RFID技術(shù)早在二十多年前就已經(jīng)投入商用，它可以溯源到20世紀(jì)40年代的敵我軍事識別(IFF)系統(tǒng)。亞微型互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)中的最新發(fā)展， 可望使RFID技術(shù)無所不在。高精度供應(yīng)鏈管理、即時結(jié)帳交易和售后市場智能的豐厚利潤，正在促進(jìn)RFID技術(shù)迅速部署。
從最廣義上講，RFID技術(shù)包括識別對象使用的廣泛的系統(tǒng)。電子繳費(fèi)、內(nèi)置狗牌和產(chǎn)品安全終端都是RFID系統(tǒng)。RFID和NFC行業(yè)涵蓋了各種各樣的RF數(shù)據(jù)鏈路和通信技術(shù)。RFID應(yīng)用包括幾厘米的數(shù)據(jù)鏈路，讀取僅從RF信號供電的無源終端，演示數(shù)據(jù)，也包括幾米距離的電池供電的終端。有的RFID系統(tǒng)甚至采用蜂窩電話、GPS和衛(wèi)星通信，在全球范圍內(nèi)跟蹤高價(jià)值資產(chǎn)。RFID系統(tǒng)中使用的技術(shù)可以說是真正的多種多樣。
針對新型資產(chǎn)跟蹤系統(tǒng)的通信技術(shù)在業(yè)內(nèi)存貨管理之外的區(qū)域中開創(chuàng)了全新的RFID機(jī)會。事實(shí)上，RFID中使用的短程數(shù)據(jù)鏈路技術(shù)在NFC系統(tǒng)中也找到了一席之地，如輪胎壓力測量設(shè)備和其它類似的數(shù)據(jù)鏈路。NFC應(yīng)用也在迅速增長，也可以從RTSA靈活的RFID測量功能中受益。
RFID和NFC行業(yè)的一個重要部分基于專用的信號格式，其應(yīng)用不以識別市場中的產(chǎn)品為重點(diǎn)。例如，授權(quán)人員用來開鎖的接近式門禁卡是一種老牌的RFID應(yīng)用，它擁有自己的測試需求。實(shí)時頻譜分析儀的測量靈活性、全面的解調(diào)和解碼功能可以輕松用于ISO 14443接近式門禁卡等應(yīng)用中。
即使是全球范圍內(nèi)運(yùn)行的RFID系統(tǒng)，仍能受益于RTSA全面靈活地支持蜂窩測量和解調(diào)流行衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu)的能力。同樣重要的是，亞微型無源CMOS終端的成本將創(chuàng)下歷史上的新低。隨著無源終端成本下降，存貨應(yīng)用正迅速提高。部分估算數(shù)字表明，隨著無源終端的價(jià)格連續(xù)下降，幾乎銷售的每個產(chǎn)品都將內(nèi)置RFID終端。部分業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，EPC可能會成為下一代通用產(chǎn)品代碼(UPC)，就象當(dāng)前銷售的絕大部分產(chǎn)品條形碼中烙上人們熟悉的通用交易識別號(GTIN)一樣。
EPC實(shí)際包含的信息要超過UPC。具體地說，EPC擁有產(chǎn)品序列號信息，與條形碼不同，它可以進(jìn)行修改。隨著EPC標(biāo)準(zhǔn)格式的出現(xiàn)，成本和價(jià)值開始與條形碼不相上下。EPC RFID終端可能會迅速成為有記錄的歷史中生產(chǎn)量最多的設(shè)計(jì)之一。幾乎銷售的每種產(chǎn)品都需要一個EPC RFID終端。隨著終端應(yīng)用迅速擴(kuò)展，EPC代替或增強(qiáng)大部分UPC應(yīng)用的可能性似乎正變得越來越合理，特別是許多大型零售商已經(jīng)要求在早期采用這些應(yīng)用。
