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| 【提 要】由于超高频RFID技术的优异特性，加之超高频电子标签的价格逐年下降，大大降低了RFID技术的应用门槛。其应用领域已逐步由涉车应用，转为现代物 流、电子商务、交通管理、电子政务以及军事管理等国民经济的各个领域，超高频RFID开始进入高速成长期。 （RFID射频快报严正声明：如需转载请征得RFID射频快报书面同意并注明出处，保证我站图文的完整性！——《信息网络传播权保护条例》） 【RFID射频快报2007年8月3日讯】随着RFID技术在各领域的推广和应用，对电子标签和读写器的要求逐步细化，从对电子标签读写距离的要求来说，大致可以分为二大类： 第一类为近距离自动识别系统。RFID技术经过多年的 发展，识别距离在数十厘米以内，频率在13.56MHz或以下频段的近距离RFID技术已相对成熟。一般都由人手持电子标签（卡）或读写器，让二者直接靠 近进行读写。目前使用量很大，如我国的第二代智能身份证、公共汽车和地铁的IC卡电子车票，办公人员的门禁系统等等。 第二类为远距离自动识别系统，对电子标签读写距离 在数米至十余米。如果要对行驶中的车辆、传送带上的行李，流水线上的工件等运动或移动物体进行近距离识别，必须使这些物体停下来，这不仅会降低效率，对有 些应用甚至是不可能的。远距离RFID技术是物流、生产自动化、供应链管理和交通管理等行业进行数据自动采集，建立网络化管理信息平台的必要手段，远距离 RFID产品的应用已成为不可阻挡的趋势。 远距离RFID系统使用三个工作频段：即 840MHz～960MHz超高频频段(UHF)、2.45GHz频段和5.8GHz频段。早期由于RFID技术水平的限制，电子标签的电路必须靠电池供 电。这就带来电子标签价格贵、使用和维护不方便，寿命有限等问题，限制了射频识别系统的应用和推广。九十年代后期半导体集成电路在集成度和降低功耗方面达 到了极高的水平，在UHF和2.45GHz频段制造出了无源电子标签的单片集成电路。可以利用读写器天线幅射的电磁波能量，驱动标签电路工作。 2.45GHz频段的无源电子标签识别距离很近，而UHF频段的识别距离可在10米以上，已成为远距离无源识别系统的主流。5.8GHz频段由于技术相对 复杂，难于制造出无源而作用距离又远的电子标签，它的电子标签的价格是无源标签的数十倍，在我国及欧洲和日本等高速公路收费的系统仍在使用有源的 5.8GHz系统。 UHFRFID系统正进入高速成长期 超高频远距离自动识别技术具有能一次性读取多个标签、 穿透性强、可多次读写、数据的记忆容量大，无源电子标签成本低，体积小，使用方便，可靠性和寿命高，可以在车辆或其它被标识的物体高速运动的情况下工作、 耐受户外恶劣环境等特点，得到了世界各国的重视。近年来，由于受到以美国国防部和欧美大企业的推动，确立了自动识别国际标准，加之超高频电子标签的价格逐 年下降，大大降低了RFID技术的应用门槛。超高频远距离自动识别技术的应用领域已逐步由涉车应用，转为现代物流、电子商务、交通管理、电子政务以及军事 管理等国民经济的各个领域，超高频远距离自动识别已开始进入高速成长期。 我国在经济高速发展，全社会运用信息技术提高效益 和质量的形势的推动下，2006年科技部等十五部委联合发表了中国射频识别(RFID)技术政策白皮书，为RFID技术与产业未来的发展提供了系统性指 南。中国自动识别产业经过十几年的发展已经初具规模，RFID产业链基本形成。远距离无源电了标签和读写器的应用和开发方面，在90年代中期深圳市远望谷 科技有限公司等单位，开发了铁路车辆车号自动识别系统。以四川省新源现代为代表，从1997年起在深圳海关建设了“自动车辆识别管理系统”，对过境车辆进 行管理。并从2001年起，将原来的有源卡系统改为超高频无源卡系统。 