浅析无线射频识别的核心技术及发展

・现代物流技术．　２９卷总第１３０期　浅新无线射频识别的核ＪＩ！】Ｉ技术及发展　Ｔｈｅ　Ｋｅｙ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｎｄ　Ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｉｎ　ＲＦＩＤ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　张晓丹，谷　斌，苏艳玲，赵宝柱　（石家庄邮电职业技术学院，河北石家庄０５００２１）　ＺＨＡＮＧ　Ｘｉａｏ—ｄａｎ，ＧＵ　Ｂｉｎ，ＳＵ　Ｙａｈ—ｌｉｎｇ，ＺＨＡ０　Ｂａｏ－ｚｈｕ（Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　Ｐｏｓｔ　ａｎｄ　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，　Ｓｈｏ＇ｉａｚｈｕａｎｇ　０５００２１，Ｃｈｉｎａ）　

摘要：无线射频识别作为一种新＊的自动识别技术，近年来在国内外已经得到了长足发展。本文简迷了ＲＦＩＤ系统的组　成及其工作原理，详细论述了射频识别应用中的若干核心技术，分析了ＲＦＩＤ发展所面临的几个关键问题，并对国内发展ＲＦＩＤ　提出了建议。　关键词：射频标签；核心技术；标准；安全　中圈分类号：Ｆ２５３．９　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２—３１００（２００６）０６—００２０—０３　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ＲＦＩＤ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｔｈｅｏｒｉｅｓ　ｂｒｉｅｆｌｙ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｉｔｓ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｉｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ａｎａｌｙｓｅｓ　ｉｔｓ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｉｎ　ｆｕｔｕｒｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｏｆｆｅｒｓ　ｐｒｏｐｏｓａ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＲＦＩＤ；ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ｓｔａｎｄａｒｄ；ｓｅｃｕｒｉｔｙ　

无线射频识别技术（ＲＦＩＤ）是２Ｏ世纪９Ｏ年代兴起的一项利刚无线信道实现双向通信的识别技术。随着ＬＳＩ技术的发展。　射频识别系统的体积大大缩小，近年来在国内外已经得到了迅速发展。目前已经进入实用化的阶段。　ＲＦＩＤ的快速发展，刘’在目前人们的经济、生产、生活巾居摹础地位的条形码技术提出了极大的挑战。与其他识别技术　（如磁卡、Ｉｃ卡等）相比，射频识别技术最突出的特点是可以非接触识读、可识别高速运动物体、可同时识读多个识别对象。　具有精度高、信息容量大、环境适』、　能力强、抗干扰强、操作快捷等许多优点。被称为第＿一代识别技术。　ｌ　ＲＦＩＤ系统组成及工作原理　１．１　系统组成　由于应用不同，ＲＦＩＤ系统的组成会各有不同，但基本都南电子标签（ｔａｇ）、阅读器（Ｒｅａｄｅｒ）和数据交换与管理系统　（Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）ｉ大部分组成。电子标箍（或称射频卡、应答嚣等）。由耦合元件及芯片组成。其中包含带加密逻辑、串行ＥＥＰ—　ＲＯＭ（可擦除及可编程式只读存储器）、微处理器ＣＰＵ、射频收发及相关电路。电子标签具有智能读写和加密通信的功能，它　通过无线电波与渎写设备进行数据交换，＿Ｔ作的能量是由阅读器发出的射频脉冲提供。阅屡器，有时也被称为读写器、查询器　或读Ⅲ装置，主要南无线收发模块、天线、控制模块及接ｕ电路等组成。阅读器可将主机的读写命令传送到电子标签，再把从　主机发往电子标签的数据加密．将电子标签返同的数据解密后送到主机。数据交换与管理系统主要完成数据信息的存储及管　理、埘卡进行读写控制等。　１．２　Ｔ作原理　阅读器将待发送的信号，经编码后加载在某一频率的载波信号上。经天线向外发送。进入阅读器工作区域的射频标箍接收　到此脉冲信号，卡内一　片中的相关电路对信号进行调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断。若为读命　令，控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后通过卡内天线再发送给阅读器。阅读器对接收到的信号　进行解删、解码、解密后送至ｌ｝ｊ央信息系统进行有关数据处理；若为修改信息的写命令，有关控制逻辑引起的内部电荷泵提升　ｒ作电　，对ＥＥＰＲＯＭ中的内容进行改写；若经判断其对应的密码和权限不符。则返网出错信息。其基本原理如图１所示。　２　ＲＦＩＤ应用的核心技术　对于各种射频识别系统，南于其应用领域的不同，所研究、使用技术的侧雨点也不尽相同。　２．１　无源识别卡的波束供电技术　

