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RFID技术基础及其基本应用
作者：武汉科技大学信息科学与工程学院 凌轲 左韬
来源：RFID世界网
日期：2008-01-22 17:34:27
摘要：无线射频识别技术，是一种非接触的自动识别枝术、其基本原理是利用射频信号和空间耦合传输特性实现对物体的识别。本文面向欲了解RFID的基本工作方式、系统模块以及在供应链上应用的技术人员和商务人员。最后希望这篇文章能够帮助读者扫清RFlD中的疑问和盲点。
一、RFID简介
射频识别系统一般由以下两部分组成：
(1)标签(应答器，TAG)：放置在要识别的物体上；
(2)阅读器(读头，RFADER)：可以是读或写/读装置，取决于所使用的结构和技术。
射频识别系统的基本模型如图1所示， 其中标签又称为射频标签、应答器、数据载体；阅读器又称为读出装置、扫描器、读头、通信器、读写器(取决于电子标签是否可以无线改写数据)。电子标签与阅读器之间通过耦台元件视线射频信号的空间(无接触)耦合；在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据的交换。
射频识别系统的基本组件包括标签和阅读器，其中标签又称为射频标签、应答器、数据裁体；阅读器又称为读出装置、扫描器、读头、通信器、读写器(取决于电子标签是否可以无线改写数据)。电予标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(尢接触)耦合；住耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据的交换。发生在阅读器和标签之间的射频信号的耦合类型有两种：
1、电感耦合
通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律，如图2所示。电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有：125kHz，225kHz和l3．56MHz。识别作用距离小于1m，典型作用距离为10～20cm。
雷达原 模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律，如图3所示。电磁反向散射耦合方式一般适合十高频、微波工作的远距高射频识别系统。典型的工作频率有：433MHz，9l5MHz，2．45GHz和5．8GHz。识别作用距离大干1m，典型作用距离为3～10m。
三、RFID系统
在RFID实际应用中，电子标签附着在被识别的物体上(表而或内部)，当带有电子标签的被识别物品通过阅读器可识读范围时，阅读器自动以无接触的方式将电了标签中的约定识别信息取出来，从而实现自动识别物品或自动收集物品标志信息、的功能。阅读器系统又包括阅读器和天线，有的阅读器将天线和阅读器模块集成任一个设备 单元中。读头发送无线信号时所使用的频率破称为RFID系统的工作频率，可划分为五个范围：低频系统一般工作在l0O～500KHZ、高频系统一般工作在lO～15MHz、超高频系统一般工作在850～960MHz、微波系统一般工作在2．4～5GHz以上。
以前主要都是在研究相对少量数据的标签和阅读器。这一局面因其在供应链中将产生大量需过滤和路由的数据的应用而破打破。人们开发了特殊的软件包，被称作savaTlt，作用就像RFID前端与IT终端之间的缓冲池。它仃J等价干IT工业中的中间设备。
(1 )通信
对RFID系统来说，读写器与电子标签之间的通信主要包括三个主要功能块，按照从渎写器钊电子标签的数据传输方向，它们是读写器中的数字信号和调制器、信道以肢电子标签中的解凋器和信号译码。信号编码足使要传输的信息尽可能最他地与信道的性能匹配。其中编码的过程也括对信息进行处理，防止信息受干扰或桐冲突。译码是从基带编码中恢复原来的信息内容，并识别和标志出传输中的错误码。调制是改变高频载波的信号处理，使得载波信号的振幅、相位、频率与调制信号相关联。解调的日的是为了再生基带信号。附近所有与其对应的标签探测到信号后利用其能量启动非运作内部电路。如果标签解码后的信号是正确的，它将响应阅读器，通过调制阅读器产生的场告知其存在。
(2)冲突抵制