2001年秋，深圳市人一投资发展有限公司在全国 率先开发出了符合ISO/IEC18000-6B标准的读写器和系统，成功地用于深圳海关电子转关通道管理等项目。此后南京三宝集团瑞福科技公司和深圳市 先施科技有限公司等都相继投入力量，进行了有自主知识产权的远距离识别电子标签和读写器系统的开发，形成了初步的产业规模，不仅为国内提供了大量电子标签 和读写器，也出口到美国、加拿大、墨西哥、巴西和中东许多国家，成为国际远距离无源识别系统大家庭的重要成员。 无源电子标签的远距离自动识别技术比较复杂，目前 各公司的生产规模不大，生产成本高。在全国的众多RFID企业中，各种代理或外企分支机构和系统集成与应用系统开发企业占到近90%，真正从事RFID的 核心技术开发，具有自主知识产权产品企业不到10%，是中国RFID产业最薄弱环节。针对此技术及产业化发展现状，我国科技部把“射频识别（RFID）技 术与应用”列为国家高技术研究发展计划（863计划）的重大项目，组织攻克一批RFID共性基础及前瞻性、产业化关键技术和应用关键技术，建立起我国 RFID技术自主创新体系、公共应用服务体系和RFID标准体系，构建具有自主知识产权技术的产业链，降低电子标签和读写器这些关键设备的生产成本，加速 应用软件的开发，增大推广使用的力度，满足物流业、交通运输业、生产管理和国家安全等各方面的迫切需要。在国内外远距离自动识别技术应用加速发展的前提 下，有下列值得重视的发展趋势： 一、ISO/IEC18000-6C可能成为事实上的UHFRFID空间接口标准 随着全球物流行业RFID大规模应用的开始，RFID 标准的统一已经得到业界的广泛认同。EPCGlobal是由北美UCC产品统一编码组织和欧洲EAN产品标准组织联合成立，在全球拥有数百家成员，得到了 零售巨头沃尔玛，制造业巨头强生、宝洁等跨国公司的支持，由于综合了美国和欧洲厂商，实力相对占上风。2006年EPCGen2已纳入国际标准化组织 （ISO）和国际电工组织（IEC）联合的ISO/IEC18000-6标准，称为ISO/IEC18000-6C。在超高频（UHF）频段，空间通讯接 口标准ISO/IEC18000-6的A、B和C三类中，由于历史原因，B类多数用于交通领域，而C类主要用于物流、生产管理和供应链管理领域。但是C类 标签的速度比B类高，价格低，生产和销售的数量远远超过B类，有逐步完全替代B类的趋势，有可能成为事实上的UHF远距离的无源自动识别系统的唯一国际标 准，不仅在物流、生产管理和供应链管理领域大量应用，也会在交通管理领域使用。 符合ISO/IEC18000-6的A、B和C的电子标签芯片在Philips、TI等许多集成电路大公司都已大量生产，我国复旦微电子也宣布研制成功。下面表格列出了Philips（现称NXP）公司的几种UHF频段的电子标签集成电路产品的规格：
产品的规格
二、面向行业需要开发多种多样的电子标签 在一个RFID系统中，电子标签一般占总投资的60% 至70%。读写器和计算机系统的投资是一次性的，但电子标签的数量且随着时间的推移和应用的扩大，逐年会增加。据权威咨询机构研究报告称，到2008年， 全球每年将使用200亿个RFID标签，2010年全球RFID市场将达3000亿美元。未来几年射频识别标签应用最多的市场是包装/供应链市场。到 2008年，约需153亿个的货箱与托盘标签，68亿个面向药物、行李、动物、书籍和票据的RFID标签。 要使UHF的自动识别系统识别距离远，必须同时改 进电子标签和读写器的性能，而电子标签是关键的一环。电子标签由外壳或面层、天线、天线所在的基片、集成电路、集成电路与天线连接电路五部分组成，性能取 决于电子标签的天线、电子标签的集成电路和他们的封装。超高频电子标签最困难之点是：电子标签要嵌入或附着在不同形状、类型的产品上，标签所附的物体表面 也是电子标签天线的一部分，会影响标签天线的电参数。