù)也在50個(gè)以上，讀寫器的發(fā)射功率基本上為4W(E.I.R.P)。

(3)調(diào)制方式主要以FSK(帶副載波)、ASK、PSK較簡單的制式為主，未來可能出現(xiàn)較復(fù)雜的數(shù)字調(diào)制方式。

(4)標(biāo)簽的天線盡管沒有規(guī)定，但趨勢是使用半波偶極子天線，因?yàn)樗茌椛涞拿娣e較大，達(dá)到1.64λ2/4π，增益因子為1.64。

3、RFID發(fā)射設(shè)備電磁兼容性研究情況

我國的無線電管理機(jī)構(gòu)正積極開展RFID的頻率規(guī)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(guī)劃工作的指導(dǎo)原則應(yīng)是：

(1)必須確?，F(xiàn)有業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行，在專用頻段、公眾移動(dòng)通信、集群通信頻段不能安排此項(xiàng)業(yè)務(wù)；

(2)需要進(jìn)行RFID業(yè)務(wù)與現(xiàn)有業(yè)務(wù)的共存條件研究，需進(jìn)行大量深入細(xì)致的電磁兼容分析和實(shí)驗(yàn)；在電磁兼容分析和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)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(biāo)，必要時(shí)要制訂配套的相關(guān)臺(tái)站管理規(guī)定；

(3)制訂設(shè)備的無線技術(shù)指標(biāo)時(shí)，要考慮滿足RFID業(yè)務(wù)在中國的大規(guī)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(hù)現(xiàn)有無線電業(yè)務(wù)，又要考慮RFID設(shè)備的技術(shù)制造難度和制造成本。

顯而易見，電磁兼容性實(shí)驗(yàn)作為頻率規(guī)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)于無線電頻譜資源的有效利用和合理分配的問題，是對(duì)新技術(shù)、新制式無線通信進(jìn)行頻率規(guī)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(guī)劃和指配情況。

表4　我國860～960MHz頻段頻率規(guī)劃和指配情況

表4　我國860～960MHz頻段頻率規(guī)劃和指配情況

CDMA下行頻段	GSM上行頻段	無中心對(duì)講機(jī)(業(yè)務(wù)較少)	點(diǎn)對(duì)點(diǎn)立體聲廣播傳輸(業(yè)務(wù)較少)	航空導(dǎo)航業(yè)務(wù)	GSM下行頻段
870—880MHz	870—880MHz	915—917MHz	917—925MHz	925—930MHz	930～960MHz

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我們針對(duì)UHF頻段的相關(guān)已存在的業(yè)務(wù)進(jìn)行了RFID設(shè)備的兼容性測試(RFID讀寫器樣品帶外雜散發(fā)射測試圖樣例見圖2)，由于標(biāo)簽相對(duì)讀寫器來說功率較小，測試主要考慮讀寫器對(duì)公眾蜂窩通信的影響，特別是對(duì)易發(fā)生鄰頻干擾的GSM網(wǎng)絡(luò)。對(duì)無中心對(duì)講機(jī)系統(tǒng)也進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)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(yàn)室測試配置如圖3所示。 總結(jié)：

通過測試，我們發(fā)現(xiàn)讀寫設(shè)備同其他鄰近頻段無線電業(yè)務(wù)在近距離使用的情況下，當(dāng)Reader開啟時(shí)，對(duì)鄰近無線電業(yè)務(wù)有相應(yīng)的影響，這主要來自開關(guān)機(jī)噪聲的干擾；在工作環(huán)境較近的情況下(如1米以內(nèi))，由于讀寫器的帶外噪聲對(duì)臨近業(yè)務(wù)會(huì)有輕微的鄰道干擾。上述干擾，可以通過調(diào)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。通過相關(guān)試驗(yàn)，筆者談一些個(gè)人建議：

(1)RFID設(shè)備實(shí)際使用時(shí)較理想的使用模式應(yīng)是跳頻模式。

(2)考慮到將來的大容量標(biāo)簽所需的更高的讀取速率，需要設(shè)備能夠提供足夠的必要帶寬。

(3)大功率的設(shè)備較難實(shí)現(xiàn)比較好的帶外特性，小功率的設(shè)備比較容易實(shí)現(xiàn)較好的帶外特性，考慮到對(duì)相鄰頻段業(yè)務(wù)的保護(hù)，建議RFID設(shè)備發(fā)射功率能夠滿足應(yīng)用即可。帶外發(fā)射以及雜散發(fā)射必須滿足信息產(chǎn)業(yè)部無線電管理局的相關(guān)文件以及國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之規(guī)定。

(4)為了防止RFID設(shè)備的電源端口、電信端口、信號(hào)端口耦合的傳導(dǎo)騷擾通過電源線、電信電纜或內(nèi)部連接電纜向空間輻射電磁波，建議RFID設(shè)備的電源端口、電信端口、信號(hào)端口的傳導(dǎo)騷擾滿足GB 9254-1998《信息技術(shù)設(shè)備的無線電騷擾限值和測量方法》的相關(guān)要求。

(5)考慮到RFID設(shè)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(shè)備射頻性能的變化，建議對(duì)RFID設(shè)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(biāo)準(zhǔn)。