UHF RFID到底能不能做高精度定位？

新一版的《2024中国RFID无源物联网产业白皮书》调研正在进行中，目前已经参与调研的企业有：

深圳市国芯物联科技有限公司

保点贸易(上海)有限公司

先讯美资(上海)科技有限公司

四川凯路威科技有限公司

深圳市远望谷信息技术股份有限公司

深圳市先施科技股份有限公司

上海复旦微电子集团股份有限公司

智汇芯联微电子有限公司

ST意法半导体

无锡旗连电子科技有限公司

上海坤锐电子科技有限公司

江苏安智博电子科技有限公司

深圳市博纬智能识别科技有限公司

星沿科技(杭州)有限责任公司

平头哥半导体有限公司

杭州美思特智能科技股份有限公司

深圳市思感物联科技有限公司

威健国际贸易(上海)有限公司

深圳市铭琪智能卡技术有限公司

深圳市优博讯科技股份有限公司

巨心物联网实验室（深圳）有限公司

新大陆数字技术股份有限公司

广东中世发智能科技股份有限公司

珠海晶通科技有限公司

东集技术股份有限公司

柯诺医疗供应链管理有限公司

上海世麦智能科技有限公司

立芯科技股份有限公司

广州制联物联网科技有限公司

江苏富勤电子材料有限公司

深圳源明杰科技股份有限公司

深圳特新界面科技有限公司

澳普物联（福建）有限公司

厦门信达物联科技有限公司

厦门硕道物联科技有限公司

厦门英诺尔电子科技股份有限公司

厦门铭标电子科技有限公司

科迈瑞(厦门)智能科技有限公司

创联芯(厦门)科技有限公司

厦门佳联捷信息科技有限公司

深圳市斯科信息技术有限公司

深圳市毕昇科技有限公司

深圳市斯科信息技术有限公司

深圳市勤业物联科技有限公司

深圳市华信天线技术有限公司

南京中科微电子有限公司

南宁新歌山电子科技有限公司

珠海众能科技发展有限公司

深圳市万全智能技术有限公司

深圳遨游通讯设备有限公司

深圳市哈德胜精密科技股份有限公司

Xerafy (赛斐）

北京芯联创展电子技术股份有限公司

上海飞聚微电子有限公司

美国意联科技有限公司

Pragmatic Semiconductor

前段时间，我们RFID世界网公众号发布过一篇文章上海交大用RFID实现厘米级定位，最便宜的高精度定位技术已经出现？，该文章发布后，在圈内引起了较大的反响讨论。

笔者也在长期关注高精度定位这个市场，而就UHF RFID做高精度定位这个方案，笔者近日与包括上海交大的技术团队在内的几位专业人士进行了详细的交流，所以，今天，我们就重点讨论一下这个事。

1、UHF RFID到底可不可以做高精度定位

先说答案，UHF RFID是可以做高精度定位的，但是精度在1米左右。

用UHF RFID做定位方案，核心的设备就是读写器采用相位阵列天线。关于相阵控天线的原理，甘泉老师的书《物联网UHF RFID技术产品及应用》中有详细描述，我们对相关内容进行引用。

相位列阵天线原理

相位列阵天线又叫相控阵天线，指的是通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位来改变方向图形状的天线。控制相位可以改变天线方向图最大值的指向，以达到波束扫描的目的。可以简单地理解为，传统的天线只有一个固定的辐射图，而列阵天线可以有多个不同方向的辐射图。当超高频RFID系统中使用了相位列阵天线后，可以将一个天线变成多个不同方向的天线，如下图所示，为一个带有相位列阵天线的网关辐射图，原有的天线主瓣辐射轴θ=0°，对列阵天线中指定辐射单元进行相位调整后，其主瓣辐射轴会发生偏转，最大可以偏转45°。采用下图方案的相位列阵网关，对比传统方案，覆盖范围大幅增加，原有的3dB辐射角度为30°，现在变为120°。

相位列阵天线的网关辐射图

相位列阵网关具体工作时可以理解为一个单端口阅读器变成一个多端口阅读器（相位存在多少种组合对应多少端口），原来单端口的阅读器只能接一个天线，辐射范围固定，而多端口阅读器可以接许多个天线，且每个天线辐射的范围不同，这个多端口阅读器可以根据需求选择需要扫描的区域启动对应的端口发射信号通过对应的天线覆盖指定的区域。

相位列阵天线定位功能

关于UHF RFID读写器的定位功能，以市场上常见两款相位列阵网关：Impinj的xSpan和xArray为例。

xArray为一个正方形的相位列阵网关。当 xArray悬挂在屋顶时，其覆盖区域为一个圆形，共8个扇区52个辐射区域，可以简单地理解为一个52端口的阅读器连接着52个不同辐射区域的天线。

 xArray的波束方向图

xSpan为一个长方形的相位列阵网关。xSpan网关可以看做xArray的简化版，当xSpan悬挂在屋顶时，其覆盖的区域为一个长方形，共13个辐射区域，可以简单的理解为一个13端口的阅读器连接着13个不同辐射区域的天线。

  xSpan的波束方向图

实际环境中相邻编号的辐射区之间是相互重叠的，当多个编号的辐射区内都识别到同一个标签时，可以通过RSSI大小计算出标签的具体位置，计算过程为RSSI差转化为距离差，再通过多点定位算法实现。当然标签大概率落在RSSI值最大的辐射区内。