标签的使用环境的多样性和不确定性，加之标签的形状和大小受应用的要求限制，使标签天线的设计特别困 难，在很多场合只能用实验的方法确定。 由于电子标签的应用场合不同，有着不同的要求。如 作为汽车标识，要求电子标签安装于汽车上以后，就成为该车的电子身份证，成为管理意义上的“电子标签”，必须不能拆动，与该车建立唯一的对应关系。物流和 行李包裹用的一次性电子标签，使用量大，要求成本低。生产过程管理使用的电子标签，常常需要能够循环使用。有些要求能贴在金属表面使用，有的要求能耐受高 温、低温、高湿、机械冲击等恶劣的环境。应用要求的多样性带来电子标签形式的多样性。下面表格列出了常见的各种电子标签类型，需要针对这些不同的要求，开 发出系列化的产品，满足各方面的需求。 三、远距离无源识别读写器进一步集成化和模块化 随着远距离无源识别系统应用面的扩大，全球远距离无源读写器的市场也在迅速成长。全球RFID读写器市场将以年增长率在30%左右速度不断增长。到2008年EPC读取器市场规模将达11.4亿美元，同年其他近距离读取器市场规模将达7.5亿美元。 但在我国目前远距离无源识别系统设备的价格远比近距离 系统高，其主要原因是生产规模小，随着应用面的扩大，开发和生产成本会大大降低。远距离无源系统涉及微波技术，设计、生产和调试测试的难度大。随着应用的 深入，读写器的要求会有千差万别，例如天线形式、天线数量、机械结构、数据通讯方式、状态显示、环境条件和电源供给等等不同的要求。如果针对这些不同的要 求，从电路设计开始，研制五花八门的读写器，而每种生产量都不大，这样会很不经济，成本将难于降低。为了降低设计复杂度、生产和调试的成本，一个重要的工 作是提高读写器电路的集成度，并使通用部件模块化。现在的趋势是将读写器的核心电路模块化，然后用读写器电路模块组合成符合各种需要的读写器。如美国 Sirit公司开发了INfinity210和SM9311多协议读写模块，最近深圳市先施公司利用IntelR1000的EPC协议专用集成电路开发了 仅40毫米宽60毫米长的读写器模块。
读写器模块 四、UHFRFID读写器由“涉车”应用为主转向以“涉物”应用为主 电子标签的价格只有降至标识物成本的1%以内，才有可 能大量推广。在前阶段，由于超高频电子标签的价格在数至数十美元，应用主要集中在汽车、铁路机车等高值物品的标识，应用于高速公路不停车收费、停车场管 理、机关和社区车辆门禁管理、公共汽车调度、车辆过境监管等与车辆相关的应用领域。现在EPC电子标签的降格已降至20美分左右，一次性标签对一般货品可 用于托板和卡通箱一级标识，贵重货品可在单品一级标识。复用标签可用于生产和流通过程的单品标识。这样就大大扩展了超高频远距离自动识别系统的应用范围， 进入物流业、运输业、生产管理、医疗卫生和国家安全等国民经济各个广阔的领域，将呈雪崩式的增长的态势。涉车应用的UHFRFID读写器的技术要求是与 “涉物”应用完全不同的。涉车应用读写器的要求读写距离远，保证在车辆高速行驶的条件下能正确识别，要求能与道路通行控制设备和计算机直接连接。“涉物” 应用的UHFRFID读写器因物品的对象不同、标签安装位置不同、物流的控制点设置位置的不同而与涉车应用读写器有很大的差别。 “涉物”应用UHFRFID读写器的要求有这样几个特点： 1．能适应电子标签位置和朝向的随意的条件 物品在交接、传递和运输的过程中，物品放置的位置和朝 向都有可能变化，不可能象汽车那样，电子标签贴在车窗玻璃上永远朝着前进方向。所以物流应用UHFRFID读写器必须适应电子标签位置和朝向的随意性，能 作到从各个不同的方向读。比较好的办法是设计门框式或隧道式多天线读写器。为了避免不同天线发出的电磁波互相干扰，这些天线应采用时分制方式工作，相当于 电磁波波束围着一个环向中心进行电扫描，这样就可以读到贴在不同面上的标签。 电子标签通常是线极化的，为了保证能读到各种不同极化朝向的标签，物流读写器的天线应采用园极化天线。 