對消費(fèi)者來說，EPC RFID終端的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于在收銀機(jī)上快速結(jié)帳。有源終端可以自動定期叫醒客人，測量市場上銷售的食品溫度，這稱為“低溫運(yùn)輸系統(tǒng)”，確保食品安全？梢詮母黝^家畜的歷史，一直到消費(fèi)者購買時，跟蹤肉類和奶制品。讀取其它貨物的X射線終端幾乎可以即時結(jié)算。沒有正確付帳而從零售商存貨中去掉的商品，可以在離開現(xiàn)場時被傳感，進(jìn)而激活必要的安全警報(bào)。
通過EPC的序列號功能，商家可以跟蹤和銷售同類中唯一的商品，而當(dāng)前的條形碼是不支持的。移動終端閱讀器只需幾分鐘的時間，就可以把貨架信息傳送給商店，大大簡化存貨流程。最后，通過在產(chǎn)品中嵌入終端，對使用詢問器希望偵聽信息的任何人來說，其都可以提供豐富的市場智能。它可以迅速識別個人財(cái)產(chǎn)，立即提供消費(fèi)者個人資料，優(yōu)化促銷媒體。它還可以以看不見的方式搜索安全人員和車輛。
EPC RFID終端的各種應(yīng)用已經(jīng)促使業(yè)內(nèi)劃分RFID設(shè)備基本類型，根據(jù)終端的讀/寫功能和無源或有源電源，其分成1-5個種類。一類無源終端的頻率范圍在900MHz和2.45GHz之間，是許多大容量應(yīng)用關(guān)注的終端。高頻允許詢問器從更遠(yuǎn)的距離內(nèi)讀取終端。頻率較高的無源終端還可以使用較小、復(fù)雜度較低的天線，使其更加適合消費(fèi)者應(yīng)用。
為讀取終端，需要' 閱讀器' 或詢問器。從結(jié)構(gòu)上看，無源終端的讀取與傳統(tǒng)全雙工數(shù)據(jù)鏈路略有不同。與傳統(tǒng)有源數(shù)據(jù)鏈路不同的是，無源終端依賴其收到的RF能量為終端供電。無源終端也不會生成自己的發(fā)送載波信號，而是調(diào)制詢問器發(fā)送到終端的部分能量，這一過程稱為反向散射（Backscattering）。
通過把天線負(fù)荷從吸收改變?yōu)榉瓷，可以調(diào)制來自詢問器的連續(xù)波(CW)信號。這個過程與使用鏡子和太陽向遠(yuǎn)處的某個人發(fā)送信號非常類似。它還消除了終端中對高精度頻率來源和功率密集型發(fā)射機(jī)的需求。由于閱讀器和終端共享相同的頻率，它們必須幾次發(fā)送信息。因此，反向散射把閱讀器和終端之間的通信限定在半雙工系統(tǒng)上。
無源終端閱讀器一般配置為零差或單頻率轉(zhuǎn)換接收機(jī)。詢問器中的高精度頻率來源同時生成發(fā)射機(jī)信號及閱讀器接收機(jī)使用的局部振蕩器。由于從終端(T)到閱讀器(R)(表示為T=>R)的上行方向從詢問器的CW信號中調(diào)制，因此可以使用擴(kuò)頻技術(shù)，如跳頻。在接收機(jī)零差下變頻中，會刪除任何詢問器信號擴(kuò)展，因?yàn)槠涔蚕硐嗤木植空袷幤?LO)信號。在下變頻后，詢問器的零差接收機(jī)把同相(I)信號和正交相位(Q)信號分開。然后使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)數(shù)字化下變頻后的基帶信號，然后進(jìn)行數(shù)字處理，確定終端的ID。