收稿日期：２００６—０４—２６　作者简介：张晓丹（１９６２一），女，吉林双阳人，石家庄邮电职业技术学院，副教授，研究方向：物流，电子商务与计算机；　谷　斌（１９７８－），男，河北定县人，石家庄邮电职业技术学院，讲师。硕士，研究方向：计算机与电子商务；苏艳玲（１９７７一），　女。河北唐山人，石家庄邮电职业技术学院，助教，硕士，研充方向：物流与自动化；赵宝枉（１９７３一），男，河北唐县人，石家　庄邮电职业技术学院，讲师，硕士，研究方向：计算机与物流。　

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维普资讯 http://www.cqvip.com 现代物流技术　●　●　检波倍压电路是应答器卡上的供电电路，　制。卡上信息源编码电路所需的直流电源，来　自于检波电路所提供的电源。　２．２无源反射调制技术　无源反射调制是通信系统中的一种调制方　法　在传统的通信系统中。调制器对某频率的　射频进行调制，然后将调制的射频信号发射出　去　从原理上讲．无源反射调制技术就是将一　入射的连续波射频信号进行调制，然后，再将　这个已调制的射频信号反射出去，从而完成信　息传递功能。　

天　

位于天线匹配段之后，其作用是尽可能明显地变换高频阻抗，完成无源反射调　阅读器　射频标签　

无源反射凋制技术是射频识别系统的关键技术　图１　ＲＦＩＤ系统工作原理　一般有调频、调幅和调相三种方式。通常，使用的载波频率越高，数据能　

图２无源反射调幅器　够传输的速度越快。无源反射调幅技术通过使用幅度调制器来实现幅　度调制。调制应具有低功耗的特性，即要求调制器的功耗越小越好。　无论射频卡采用的是电池供电方式还是射频供电方式，都要求调制器　的工作电流在微安级，这样才能满足射频识别卡功耗低、寿命长的要　求。它由天线、阻抗变换器、调幅开关、编码发生器等组成，如图２　所示。　２．３多目标识别中抗冲突机制技术　多目标识别技术就是对同时处于阅读器作用范围内的多个应答器进行识别及处理的技术。该功能可以通过硬件和软件两种　途径实现：硬件实现采用ＴＤＭＡ，ＦＤＭＡ，ＳＤＭＡ等多址识别技术，优点是时延很短，但成本较高；若使用反碰撞算法的软件　实现，可使系统设计简单、成本低，易于修改，但响应时间相对较长。反碰撞算法软件实现又有二进制搜索算法、ＡＬＯＨＡ算　法、时隙ＡＬＯＨＡ算法等。　假设同时进入读写器天线区域的射频卡共有ｎ个，Ⅳ为读写器一次可识别射频卡数量的上限，由读写器中相关存储器的字　长和天线设计参数来决定，防碰撞设计臻求能做到：只要１＜ｎ＜｜７＼，，则在碰撞发生（ｎ＞１）的情况下能识别ｎ个射频卡，并依次　与它们完成通信。平均响应时间Ｐ足够短。Ｐ为某一时段内完成通信的所有射频卡在系统内的平均停留时间。Ｐ和算法有关。　允许ｐ＜ｐ。，其中Ｐ。为不同的应用中所允许的最长时延。　２．４抗邻道干扰技术　在高速公路收费系统中，常有多条车道并行且间隔很小（＜３ｍ）的情况，这时可能发生邻道问的干扰，即一个车道的读写　器读到相邻车道车辆上ＲＦＩＤ卡的数据信息。邻道干扰的发生，与天线的布置、天线增益和方向图、读写器的发射功率和接收　机灵敏度以及ＲＦＩＤ卡所处的位置等因素有关。因此，邻道干扰的抑制是一项值得研究的课题，特别是对读卡距离较远的ＲＦ１Ｄ　系统。　２．５无源ＲＦＩＤ卡的集成技术　低频和高频的ＲＦＩＤ卡制作方法简单，但是微波ＲＦＩＤ卡的微带天线及与　球片集成却较复杂，其性能决定了系统的读卡距　离。根据微波信号频率、不同的载体和读卡距离的要求选定芯片和基片。设计微带天线电路，并通过仪器测试微带天线的方向　图、增益和驻波。载体及其介质、ＲＦＩＤ卡的安装位置ＲＦＩＤ及其周围的物体都会影响系统的读卡距离．所以要针对不同载体和　环境，选择不同的基片，设计不同的微带电路。如汽车挡风玻璃上采用玻璃或陶瓷基片ＲＦＩＤ卡；挂在胸前的塑料介质ＲＦＩＤ　卡；安装在汽车车牌上的防伪ＲＦＩＤ卡等。　２．６双卡识别技术　在海关和门禁车辆自动识别系统中，要求系统具有人（司机）和车对应及防盗功能。为此，在每辆车上配备两张ＲＦＩＤ卡，　一张安装在挡风玻璃上，不能拆下（称为车卡）；另一张由司机手持或放在车上，可以取下（称为人卡）。两张卡的ＩＤ不同，　但是车牌号应相同。车辆通过车道时，系统必须读到两张卡，且与车牌号码一致，该车才能自动放行，否则被拦截。系统对微　波无源ＲＦＩＤ的读卡距离可以达到６ｍ以上，而高频ＲＦ１Ｄ卡一般在１Ｏｃｍ以内。系统采用微波无源ＲＦＩＤ卡时．车辆可以不停　车就能读到卡；而采用高频无源ＲＦＩＤ卡，就必须停车读卡。但是由于高频ＲＦＩＤ读写器和卡的价格低，所以仍有用户要求使　用它们　采用双卡ＲｎＤ系统，读写器的设置、软件与单卡应用时是不相同的。　２．７双向识别技术　在门禁系统中，为了节省成本。对车辆或人员的识别，可以采用一个带两个射频端口的读写器，分别接两个天线，一个天　线朝向进口，另一个朝向出Ｅｌ。读写器两个射频端口受电子开关控制，电子开关受控制信号控制。采用双向识　Ｕ时。电子开关　