2．有高效的多标签仲裁能力 汽车的物理尺寸大，在UHFRFID读写器的有效覆盖 范围内，出现多个标签的机会不多，即使有，数量也不会很多。然而在物流应用中，在UHFRFID读写器视场内出现几十电子标签是极其平常的事，因此物流 UHFRFID读写器必须有极强的多标签仲裁能力，有高的速度和准确性。ISO18000-6C电子标签的通讯速率能高达640Kbits/S，为高速仲 裁创造了条件，所以针对物流应用ISO18000-6C电子标签有明显的优势。 3．高读写器密度环境下的工作能力 在物流管理和其它应用中，有可能出现在一个区域内有多 个频率范围相同的读写器，出现微波电磁场互相覆盖而形成互相干扰的现象，解决此问题的方法，主要是采取让读写器的工作时间或工作频率范围或天线幅射范围作 科学的分割。例如读写器的LBT功能（ListenBeforeTalk），互相避让。EPCClass1/Gen2(ISO18000-6C)包括了支 持“密集询问器信道化信令”（dense-interrogatorchannelizedsignaling）。密集询问器信道化信令有时名为“密集阅 读器模式”（densereadermode），通过减小阅读器信号“淹没”标签响应信号的可能性，减少EPC阅读器之间的干扰。 4．网络环境下的工作能力 现代物流的管理实现物流全过程的智能化“无缝隙”的管 理，这种管理是在网络环境下实现的。远距离自动识别系统是在此网络环境下的信息采集点的组合，进行物料跟踪、运载工具和货架识别等要求非接触数据采集和交 换。与计算机及通讯技术结合可形成跨地区跨行业的管理网络，实现对原料、半成品、成品、运输、仓储、配送、上架、最终销售，甚至退货处理等环节进行实时监 控，物品的识别跟踪范围可从一个小区域扩展到全国甚至全世界，提高了物流过程的自动化程度，实现国际大流通。为此读写器必须带网络接口，有能力直接联网。 数据通讯的数据格式必须遵从国际标准和中间件的要求。 五、可移动UHFRFID系统成为发展的新热点 可移动超高频RFID读写器是RFID读写器中的重要的一类，在物流和供应链管理中有着大量的需求。可移动UHFRFID系统包括手持式读写器，车载读写器，叉车读写器、手推车式读写器。 不同的应用领域需要不同规格的可移动读写器，此类读写 器技术要求需针对行业应用需要进行细化。对可移动UHFRFID系统来说，要输出四个数据：标签的ID、标签的DATA、识别时的即时位置和识别时间。固 定读写器的位置是确定的，但可移动设备的位置是变化的，系统的定位是一个重要的要求。可移动UHFRFID系统可以用一般的常用技术，如GPS技术，这对 于交通运输监控用的车载可移动UHFRFID系统是适用的。但是技术对于室内应用的可移动UHFRFID系统不一定合适，如仓库内根本收不到要解决GPS 信号，加之定位的精度不一定能满足精确到货位的管理要求。在货场或仓库内定位比较好的办法是用地面和货架的定位标签。这种方法成本低，位置精确，可利用移 动设备本身原有读写器定位。 其次，可移动UHFRFID系统的是天线要同时满足电气特性、机械安装、结构强度等方面的要求不是一件容易的事，对于象叉车读写器这样一类位置限制严格，结构强度要求高的设备，很多选择强度大、厚度小、容易安装的微带天线。 可移动UHFRFID系统第三个问题是系统供电，特别是手持式RFID读写器，要求体积小、重量轻、携带和使用方便、电池功率消耗少，待机和工作时间长。在电路设计时特别要注意减少待机时的电源消耗，关闭所有不必要的电路，学习手机的电源控制和管理技术。 可移动UHFRFID系统第四个关键要求是在移动条件下的数据通讯，在这方面有许多现成的解决方案，可以选用就成熟的通讯模块组合到读写器中去。 |
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