中心議題：

• RFID技術(shù)及電磁兼容研究

解決方案：

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

RFID是射頻識別技術(shù)的英文(Radio Frequency Identification)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。

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。

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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)。
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 (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

表3　世界各國RFID頻率規劃概況

國家/地區	UHF頻段RFID的頻率應用情況	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	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(lái)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。
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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

表4　我國860～960MHz頻段頻率規劃和指配情況

CDMA下行頻段	GSM上行頻段	無(wú)中心對講機(業(yè)務(wù)較少)	點(diǎn)對點(diǎn)立體聲廣播傳輸(業(yè)務(wù)較少)	航空導航業(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。 總結：

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GB 9254-1998《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。