如果很多标签都在一起，它们会同时发出回应信号，在阅读器端将产生冲突，表示有多个标签。阅读器通过冲突抵制算法，将标签分类并逐个选取，来解决这个问题。现在用的比较多的防冲突办法有空分多路(SDMA)、频分多路(FDMA)、时分多路(TDMA)和码分多路(CDMA)。若一个标签被选定，阅读器能够灾施读取标签识别号、写入信息等一系列操作。在完成与标1签对话后，阅读器要么从列表中删除它，要么在一段时间后将其挂起。住昕有的标签被选取和处理后，由冲突抵制算法控带J的这个过程才会结束。
四、RFID组件
(1)RFID标签
每个被RFID系统标识的物品都对应于一个标签。对应十不同的应用和环境，标签制造的方法和封装形式都不同。荩本的组合步骤如图4所示，前先是将不同导电材料(铝、铜)做成的天线沉淀到一个慕底上，然后运用绕线或者翻片等技术将标签芯片连接到天线上，最后用PVC薄片、松香或者胶纸选择性地做成保护层以支持其在特定环境物理中(摩擦、挤压和腐蚀等)的应用。
每个RFID系统都至少有一个天线来发送和接收射频信号。仃些系统中一个天线同时用来发送和接收信号；有些系统一个天线发送，另一个接收。天线的质量和类别都是由应用确定的。
(3)无线射频(RF)收发饥
RF收发机是RF用来激活被动RFID标签能量的地方。RF收发机作为阅读器可以包含在一个部件里，也可以是一个独立的仪器。作为一个独立的仪器，收发机通常彼称作RF模块。RF收发机掌控调制天线收发的射频。收发机还能滤除或者放大被动RFID标签的回散信号。
(4)阅读器
RFID阅读器指导RF收发机发送射频信号，通过收发饥从标签接收编码，并解码出标签的识剔信息，并将识别信息与标签的其他数据发送到主机。阅读器还有其他功能，例如，ETC应用，包括接收从其他设备，比如汽车探测仪，发出的数据，来控制车门与车灯。存存阅读器中的韧体控制阅读器的运作。用户町以通过从主机或者本地终端获取命令以自主的操作阅读器来满足特定的需求。
五、结束语
自动识别特指通过机器进行的识别。近年来，自动识别技术在许多服务领域、货物销售与后勤分配方面、商业部门、生产企业和材料流通领域得到了快速的普及和推广。自动识别技术的目的是提供关于个人、动物、货物和商品的相关信息。
随着射频识别技术的发展，从事射频识别系统产品开发的公司数量明显增多。射频识别系统的多样性也得到了不断丰富，新近出现的无芯片电子标签概念突破了传统射频识圳技术的界限。随着国际上“AutoID Center”推出的电子物品代码EPC(Electronic Product Code)概念的实施，射频识别技术产品的市场需求将越来越人。
总而言之，RFID技术在未来发展中，再结合其他高新技术(如GPS、生物识别等技术)实现由单 一识别向多功能识别方向发展的同时，将与现代通信技术和计算机技术一道共同实现跨地区、跨行业应用。
射频识别系统一般由以下两部分组成：
(1)标签(应答器，TAG)：放置在要识别的物体上；
(2)阅读器(读头，RFADER)：可以是读或写/读装置，取决于所使用的结构和技术。
射频识别系统的基本模型如图1所示， 其中标签又称为射频标签、应答器、数据载体；阅读器又称为读出装置、扫描器、读头、通信器、读写器(取决于电子标签是否可以无线改写数据)。电子标签与阅读器之间通过耦台元件视线射频信号的空间(无接触)耦合；在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据的交换。
射频识别系统的基本组件包括标签和阅读器，其中标签又称为射频标签、应答器、数据裁体；阅读器又称为读出装置、扫描器、读头、通信器、读写器(取决于电子标签是否可以无线改写数据)。电予标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(尢接触)耦合；住耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据的交换。发生在阅读器和标签之间的射频信号的耦合类型有两种：
1、电感耦合
通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律，如图2所示。电感耦合方式一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有：125kHz，225kHz和l3．56MHz。识别作用距离小于1m，典型作用距离为10～20cm。
雷达原 模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律，如图3所示。电磁反向散射耦合方式一般适合十高频、微波工作的远距高射频识别系统。典型的工作频率有：433MHz，9l5MHz，2．45GHz和5．8GHz。识别作用距离大干1m，典型作用距离为3～10m。
