對超高頻RFID標(biāo)簽之漏讀率的研究

1、對超高頻 RFID 標(biāo)簽之漏讀率的研究東莞太平洋計算機(jī)科技有限公司RFID研發(fā)中心鐘漢摘要：介紹超高頻RFID無源標(biāo)簽讀取技術(shù)，分析標(biāo)簽漏讀問題的產(chǎn)生的原因，并提 供了一些解決方法。關(guān)鍵詞：超高頻 RFID電子標(biāo)簽18000-6B18000-6C一、 前言RFID(Radio Frequency Identification)射頻識別，俗稱電子標(biāo)簽識別。RFID 射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過無線射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無需人工干預(yù)，工作時閱讀器和電子標(biāo)簽之間無需接觸，可工作于各種惡劣環(huán)境。并且RFID射頻識別技術(shù)可識別高速運(yùn)動物體并可以同時識別多個標(biāo)簽，

2、操作快捷方便。另外， 由于RFID系統(tǒng)可以從技術(shù)上防止 被仿冒、侵入，還具備了極高的安全防護(hù)能力。目前超高頻 RFID的標(biāo)準(zhǔn)主要有18000-6B和 18000-6C。工作頻率一般在 902MHz-928 MHz , 一些國家規(guī)定的標(biāo) 準(zhǔn)是 860MHz-960 MHz。對于超高頻無源 RFID標(biāo)簽，每個標(biāo)簽都有自身的唯一號碼，最常見的用途是代替普通 條型碼，貼于各種物品上，以便對物品進(jìn)行身份識別。一般和超高頻閱讀器配合使用。RFID標(biāo)簽?zāi)軐⑿畔o線傳遞給10米范圍內(nèi)的超高頻閱讀器上，使倉庫、車間、超市等場合可以對物品進(jìn)行群體掃描，不再需要使用激光條形碼閱讀器對物品逐個掃描條碼。RFID技術(shù)及

3、系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊，涉及到工業(yè)、商業(yè)、交通、倉儲、物流及軍事 等領(lǐng)域的方方面面。例如，全球最大的商品銷售商沃爾瑪公司要求其前100位供應(yīng)商都要在貨箱和托盤上使用RFID標(biāo)簽，目前正在實施中；目前，在我國的一些地區(qū)已經(jīng)開始應(yīng)用 RFID技術(shù)，比如，在全國鐵路調(diào)度和統(tǒng)計系統(tǒng)中，已有 55萬輛車廂、機(jī) 車安裝了無源 RFID標(biāo)簽；上海市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局也已應(yīng)用RFID對全市16萬只液化石油氣瓶、1萬只劇毒化學(xué)品容器、10萬箱煙花爆竹和4萬輛由租車車載計價器進(jìn)行電子跟蹤；另外，今年上海至深圳的內(nèi)貿(mào)集裝箱將使用RFID實現(xiàn)貨物跟蹤。隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，不久的將來，RFID技術(shù)必將在商品流通、運(yùn)輸、

4、管理以及物流、交通等方面形成一個龐大的市 場， RFID技術(shù)將是未來一個新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。隨著RFID標(biāo)簽的應(yīng)用越來越廣泛，與其配合使用的閱讀器的性能也越來越重要。而電子標(biāo)簽的讀全率，或它的反概念：漏讀率，是閱讀器性能中最重要的 一環(huán)。漏讀是指標(biāo)簽通過讀寫區(qū)域后不能夠被正確讀生。漏讀甚至成了制約 RFID應(yīng)用的一個重要因素。標(biāo)簽一旦漏讀，輕則導(dǎo)致數(shù)據(jù)混亂，增加時間和人力的消耗，重則導(dǎo)致財產(chǎn)損失甚至災(zāi)難發(fā)生。故，盡力減少 RFID標(biāo)簽的漏讀率極為重要，下面是我們多年來對RFID標(biāo)簽漏讀率的研究結(jié)果。H3頻段，標(biāo)制進(jìn)入閱讀標(biāo)簽的反的照片場進(jìn)行感應(yīng)。牲行反射，閱讀1確定因素它除了和關(guān)于讀寫距離前影間的