一類RFID系統(tǒng)獨(dú)特的零差結(jié)構(gòu)給工程師帶來了某些異常挑戰(zhàn)。反向散射的調(diào)制一般要遠(yuǎn)遠(yuǎn)弱于用來在反射散射過程中為終端供電使用的閱讀器發(fā)射機(jī)發(fā)來的CW信號。在閱讀器接收機(jī)的基帶上，CW泄露會轉(zhuǎn)換成大的DC偏置，其可能會使靈敏的放大器和數(shù)字化器飽和。
無源終端RFID系統(tǒng)遇到的另一個挑戰(zhàn)是從接收的RF能量中為終端供電。盡管亞微型CMOS要求的運(yùn)行功率非常少，但非常小的功率(-10到-15dBm)只能在幾米的距離內(nèi)提供。而使情況進(jìn)一步復(fù)雜化的是，世界各地的法規(guī)機(jī)構(gòu)都有不同的最大有效等方放射功率(EIRP)的限制。為終端供電提供的能量不僅影響著讀取距離，還影響著寫入終端閃存所需的時間，因?yàn)樵诮K端電路板上必須生成更高的電壓。
最新標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)認(rèn)識到這些問題，并改進(jìn)了調(diào)制、編碼和協(xié)議，幫助防止終端供電不足。此外，數(shù)據(jù)速率也得到改進(jìn)。例如，ISO 18000-6 A類和B類的速度限于160kb/s，C類的速度則可以達(dá)到640kb/s。
為不同應(yīng)用提供的國際RFID標(biāo)準(zhǔn)有時會進(jìn)行修訂或增補(bǔ)，以增強(qiáng)性能和市場潛力。隨著市場增長，可用的頻段中頻譜擁堵也成為問題。
世界各地對RFID閱讀器輻射的法規(guī)要求有所不同。在某些國家，許多信道用于RFID應(yīng)用。在北美，在902-928MHz頻率范圍內(nèi)有50條信道，足以使Gen2標(biāo)準(zhǔn)采用跳頻擴(kuò)頻(FHSS)功能。而在歐洲，866-869MHz頻段中只提供了10條信道。日本952-954MHz頻段中的頻率擁堵使得許多日本生產(chǎn)商傾向于在ISO 18000-4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的2.4GHz頻率上運(yùn)行。
在許多國家中，法規(guī)法律正在變化，以跟上無源RFID終端獨(dú)特的數(shù)據(jù)鏈路特點(diǎn)。大多數(shù)頻譜法規(guī)機(jī)構(gòu)禁止設(shè)備進(jìn)行CW傳輸，除非是進(jìn)行短期測試。無源終端要求CW信號進(jìn)行調(diào)制。盡管無源終端本身沒有典型的發(fā)射機(jī)，但它們?nèi)詴诜聪蛏⑸渲挟a(chǎn)生調(diào)制的信號。然而，沒有哪部法律法規(guī)是為不帶發(fā)射機(jī)的調(diào)制設(shè)備編寫的。
世界各地的RFID標(biāo)準(zhǔn)通常只是規(guī)定“詢問器選擇的工作頻率由本地?zé)o線電法規(guī)及本地射頻環(huán)境決定”，而由制造商根據(jù)預(yù)計(jì)銷售產(chǎn)品的地區(qū)滿足各種本地輻射要求。這就要求進(jìn)行各種頻譜輻射測試，而在詢問器的RFID標(biāo)準(zhǔn)中并沒有明確包含這些測試。
無源RFID終端的寬帶特點(diǎn)也給密集的(多個)閱讀器站點(diǎn)帶來了某些挑戰(zhàn)。由于詢問器確定了系統(tǒng)的工作頻率，終端是對天線可以接收的任何詢問器進(jìn)行應(yīng)答的寬帶設(shè)備，因此在有多部詢問器時，終端對某個閱讀器應(yīng)答的能力有限。無源終端可能會試圖對發(fā)出詢問的所有閱讀器作出應(yīng)答。可以使用多部閱讀器同步技術(shù)，改善密集的多部閱讀器中的吞吐量。
