潜力巨大的有源三元双频RFID系统

集近距离的定位与远距离的识别与数据采集功能为一体的有源三元双频RFID系统，在实现了通常RFID的功能外，更提供了定位的功能。这项功能拓展了市场，给各行各业用户带来新的惊喜。同时，在RFID技术领域，这一系统的开发具有极大的应用潜力。 

对系统的分析是RFID技术研究的一个重要方面。通常一个最小化的RFID系统只包含两个部分，即标签（Tag）和读写器（Reader）。标签用于携带标识信息，读写器用于无接触地读取标签携带的标识信息，达到自动采集识别数据的目的。这样的RFID系统可以称为二元RFID系统，其中标签是一元，读写器是又一元。根据标签与读写器之间能量传递及信息传递的物理实现原理，这种二元系统有单频系统和倍频系统两大类。单频系统是常见的RFID系统，有低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）甚至微波频段。倍频系统的典型方式是由标签返回读写器的射频频率是读写器发向标签射频频率的倍数，其中二倍频是最为可行的系统。此外，根据标签的不同供电方式，可以分为有源、半有源和无源这三种。其中无源标签必须通过读写器为它提供能量；有源标签完全靠自身的电池提供能量；半有源标签的基带部分由电池供电，收发部分由读写器提供能量。 

那么，何谓有源三元双频RFID系统？ 

显然，三元系统应有三个基本单元，双频就是系统工作时采用两个不同的频率实现系统的整体功能。三元系统除了可实现二元RFID系统的正常功能之外，还可以附加一个定位功能。概括起来，有源三元双频RFID系统即是：可实现近距离的定位与远距离的识别与数据采集功能的RFID系统。 

系统简介 

所谓有源三元双频RFID系统，是指RFID系统除了具有荷载识别信息的标签以及阅读标签识别信息的读写器之外，还有一个标签位置定位器。即，标签为有源标签，可设定多种工作模式，为一元；读写器可以直接唤醒标签并与标签进行有源通信，为二元；标签位置定位器可向标签传送位置预置信息，并由标签将合并其自身的标识信息向读写器传送标签位置及标签的标识信息，为三元。如果将标签位置定位器看成标签拟行通过的路标，也可将标签位置定位器称为“路标激励器”，即当标签从路标激励器旁通过时，路标激励器将其激励并传给其路标信息，标签被激励唤醒后，接收路标激励器的定位信息，并将其与自身的ID信息发向读写器。 

基本工作原理 

根据电磁传播的基本规律，要实现有源三元RFID系统的近距离定位与远距离的识别与数据采集，三元系统宜采用双频实现系统预设的功能。系统基本定位如下： 

1.标签与路标激励器之间的激励与通信宜采用低频频率进行。通信方式可设定为激励器向标签单向传送路标信息即可。低频工作频率一般可选在300kHz以下。例如：123kHz，125kHz，132kHz，134kHz等。 

2.标签与读写器之间的唤醒与通信宜采用超高频频率进行。通信方式可采用广播命令与侦听接收方式。超高频频率一般可选在433MHz、915MHz或2.45GHz频段内的单频点进行。为简化系统设计，标签与读写器之间的通信频率可选为同一频率。 

3.有源标签依然是系统的核心。标签受到路标激励器激励或收到读写器发送的唤醒命令时均会进入激活状态。根据接受的命令或预设的工作模式，有源标签进入工作状态发送内存信息或接受读写器的进一步指令。 

系统的特点 

不同工作频段的RFID系统及系统组成有各自的特点。有源三元双频系统的特点可归结如下： 

1.低频RFID系统是利用电感耦合来传递能量和数据，它的工作距离相当近，数据传送速率也较低，但受到的空间电磁干扰的影响相对也较小，并且低频波能绕射和穿过很多材质，譬如木头、水、铝、人体等等。因而由路标激励器可以有效地覆盖一个适当的小区域（参考范围约为4米以内），譬如仓库入口等。此外，低频系统的实现成本通常较低，通信距离短也可以是一个优势，即能比较精确的标定标签的位置。 

2.超高频系统拥有相当长的读写距离以及较大的带宽，这就意味着系统可以实现较高的数据速率。采用有源RFID系统的工作原理，从通信能量角度来说，相当于单程传输，可以用几个毫瓦的发射功率实现较远的数百米的通信距离。 