5、相對位置、標(biāo)簽與讀寫百天 關(guān)。當(dāng)然，讀寫器和標(biāo)簽的M之間位置不同，如果有的標(biāo)簽反射的波形和閱讀器發(fā)送的波形相位相反，波形就會減弱，甚至抵消。860MHz 960MHz頻段波長大約在 30厘米左右，這樣每隔 30厘米左右將會由現(xiàn)一 塊射頻的曾點(diǎn)，+交替由現(xiàn)標(biāo)簽?zāi)茏x到一讀不到-能讀到一讀不到的現(xiàn)象。當(dāng)閱讀器的工作范圍中存在比較多的盲點(diǎn)的時候，標(biāo)簽的漏讀就會比較重。為了解決這個問題，我們可以設(shè)計 Q、I雙支路電路，在電路中其中一個支路對標(biāo)簽返回的電波進(jìn)行 90度相位轉(zhuǎn)換，而另外一路不做轉(zhuǎn)換，這樣不管標(biāo)簽反射F勺波形 和閱讀器發(fā)送的波形相位相同或相反都有其中一個支路能把標(biāo)簽的信號解調(diào)由小。但在實際測試

6、中 也許電路中q在90度相位轉(zhuǎn)換的精度問電等，盲點(diǎn)現(xiàn)象有了大幅度的減少，但還沒杜絕，需要繼續(xù)研究I1； 涵2、天線耳標(biāo)簽方向1天線的作用是在電子標(biāo)簽和閱讀器間傳遞射頻信號。RFID系統(tǒng)的讀寫器必須唆通過天線來發(fā)射能質(zhì)形成電磁場，通過電磁場來對電子標(biāo)簽進(jìn)行識別，可以說天線所形成的電磁場范圍就是射頻系統(tǒng)的可讀區(qū)域。：有時RFID系統(tǒng)是由一根天線來同時完成發(fā)射和接收的；有時RFID系統(tǒng)則由一根天線來完成發(fā)射而由另一根天線來承擔(dān)接收,，所采用天線的形式及數(shù)量應(yīng)視具體應(yīng)用而定。超高頻RFID天線在860MHz- 960MHz頻率范圍內(nèi)的駐波比曲線相對平坦，且數(shù)值較小，表明此時天線工作良好，超由此頻率范圍

7、時，天線的駐波比數(shù)值激增，天線的性能急劇下降。目前的大部分 RFID標(biāo)簽是以線極化方式工作。而閱讀器天線可以分為線極化天線和圓極化天線。如果電波傳播時電場矢量的空間描由軌跡為一直線，它始終在一個平面內(nèi)傳播，則稱為線極化波。而兩個空間上正交的振幅相等的線極化波，可以合成一個圓極化波。極化天線的能量比較集中，閱讀距離比較遠(yuǎn)，象停車場和港口關(guān) 口這種遠(yuǎn)距離 （8-12米）都可以讀卡，但缺點(diǎn)是如果標(biāo)簽的放置的方向和天線的機(jī)化方向相反的時候， 反而很難被閱讀器讀到，閱讀前需要人為控制標(biāo)簽的方向。常見用的圓極化射頻天線能量是均分到兩個極化，標(biāo)簽所能接收的功率也因此損失了一半，有限的的電磁能量無法向更遠(yuǎn)距離

8、發(fā)射，一般有效距離只有 4米左右比較穩(wěn)定，但優(yōu)點(diǎn)是因為圓極化的電磁波是正交的波形，在天線的閱讀范圍內(nèi)，標(biāo)簽即使隨意轉(zhuǎn)動也能被讀到。因此，如果標(biāo)簽是有規(guī)律放置的，那么使用線極化天線將會更有利于閱讀標(biāo)簽，從而增加標(biāo)簽的讀生概率，減少標(biāo)簽的漏讀率。而如果標(biāo)簽是無序放置的，那么就要使用圓極化 天線，否則，某些方向的標(biāo)簽從原理上就是無法讀生來的，讀全率當(dāng)然就無法保證。當(dāng)然，也可以使用多個線極化天線的方式，在多個方向?qū)?biāo)簽進(jìn)行讀取，對某個標(biāo)簽即使 A方向無法讀生，但也許 B方向就可以讀生，從而既能得到線極化天線的優(yōu)點(diǎn)，又避免線極化 天線使用的缺點(diǎn)，是一個行之有效的方法。如果使用4天線從多方向?qū)?biāo)簽進(jìn)行讀取

