RFID射頻識別技術概述

　　RFID是射頻識別技術的英文(Radio Frequency Identification)的縮寫。射頻識別技術是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術。該技術在世界范圍內(nèi)正被廣泛的應用，而在我國起步較晚，與先進國家相比存在很大的差距。2004年1月份，全球最大零售商沃爾瑪公司向供應商發(fā)出最后通牒，要求從2005年1月1日開始，所有出口到美國的商品集裝箱托盤都必須使用電子標簽，而我國現(xiàn)在這項技術還處在研發(fā)階段，研究和發(fā)展射頻識別技術及其應用刻不容緩，任務緊迫。

　　我國射頻識別技術擁有廣闊的發(fā)展前景和巨大的市場潛力。相對與條碼技術而言，射頻識別技術的發(fā)展和應用的推廣將是我國自動識別行業(yè)的一場技術革命。

　　射頻識別技術簡介

　　 1、什么是射頻識別技術

　　射頻識別技術是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸資訊傳遞并通過所傳遞的資訊達到識別目的的技術。

　　射頻識別系統(tǒng)通常由電子標簽(射頻標簽)和閱讀器組成。電子標簽記憶體有一定格式的電子數(shù)據(jù)，常以此作為待識別物品的標識性資訊。應用中將電子標簽附著在待識別物品上，作為待識別物品的電子標記。閱讀器與電子標簽可按約定的通信協(xié)議互傳資訊，通常的情況是由閱讀器向電子標簽發(fā)送命令，電子標簽根據(jù)收到的閱讀器的命令，將記憶體的標識性數(shù)據(jù)回傳給閱讀器。這種通信是在無接觸方式下，利用交變磁場或電磁場的空間耦合及射頻信號調(diào)制與解調(diào)技術實現(xiàn)的。

　　電子標簽具有各種各樣的形狀，但不是任意形狀都能滿足閱讀距離及工作頻率的要求，必需根據(jù)系統(tǒng)的工作原理，即磁場耦合(變壓器原理)還是電磁場耦合(雷達原理)，設計合適的天線外形及尺寸。電子標簽通常由標簽天線(或線圈)及標簽晶片組成。標簽晶片即相當于一個具有無線收發(fā)功能再加存貯功能的單片系統(tǒng)(SoC)。從純技術的角度來說，射頻識別技術的核心在電子標簽，閱讀器是根據(jù)電子標簽的設計而設計的。雖然，在射頻識別系統(tǒng)中電子標簽的價格遠比閱讀器低，但通常情況下，在應用中電子標簽的數(shù)量是很大的，尤其是物流應用中，電子標簽由可能是海量并且是一次性使用的，而閱讀器的數(shù)量則相對要少的多。

　　實際應用中，電子標簽除了具有數(shù)據(jù)存貯量、數(shù)據(jù)傳輸速率、工作頻率、多標簽識讀特征等電學參數(shù)之外，還根據(jù)其內(nèi)部是否需要加裝電池及電池供電的作用而將電子標簽分為無源標簽(passive)、半無源標簽(semi-passive)和有源標簽(active)三種類型。無源標簽沒有內(nèi)裝電池，在閱讀器的閱讀范圍之外時，標簽處于無源狀態(tài)，在閱讀器的閱讀范圍之內(nèi)時標簽從閱讀器發(fā)出的射頻能量中提取其工作所需的電能。半無源標簽內(nèi)裝有電池，但電池僅對標簽內(nèi)要求供電維持數(shù)據(jù)的電路或標簽晶片工作所需的電壓作輔助支援，標簽電路本身耗電很少。標簽未進入工作狀態(tài)前，一直處于休眠狀態(tài)，相當于無源標簽。標簽進入閱讀器的閱讀范圍時，受到閱讀器發(fā)出的射頻能量的激勵，進入工作狀態(tài)時，用于傳輸通信的射頻能量與無源標簽一樣源自閱讀器。有源標簽的工作電源完全由內(nèi)部電池供給，同時標簽電池的能量供應也部分地轉(zhuǎn)換為標簽與閱讀器通信所需的射頻能量。