RFID系統(tǒng)通常采用生成簡便的調(diào)制技術(shù)和編碼方案。例如，ISO 18000 C型(也稱為EPC Gen2, Class 1)要求雙邊帶幅移鍵控(DSB-ASK)、單邊帶-ASK (SSB-ASK)和反相-ASK (PR-ASK)。幅移鍵控?cái)?shù)字調(diào)制的頻譜效率低，在數(shù)據(jù)速率一定時要求大量的RF帶寬。每赫茲RF帶寬0.20位的帶寬效率對DSB-ASK并不少見。
改善帶寬效率的方法之一是使用SSB-ASK，這在歐洲國家中特別重要，因?yàn)閹捪拗瓶赡軐?dǎo)致這些國家不能使用DSB-ASK。DSB-ASK和SSB-ASK的功率效率取決于調(diào)制指數(shù)。通過使用調(diào)制指數(shù)1或載波的開關(guān)鍵控(OOK)，可以對DSB-ASK和SSB-ASK獲得實(shí)現(xiàn)一定誤碼率(BER)要求的最低載波噪聲比(C/N)。遺憾的是，這也在下行方向上為終端供應(yīng)能量時提供了最低數(shù)量的RF傳輸功率。
在理想情況下，載波的關(guān)閉時間應(yīng)達(dá)到最小，以便終端不會耗盡功率。載波噪聲比要求也應(yīng)達(dá)到最小，以使ID讀取范圍達(dá)到最大。對許多調(diào)制，這些目標(biāo)是相互矛盾的。其中一種調(diào)制是PR-ASK，它可以使窄帶中的載波噪聲比要求達(dá)到最小，使到終端的功率傳輸達(dá)到最大。與相移鍵控(PSK)信號類似，PR-ASK每次發(fā)送符號時改變相位180°。PR-ASK還創(chuàng)建100%的幅度調(diào)制深度或1的調(diào)制指數(shù)，舊符號和新符號的相位矢量交叉，并簡單地加總成零幅度。在幅度簡單地變成零時，這提供了可以簡便檢測到的時鐘信號，但使載波功率關(guān)閉的時間達(dá)到最小，從而優(yōu)化傳輸?shù)綗o源終端的功率。PR-ASK擁有載波噪聲比和帶寬要求，與DSB-ASK相比，其更加緊密地匹配PSK，使其對窄帶遠(yuǎn)程應(yīng)用極具吸引力。
DSB-ASK是帶寬效率最低的調(diào)制，也是載波信號開關(guān)鍵控(OOK)最容易生成的調(diào)制。ASK調(diào)制規(guī)范通常有調(diào)制深度及上升時間和下降時間要求。上升時間和下降時間一般與帶寬濾波相關(guān)，而調(diào)制深度則取決于鍵控狀態(tài)之間的衰減差。
在調(diào)制前，數(shù)據(jù)必須編碼成串行信息流。位編碼方案分成多種類型，每種類型在基帶頻譜屬性、編碼/解碼復(fù)雜性和內(nèi)存時鐘輸入難度中都有獨(dú)特的優(yōu)勢。
無源RFID終端對使用的編碼方案提出了獨(dú)特的要求。在無源終端中采用機(jī)載高精度定時源不現(xiàn)實(shí)、極具挑戰(zhàn)的帶寬要求及在為終端加電時需要最大RF功率，使數(shù)據(jù)編碼對許多RFID應(yīng)用至關(guān)重要。
曼徹斯特編碼(雙相L)和脈沖間隔編碼(PIE)在詢問器到終端(R=>T)通信中非常流行。這些編碼方案的一個重要特點(diǎn)是，它們都基于轉(zhuǎn)換、自己提供時鐘，大大降低了功率密集型終端中要求的同步電路的復(fù)雜性。