9、，這樣就可以將漏讀率降低。假設(shè)有的產(chǎn)品特別難以通過RF技術(shù)讀取到，在某個讀取點(diǎn)上的讀取率僅達(dá)到50%,不過從概率論來看，假設(shè)一個系統(tǒng)設(shè)4個讀取點(diǎn)的話，那么即使這種難以讀取的產(chǎn)品在整個系統(tǒng)中被讀取的概率也能達(dá) 94%如果我們能將標(biāo)簽讀取率從50%提高到70%,那么就設(shè)有4個讀取點(diǎn)的系統(tǒng)而言，其整體讀取率就能達(dá)到 99% （ 100件產(chǎn)品中漏讀1件產(chǎn)品）。如果讀取率提高到90%,那么我們就能實現(xiàn)很優(yōu)秀的讀取率（即設(shè)有4個讀取點(diǎn)的系統(tǒng)讀取率高達(dá) 99.99% ,每1萬件產(chǎn)品僅漏讀1件）。3、速度問題上文說到漏讀是指標(biāo)簽通過讀寫區(qū)域后不能夠被正確讀由，而標(biāo)簽通過讀寫區(qū)域的動作時包含了速度的概念在里面的

10、。在實際應(yīng)用中，如果標(biāo)簽通過區(qū)域的時間比較快，閱讀器還來不及把這么多標(biāo)簽碰撞由來，那么也會引起漏讀。這時候放慢標(biāo)簽通過速度，就可以減少漏讀率。當(dāng)然，這是有代價的，如果通過速度 太慢則會引起用戶使用不便，而在某些應(yīng)用，比如不停車收費(fèi)等場合，則干脆失去使用意義。所以標(biāo)簽運(yùn)行速度需要根據(jù)實際應(yīng)用來決定。另外，提高閱讀器的基帶數(shù)據(jù)通信速率和防沖撞算法效率，其實和減慢標(biāo)簽運(yùn)動速度有異曲同工之妙。目前市面上的閱讀器一般是使用80K的基帶速率，如果能夠使用更快速的 CPU進(jìn)行解碼，將最高可達(dá)到 640k的速率，相應(yīng)的讀取標(biāo)簽速度將會 相應(yīng)的提高。我們現(xiàn)在使用FPGA芯片進(jìn)行基帶解碼。FPGA是一種高速可編程

11、邏輯器件，它不像CPU那樣一個時刻只能處理一個事情，F(xiàn)PGA可以并行工作，所以可以對多個解調(diào)電路過來的信號同時進(jìn)行基帶解碼，快速解碼由標(biāo)簽的編碼信息。對于防碰撞方面，則進(jìn)行算法優(yōu)化，并且測試，選擇最好的防碰撞 算法。 4、環(huán)境因素因為UHF（860MHz 960MHz）頻段的頻率比較高，無線電波長比較短，所以相對125KHz和13.56MHz的標(biāo)簽，RFID標(biāo)簽的通訊速率可以做的很高，天線可以做得很小，讀卡 距離也可以做得很遠(yuǎn)。但優(yōu)勢的另一面是劣勢，頻率越高，因渦流和寄生電容造成的能量損失就越大，因此UHF（860MHz 960MHz）頻段對金屬、水等物體更加敏感，會被金屬反射，會被水吸收。舉

12、個例子，我們?nèi)梭w就是RFID信號的極佳屏障，因為我們的身體里有大量的鹽水。金屬會引起額外的寄生電容 （即由金屬引起的電磁“摩擦”造成的能源損耗 ），造成讀寫器和標(biāo)簽天線的失諧，破壞系統(tǒng)的性能。最終，在某些情況，被金屬反射回來的能量就會在標(biāo)簽和讀寫器之間形成干擾。因此，在金屬物質(zhì)較多的環(huán)境下應(yīng)用RFID ,會使得實際的讀寫率、讀寫距離和可靠性大大降低，遠(yuǎn)低于在實驗室環(huán)境下進(jìn)行試用 得由的結(jié)果。但同樣不可否認(rèn)的是，合理的系統(tǒng)設(shè)計和操作將克服絕大多數(shù)的干擾。a.設(shè)計合適的包含鐵氧體磁心收發(fā)線圈的標(biāo)簽天線。鐵氧體磁心的高滲透性使小 型標(biāo)簽即使在金屬表面附近磁場被削弱的情況下也能獲取能量。b.合理設(shè)計標(biāo)簽，對金屬引起的失諧進(jìn)行利用。例如，將標(biāo)簽的設(shè)計定為使其具有850Hz空中諧振頻率，那么當(dāng)標(biāo)簽貼附在金屬貨箱上時，其工作頻率即可能達(dá)到920Hz,從而可以順利地被閱讀器讀取。c.設(shè)計標(biāo)簽天線時確保