　　射頻識別系統(tǒng)的另一主要性能指標是閱讀距離，也稱為作用距離，它表示在最遠為多遠的距離上，閱讀器能夠可靠地與電子標簽交換資訊，即閱讀器能讀取標簽中的數(shù)據(jù)。實際系統(tǒng)這一指標相差很大，取決于標簽及閱讀器系統(tǒng)的設計、成本的要求、應用的需求等，范圍從0～100m左右。典型的情況是，在低頻125kHz、13.56MHz頻點上一般均采用無源標簽，作用距離在10～30cm左右，個別有到1.5m的系統(tǒng)。在高頻UHF頻段，無源標簽的作用距離可達到3～10m。更高頻段的系統(tǒng)一般均采用有源標簽。采用有源標簽的系統(tǒng)有達到作用距離至100m左右的報道。

　　2、射頻識別技術發(fā)展歷史

　　從信息傳遞的基本原理來說，射頻識別技術在低頻段基于變壓器耦合模型(初級與次級之間的能量傳遞及信號傳遞)，在高頻段基于雷達探測目標的空間耦合模型(雷達發(fā)射電磁波信號碰到目標后攜帶目標資訊返回雷達接收機)。1948年哈里．斯托克曼發(fā)表的“利用反射功率的通信”奠定了射頻識別射頻識別技術的理論基礎。

　　射頻識別技術的發(fā)展可按十年期劃分如下：

　　1940-1950年：雷達的改進和應用催生了射頻識別技術，1948年奠定了射頻識別技術的理論基礎。

　　1950-1960年：早期射頻識別技術的探索階段，主要處于實驗室實驗研究。

　　1960-1970年：射頻識別技術的理論得到了發(fā)展，開始了一些應用嘗試。

　　1970-1980年：射頻識別技術與產(chǎn)品研發(fā)處于一個大發(fā)展時期，各種射頻識別技術測試得到加速。出現(xiàn)了一些最早的射頻識別應用。

　　1980-1990年：射頻識別技術及產(chǎn)品進入商業(yè)應用階段，各種規(guī)模應用開始出現(xiàn)。

　　1990-2000年：射頻識別技術標準化問題日趨得到重視，射頻識別產(chǎn)品得到廣泛采用，射頻識別產(chǎn)品逐漸成為人們生活中的一部分。

　　2000年后：標準化問題日趨為人們所重視，射頻識別產(chǎn)品種類更加豐富，有源電子標簽、無源電子標簽及半無源電子標簽均得到發(fā)展，電子標簽成本不斷降低，規(guī)模應用行業(yè)擴大。

　　至今，射頻識別技術的理論得到豐富和完善。單晶片電子標簽、多電子標簽識讀、無線可讀可寫、無源電子標簽的遠距離識別、適應高速移動物體的射頻識別技術與產(chǎn)品正在成為現(xiàn)實并走向應用。

　　特別值得一提的是在1998年美國麻省理工學院的David Brock博士和Sanjay Sarma教授在喝咖啡聊天時，談及物品自動識別技術手段問題時產(chǎn)生的從系統(tǒng)的角度來解決物品自動識別問題的靈感，由此導致了供應鏈中物品自動識別概念的一次革命，并最終在1999年10月1日正式創(chuàng)建Auto-ID Center非盈利性的開發(fā)組織。Auto-ID Center誕生后，迅速提出了產(chǎn)品電子代碼EPC(Electronic Product Code)的概念以及物聯(lián)網(wǎng)的概念與構(gòu)架，并積極推進有關概念的基礎研究與實驗工作?？梢哉f，EPC與物聯(lián)網(wǎng)的概念將射頻識別技術的應用推到了極致，對射頻識別技術的發(fā)展與應用的推廣起到了極大的推動作用。

　　3、射頻識別技術的發(fā)展

　　射頻識別技術的發(fā)展，一方面受到應用需求的驅(qū)動，另一方面射頻識別技術的成功應用反過來又將極大地促進應用需求的擴展。從技術角度說，射頻識別技術的發(fā)展體現(xiàn)在若干關鍵技術的突破。從應用角度來說，射頻識別技術的發(fā)展目的在于不斷滿足日益增漲的應用需求。

　　射頻識別技術的發(fā)展得益于多項技術的綜合發(fā)展。所涉及的關鍵技術大致包括：晶片技術、天線技術、無線收發(fā)技術、數(shù)據(jù)變換與編碼技術、電磁傳播特性。

　　隨著技術的不斷進步，射頻識別產(chǎn)品的種類將越來越豐富，應用也越來越廣泛?？梢灶A計，在未來的幾年中，射頻識別技術將持續(xù)保持高速發(fā)展的勢頭。射頻識別技術的發(fā)展將會在電子標簽(射頻標簽)、閱讀器、系統(tǒng)種類等方面取得新進展。