PIE編碼基于一定的最小脈沖時長或間隔，如20ls。這個周期稱為'Tari'，是按ISO 18000-6 A型參考間隔(Tari)命名的。1位和0位及特殊符號(如幀頭(SOF)和幀尾(EOF))都由不同數(shù)量的tari周期組成。這使得一定位數(shù)的傳輸長度可以變化。由于PIE編碼自行提供時鐘，因此可變長度幾乎沒有影響。
Tari長度也是被調(diào)制信號的最小脈寬，這在確定傳輸?shù)男盘枎挄r是一個重要因素。Tari長度越短，信號的帶寬要求越大。較新的標(biāo)準(zhǔn)如ISO 18000-6, C型支持多個Tari長度(6.25, 12和25ls)，以適應(yīng)全球不同的頻譜輻射法規(guī)要求。
RFID脈沖代碼調(diào)制(PCM)編碼方案的另一個重要屬性是其DC頻譜成分。反向散射終端調(diào)制一個載波信號。然后向回在終端閱讀器中作為基帶DC電平濾除載波信號，只留下終端發(fā)出的弱得多的上連調(diào)制。終端中的編碼方案要求到閱讀器的上行方向擁有很小的DC能量或沒有DC能量，以免與載波信號相沖突。
米勒編碼和FM0編碼都有這種在頻譜中DC能量很小或沒有DC能量的屬性。ISO 18000-6 C型通過提供不同的副載波速率，進(jìn)一步增強(qiáng)了米勒編碼。1倍、2倍、4倍和8倍副載頻可以調(diào)節(jié)調(diào)制編碼，優(yōu)化讀數(shù)范圍、速度或帶寬。
調(diào)試ASK調(diào)制使用的大多數(shù)信號分析儀不能把這些模擬PCM波形解碼成符號或位。配有RFID軟件選項(xiàng)的實(shí)時頻譜分析儀支持把模擬RFID波形解碼成其表示的位。這特別有助于在安裝了RFID系統(tǒng)的電路或環(huán)境中診斷問題。
許多RFID系統(tǒng)使用的基于幅度的調(diào)制都容易受到快速信號增噪條件的影響。移動裝滿終端的叉車，在位于不同金屬貨車和金屬構(gòu)架之間的閱讀器之間行駛，可能會經(jīng)過破壞性的多路徑條件？焖偃鹄鲈牖蜿幱翱赡懿荒芘c幅度調(diào)制區(qū)分開來，進(jìn)而導(dǎo)致誤碼。
RTSA能夠同時查看功率隨時間變化畫面中的模擬波形及從波形中理解的符號，將幫助工程師深入了解為什么一定的符號是不正確的。如果分析儀沒有這種功能，那么就要求工程師手動解碼長96位以上的波形。通過模擬波形和解碼后的符號，確定噪聲或干擾對通信數(shù)據(jù)的效應(yīng)這一流程大大簡化。通常在診斷測試過程中，收到的波形上面會有明顯的噪聲和干擾。在許多情況下，很難說信號損傷對數(shù)據(jù)可能造成什么影響。由于分析儀能夠解碼符號，可以在已知精確的測試儀器上考察數(shù)據(jù)凈荷。RFID工程師可以簡便地把不明顯的損傷與造成嚴(yán)重?cái)?shù)據(jù)錯誤的損傷區(qū)分開來。
另一個RFID考慮因素發(fā)生在詢問器查詢附近的終端時，因?yàn)榭赡軙幸慌_以上的終端處于應(yīng)答位置。它要求某種形式的反沖突協(xié)議，以便能夠從詢問器角度閱讀所有終端。反沖突協(xié)議分成兩種基本類型：確定性的和隨機(jī)的。流行的RFID協(xié)議是確定性二進(jìn)制樹、隨機(jī)的LOHA和帶時隙的ALOHA方法。
二進(jìn)制樹方法搜索符合某個二進(jìn)制數(shù)字的終端ID。例如，以二進(jìn)制1開頭的所有終端應(yīng)答，然后是第二個位為0的所有終端，直到尋址和記錄了每臺終端。如果發(fā)生沖突，那么將在搜索中對這部分判定樹增加額外的位。二進(jìn)制樹協(xié)議可能會很慢，而不能在整個數(shù)中搜索終端ID。