三、RFID系统
在RFID实际应用中，电子标签附着在被识别的物体上(表而或内部)，当带有电子标签的被识别物品通过阅读器可识读范围时，阅读器自动以无接触的方式将电了标签中的约定识别信息取出来，从而实现自动识别物品或自动收集物品标志信息、的功能。阅读器系统又包括阅读器和天线，有的阅读器将天线和阅读器模块集成任一个设备 单元中。读头发送无线信号时所使用的频率破称为RFID系统的工作频率，可划分为五个范围：低频系统一般工作在l0O～500KHZ、高频系统一般工作在lO～15MHz、超高频系统一般工作在850～960MHz、微波系统一般工作在2．4～5GHz以上。
以前主要都是在研究相对少量数据的标签和阅读器。这一局面因其在供应链中将产生大量需过滤和路由的数据的应用而破打破。人们开发了特殊的软件包，被称作savaTlt，作用就像RFID前端与IT终端之间的缓冲池。它仃J等价干IT工业中的中间设备。
(1 )通信
对RFID系统来说，读写器与电子标签之间的通信主要包括三个主要功能块，按照从渎写器钊电子标签的数据传输方向，它们是读写器中的数字信号和调制器、信道以肢电子标签中的解凋器和信号译码。信号编码足使要传输的信息尽可能最他地与信道的性能匹配。其中编码的过程也括对信息进行处理，防止信息受干扰或桐冲突。译码是从基带编码中恢复原来的信息内容，并识别和标志出传输中的错误码。调制是改变高频载波的信号处理，使得载波信号的振幅、相位、频率与调制信号相关联。解调的日的是为了再生基带信号。附近所有与其对应的标签探测到信号后利用其能量启动非运作内部电路。如果标签解码后的信号是正确的，它将响应阅读器，通过调制阅读器产生的场告知其存在。
(2)冲突抵制
如果很多标签都在一起，它们会同时发出回应信号，在阅读器端将产生冲突，表示有多个标签。阅读器通过冲突抵制算法，将标签分类并逐个选取，来解决这个问题。现在用的比较多的防冲突办法有空分多路(SDMA)、频分多路(FDMA)、时分多路(TDMA)和码分多路(CDMA)。若一个标签被选定，阅读器能够灾施读取标签识别号、写入信息等一系列操作。在完成与标1签对话后，阅读器要么从列表中删除它，要么在一段时间后将其挂起。住昕有的标签被选取和处理后，由冲突抵制算法控带J的这个过程才会结束。
四、RFID组件
(1)RFID标签
每个被RFID系统标识的物品都对应于一个标签。对应十不同的应用和环境，标签制造的方法和封装形式都不同。荩本的组合步骤如图4所示，前先是将不同导电材料(铝、铜)做成的天线沉淀到一个慕底上，然后运用绕线或者翻片等技术将标签芯片连接到天线上，最后用PVC薄片、松香或者胶纸选择性地做成保护层以支持其在特定环境物理中(摩擦、挤压和腐蚀等)的应用。
每个RFID系统都至少有一个天线来发送和接收射频信号。仃些系统中一个天线同时用来发送和接收信号；有些系统一个天线发送，另一个接收。天线的质量和类别都是由应用确定的。
(3)无线射频(RF)收发饥
RF收发机是RF用来激活被动RFID标签能量的地方。RF收发机作为阅读器可以包含在一个部件里，也可以是一个独立的仪器。作为一个独立的仪器，收发机通常彼称作RF模块。RF收发机掌控调制天线收发的射频。收发机还能滤除或者放大被动RFID标签的回散信号。
(4)阅读器
RFID阅读器指导RF收发机发送射频信号，通过收发饥从标签接收编码，并解码出标签的识剔信息，并将识别信息与标签的其他数据发送到主机。阅读器还有其他功能，例如，ETC应用，包括接收从其他设备，比如汽车探测仪，发出的数据，来控制车门与车灯。存存阅读器中的韧体控制阅读器的运作。用户町以通过从主机或者本地终端获取命令以自主的操作阅读器来满足特定的需求。
五、结束语
自动识别特指通过机器进行的识别。近年来，自动识别技术在许多服务领域、货物销售与后勤分配方面、商业部门、生产企业和材料流通领域得到了快速的普及和推广。自动识别技术的目的是提供关于个人、动物、货物和商品的相关信息。
随着射频识别技术的发展，从事射频识别系统产品开发的公司数量明显增多。射频识别系统的多样性也得到了不断丰富，新近出现的无芯片电子标签概念突破了传统射频识圳技术的界限。随着国际上“AutoID Center”推出的电子物品代码EPC(Electronic Product Code)概念的实施，射频识别技术产品的市场需求将越来越人。
总而言之，RFID技术在未来发展中，再结合其他高新技术(如GPS、生物识别等技术)实现由单 一识别向多功能识别方向发展的同时，将与现代通信技术和计算机技术一道共同实现跨地区、跨行业应用。