3.由于采用有源通信方式进行数据传递，因而也适合较大数据量的传送。 
总体上来说，如果应用中既有用到小范围、小数据量操作，又有大范围、大数据量操作的时候，使用低频系统显然不能满足大范围、大数据量的要求；使用超高频系统，由于UHF电磁波穿透力并不好，在小范围的表现不够好。于是，三元双频RFID系统就是一个很好的折衷选择了。 

系统实现的三元结构可实现长与短的充分结合。即如果让读写器同时有LF和UHF的通信功能，短距通信具有“定位”功能。当用户知道标签正在和某个低频单元的路标激励器通信时，即可断言该标签在这个低频单元方圆几米的范围内。由标签采集了路标的位置信息后，再与读写器的长距离通信即可实现将“标签信息+定位信息”传到较远的读写器收集。 

系统应用 

不同的RFID系统实现方式具有各自的特点，根据有源三元双频模式构建的RFID系统，可灵活的具有多种使用功能。比如，抽出标签与读写器可实现常规意义上的有源RFID系统，即二元RFID系统；具有标签唤醒后工作，工作时限结束后转入休眠的功能与作用；加入路标激励器后，可为标签添加定位功能。因而，有源三元双频RFID系统可以应用到许多方面。 

可能的应用场景 

场景1：实现对沿线运输车辆的实时定位。沿交通线预布路标激励器，为每台运输车辆配置有源标签，在适当的集中范围内配置联网的读写器作为信息采集工具。当运输车辆通行时，可及时采集到通过车辆的标识信息及路标信息，为后台系统应用提供必要的前端信息采集功能。 

场景2：煤矿安全人员实时定位系统。沿煤矿坑道布设适当的路标激励器，在适当范围的集中区域设置联网的读写器。每一个矿工或矿车车体配置一个有源标签。当矿工或矿车通过路标激励器时，有源标签自动发送其ID信息及来自激励器的路标信息，由读写器构成的后台信息采集系统即可随时掌握每个矿工或矿车在矿下的具体位置情况。 

场景3：在传染病院跟踪并确认每一位传染病患者的位置分布情况。可在医院的各重要通道口设置路标激励器，并在适当位置高架配置一台读写器。为每一个传染病患者配置一个有源标签，当患者在医院监控范围内活动时，可随时掌握患者的动向，综合利用患者通过路标激励器的顺序等信息。为患者跟踪管理提供实时信息。 

附加特点 

有源三元双频RFID系统拥有低频RFID系统精确定位的功能，由于同时使用UHF频段且是有源标签，所以也可以处理较大的信息量。下面以集装箱运输为例，简单说明一些系统的附加特点： 

1.在集装箱运输的过程中，每个集装箱对应一个有源标签。标签里存储着关于集装箱的基本信息，如：集装箱编号、集装箱所属单位或个人、始发地点、目标地点等。这些信息总长度不是太长，可以适应快速读取操作。当集装箱驶入驶发港口时，门口的路标激励器就可以激活标签，让标签向读写器发射基本信息。此时，通过联网的计算机，就可以知道集装箱已经进入港口。整个过程完全自动，省时省力。同样的，这样的系统也会装在其他各个港口、火车站、机场以及大型物流中心。这样就可以全程跟踪物流。 

2.标签里面除了可以存储基本信息，还可以存储所装载的货物的信息。通过读写器或者手持机可以把这些信息读出来。这样，不用打开集装箱就可以知道集装箱里面的货物是什么。我们还可以利用这个功能来清点货物，查找特定的货物等。这些功能对货物的跟踪管理无疑是很有益的。 

3.此外，还可以为有源标签加上传感器，把传感器的结果存放在标签中。当标签通过路标激励器的时候，标签向读写器发射的基本信息就包含了传感器的结果，因此系统能迅速对此结果做出反应。例如，传感器可以是一个电子锁，读写器可以知道电子锁是否被非法打开过。如果是，就会报警。又譬如，我们可以在运输冷冻食品的货柜加装温度传感器。通过读写器，我们就可以知道这个冷冻货柜的温度的历史纪录，从而判定食物是否存在变质的危险。同样的传感器也可以用于冷冻送血车。 

随着技术的发展，可以预见有源三元双频RFID系统的成本将会降低到更令人接受的程度。同时，读写速度、存储器容量等指标也会有相应的提升。我们有理由相信将有更多的用户使用这种潜力巨大的RFID系统。