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维普资讯 http://www.cqvip.com ｏ　２代物流技术　●　的射频泄漏信号、开关误码信号的过滤是必须注意的。　３　Ｒ兀Ｄ发展的关键问题　当前ＲＦＩＤ应用和发展面临的关键问题主要涉及到标准、价格、风险和安全等几个方面。　３．１标准　目前行业标准以及相关产品标准还不统一。迄今为止，在全球范围内还没有形成一个统一正式的射频标签国际标准。　标准的不统一，特别是关于数据格式定义的标准的不统一、是目前制约ＲＦＩＤ发展的重要因素。标准的不统一也使当前各　个厂家推出的ＲＦＩＤ产品互不兼容，这势必将阻碍未来ＲＦＩＤ产品的互通和发展。数据格式的标准问题，表面看是一个技术问　题、就其实质而言，最终关系到各个国家自身的利益和安全，更是一个战略问题。因此，如何使这些标准相互兼容．让一个　ＲＦＩＤ产品能顺利地在世界范围中流通是当前重要而紧迫的问题。　各国都在积极制定自己的ＲＦＩＤ标准。国际上的ＩＳＯ／ＩＥＣ１８０００，美国的ＥＰＣ　Ｇｌｏｂａｌ。日本的Ｕｂｉｑｕｉｔｏｕｓ　ＩＤ三项国际标准．　已形成ｊ足鼎立局面　我国电子标箍ＲＦＩＤ技术的生产和应用领域仪有一一些行业标准，各厂家自主开发的射频标签产品在容量、信息格式等方面　不一致、不兼容。国家标准委已经正式成立“电子标签　国家标准工作组，联合科技部、信息产业部以及上海标准化研究院等　１４个部委、研究、起草、制定具有我国自主知识产权臼勺“电子标签”国家标准，同时和目前国际的相关标准互通兼容．以此　促进中国的“电子标签”发展的标准化和规范化．．　３．２价格　价格仍是限制ＲＦＩＤ发展规模的关键因素。要想普及ＲＦＩＤ技术，就必须把标签的价格降低到每个１０美分，必须便宜到让　更多的公司使用得起。与过去２年相比。ＲＦＩＤ标签的价格已经有了较大幅度的降低。据最新消息，国外已实现每个５美分　。　（以１Ｏ万个为批量单价，不含灭线和封装成本）。国内的最低价格每个Ｏ，７元。这样的价格，对大规模推广来说．ＲＦＩＤ标签和　识读设备的价格仍显得过高　而价格与规模又是一对矛盾。生产厂商希望通过扩大规模以降低成本，而更多的用户则在等待价　格降低后冉进入。　３．３风险　虽然在ＲＦＩＤ标签的单项技术上已经趋于成熟，但总体上，产品技术还不够成熟。ＲＦＩＤ标签的识别距离和正确识别率尚不　能满足生产、运输、管理的需要。目前低频段标签的识别距离相当有限。高频段的标签有效距离仪为１ｍ左右．超高频８６０