相位列阵网关最大的作用是定位，判断物品的位置和运动情况。如下图所示为xSpan和xArray可追踪的标签运动方式。其中xSpan只能追踪一个轴方向的标签运动，而xArray可以追踪多个不同方向运动的标签。

 相位列阵网关方向追踪

为了保证追踪物体的实时性，就需要保证天线切换的速度足够快，即使每次切换50ms，xArray所有辐射区扫描一遍也需要2.5s的时间。因此在物品追踪的应用中，应保证场内的标签数量。如果需要高精度追踪，最好标签数量不超过20个；如果要实现高速追踪，标签数量也要不超过50个。

在实际测试中由于多种原因，存在一定的误差，在没有遮挡和反射的理想环境中实测数据为：有85%的概率误差在1.5米之内。在复杂环境中该误差会更大，尤其是零售商店等具有货架、墙壁反射影响以及标签的堆叠和摆放高度都会对测试精度产生很大影响。不过对比传统的技术，采用相位列阵网关对于物品定位和寻找大大提高了精度和便利性。

除了Impinj的读写器设备之外，Zebra的 “ATR7000”也是一款主打实时高精度定位能力的UHF RFID读写器，且目前已经在海外很多项目有大规模的落地应用，不过笔者了解到，该方案的定位精度也是在1m左右。

而上海交大的科研团队对于定位精度的优化主要体现在算法层面，在他们的方案中，首先需要通过Impinj这些厂商的读写器阵列天线读取到标签反射信号的相位信息，然后再基于相位信息，对定位算法优化。

此前新闻报道的厘米级定位精度是其比较理想环境下达到的效果，要达到这样的精度，需要很多特定的条件，而如果在一般环境中，基于算法的优化，将UHF RFID定位方案的定位精度从1米左右提升到分米级就是较大的突破。

2、UHF RFID高精度定位适用于哪些场景

UHF RFID的定位方案精度就按1m左右来算，也属于高精度定位技术的范畴，目前市场上定位精度最好的无线定位技术就是UWB，其定位精度在理想环境可以做到厘米级，但是实际应用中，大概率也是分米级；而蓝牙AoA定位精度也只是米级，蓝牙下一代的定位技术“Channel Sounding”其精度也大约是1m左右，所以，UHF RFID的定位精度已不算差。

那为何市场上目前主流的定位技术方案就是UWB与蓝牙呢，笔者总结有以下几个方面的原因：

第一、UHF RFID定位的读写器设备很贵，目前已知的几款可以做高精度定位的UHF RFID读写器产品其单价换算成RMB在1W以上，这比蓝牙的基站与UWB的基站价格都贵，如果要实现定位网络的覆盖，比如10m的距离布置一个，其成本可想而知。

第二，是受限于RFID标签的场景，因为RFID标签是无源的，如果要实现对这些标签进行定位追踪，首先就要读到这些标签，在实际应用中，有各种各样的问题，比如标签被遮挡、标签处于金属环境、标签贴的位置与角度不当等多种问题，都有可能造成读写器读取不到标签，这样定位也无可谈起。

所以，虽然RFID Tag非常便宜，比蓝牙Tag与UWB Tag便宜的多，但是其应用场景还是比较受限。笔者了解到，目前UHF RFID高精度定位方案的适用场景主要集中在仓储物流场景。

第一是仓储物流环境空旷，遮挡少，RFID标签容易读取。

第二是该场景的业务逻辑需要极低的Tag成本，因为仓储物流的上一个环节与下一个环节大概率也是需要对这个物品进行追踪的，比如从仓库运输到门店，这样的Tag会跟着物品一直转移，在下一个环节用手持机或者其他的固定式读写器读取就行。

如果用UWB或者蓝牙这样的方案，虽然在仓储环节可以用，但是该环节的上一个或者下一个流程在没有UWB或者蓝牙网络环境就没法用，带来的结果就是整体的方案成本更高，这个业务逻辑就跟5G无源IoT要落地要找可以复用5G网络的场景一样。

3、UHF RFID高精度定位的未来畅想

最后，笔者聊聊关于UHF RFID高精度定位方案的个人想法。

关于UHF RFID高精度定位读写器很贵的问题，这个主要是产业链的原因，因为量少，所以从芯片到读写器成品的研发成本都很高，而一旦有量，笔者相信它的价格不会比UWB的基站贵。

而关于标签的读取问题，笔者认为这个点是限制UHF RFID高精度定位方案应用落地的最大障碍。

根据我们的了解，目前华为与运营商主推的5G蜂窝无源IoT方案或许在这个层面进行优化，当然5G蜂窝无源IoT目前标准还没冻结，目前第一步还是实现它连接的能力，而未来的版本演进中，高精度定位可能就是重要的卖点了，因为从我们看到的市场需求来看，除了存在性的管理之外，位置信息的监测也是很多场景的核心业务流程。

产业的演进就是如此：不怕没产品，就怕没需求，只要有需求，相信市场上就会出现与之匹配的产品。