隨機(jī)的ALOHA協(xié)議(由夏威夷大學(xué)開發(fā))允許終端發(fā)送消息，如果消息沒有通過，那么它會以后再嘗試發(fā)送，直到通過。帶時隙的ALOHA方法在所有終端之間采用同步，因此通信分組在傳輸流中間不會中斷。帶時隙的ALOHA對可用帶寬的利用率約為30%，而直接的ALOHA僅約為18%。ALOHA協(xié)議在對大量的終端分類時相對迅速。
通過使用先聽后講(LBT)方案，可望進(jìn)一步改善效率。在LBT中，詢問器偵聽信道，保證信道已清除，不會中斷已經(jīng)進(jìn)行的傳輸。
ISO 18000-6等標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)通過各種協(xié)議實(shí)現(xiàn)演進(jìn)。最初，ISO 18000-6 A型采用ALOHA協(xié)議，之后，由于ISO18000-6 B型的采用，其使用了二進(jìn)制樹協(xié)議。而現(xiàn)在，ISO 18000-6 C型則要求使用帶時隙的ALOHA協(xié)議，因?yàn)槠涮峁┝俗羁焖俚耐掏铝俊?/P>
Gen2標(biāo)準(zhǔn)還把以前幾個UHF標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一起來，可以靈活地增強(qiáng)性能，同時滿足全球部署的嚴(yán)格要求。
Gen2標(biāo)準(zhǔn)提供了4種不同的通信速度，允許每個安裝項(xiàng)目更好地利用通信信道中為每個項(xiàng)目提供的最大吞吐量優(yōu)勢，同時適應(yīng)不同的國家法規(guī)限制。
包含帶時隙的ALOHA方案的‘Q’協(xié)議已經(jīng)進(jìn)一步優(yōu)化，其從早期的標(biāo)準(zhǔn)演變成可以更加強(qiáng)健地讀取的終端，這些終端可以從閱讀器的RF角度在邊上訪問。協(xié)議交換時長已經(jīng)縮短，以保證終端獲得足夠的RF能量，而不會在交換過程中耗盡功率。它已經(jīng)設(shè)置了一個特殊的參數(shù)‘Q’，控制終端對閱讀器應(yīng)答的可能性。Gen2終端也能夠在讀取后進(jìn)入睡眠狀態(tài)，使沖突達(dá)到最小，加快閱讀其余終端的速度。
ISO 18000-6 C型標(biāo)準(zhǔn)還解決了密集閱讀器部署中下連和上連功率電平之間的不一致性。在接近區(qū)域中部署的多個閱讀器很容易會相互干擾。功放器中生成的下連功率電平在美國可以高達(dá)+37dBm，允許無源終端在大約4米中，獲得大于-15dBm的傳輸RF功率的可用電平。來自終端反向散射的上行方向可以低達(dá)-63dBm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于詢問器的下連功率電平。在密集部署中，其它終端閱讀器很容易會蓋過較弱的反向散射信號。在帶寬比較充足的美國，跳頻擴(kuò)頻技術(shù)使得許多閱讀器能夠在接近區(qū)域中運(yùn)行。
而在日本和歐洲國家，UHF 帶寬非常匱乏，因此ISO18000-6 C型規(guī)范允許多個閱讀器同步詢問，以減輕擁堵！跋嚷牶笾v”等方案避免已用的信道或使用四個不同副載波編碼速率之一(FM0, Miller M=2, M=4和M=8)改變信道寬度，改善了閱讀器在擁堵環(huán)境、噪聲環(huán)境或容易發(fā)生干擾的環(huán)境中工作的能力。最新規(guī)范還改善了未來標(biāo)準(zhǔn)的安全性和擴(kuò)展能力。
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