　　在電子標簽方面，電子標簽晶片所需的功耗更低，無源標簽、半無源標簽技術更趨成熟。其作用距離將更遠，無線可讀寫性能也將更加完善，并且能夠適合高速移動物品識別，識別速度也將更加快，具有快速多標簽讀寫功能。與此同時，在強場強下的自保護功能也會更加完善、智慧性更強，成本更低。在讀寫器方面，多功能讀寫器，包括與條碼識別集成、無線數(shù)據(jù)傳輸、脫機工作等功能將被更多的應用。同時，多種數(shù)據(jù)介面包括RS232，RS422／485，USB，紅外，乙太網(wǎng)口也將得到應用。而讀寫器將實現(xiàn)多制式多頻段相容，能夠相容讀寫多種標簽類型和多個頻段標簽。讀寫器會朝著小型化、攜帶型、嵌入式、模組化方向發(fā)展，成本將更加低廉，應用范圍更加廣泛。在系統(tǒng)方面，低頻近距離系統(tǒng)將具有更高的智慧、安全特性；高頻遠距離系統(tǒng)性能將更加完善，成本更低。而2.45GHz和5.8GHz系統(tǒng)將更加完善。同時，無晶片系統(tǒng)將逐漸得到應用。

　　總而言之，射頻識別技術未來的發(fā)展中，在結(jié)合其他高新技術，比如GPS、生物識別等技術，由單一識別向多功能識別方向發(fā)展的同時，將結(jié)合現(xiàn)代通信及電腦技術，實現(xiàn)跨地區(qū)、跨行業(yè)應用。

　　射頻識別技術應用分析

　　1、應用領域分析：

　　射頻識別技術以其獨特的優(yōu)勢，逐漸的被廣泛應用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化和交通運輸控制管理等領域。隨著大型積體電路技術的進步以及生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，射頻識別產(chǎn)品的成本將不斷的降低，其應用將越來越廣泛。表一列舉了射頻識別技術幾個典型的應用。

　　表：射頻識別技術典型應用對比
　

　　2、國際國內(nèi)射頻識別技術應用狀況對比

　　射頻識別技術在國外發(fā)展非常迅速，射頻識別產(chǎn)品種類繁多。在北美、歐洲、大洋洲、亞太地區(qū)及非洲南部，射頻識別技術被廣泛應用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運輸控制管理等眾多領域：汽車、火車等交通監(jiān)控；高速公路自動收費系統(tǒng)；停車場管理系統(tǒng)；物品管理；流水線生產(chǎn)自動化；安全出入檢查；倉儲管理；動物管理；車輛防盜等。而在我國，由于射頻識別技術起步較晚，應用的領域不是很廣，除了在中國鐵路應用的車號自動識別系統(tǒng)外，主要應用僅限于射頻卡。

　　車輛自動識別方面，早在1995年北美鐵路系統(tǒng)就采用了射頻識別技術的車號自動識別標準，在北美150萬輛貨車、1400個地點安裝了射頻識別裝置。近年來，澳大利亞開發(fā)了用于礦山車輛的識別和管理的射頻識別系統(tǒng)。

　　在高速公路收費及智慧交通方面，香港“駕易通”采用的就是射頻識別技術。裝有射頻標簽的汽車能被自動識別，無須停車繳費，大大提高了行車速度和效率。雖然我國很多地區(qū)高速公路都采用了射頻卡，但是大部分還是應用人工停車收費的方式。最近，錦山的一條高速公路上應用了射頻卡自動收費，但是與香港“駕易通”相比，差距顯而易見。利用射頻識別技術的不停車高速公路自動收費系統(tǒng)是將來的發(fā)展方向，人工收費包括IC卡的停車收費方式也終將被淘汰。

　　在貨物的跟蹤、管理及監(jiān)控方面，澳大利亞和英國的西思羅機場將射頻識別技術應用于旅客行李管理中，大大提高了分揀效率，降低了出錯率。在幾年前，歐共體就要求從1997年開始生產(chǎn)的新車型必須具有基于射頻識別技術的防盜系統(tǒng)。而我國鐵路行包自動追蹤管理系統(tǒng)還只是在計劃推廣之中，真正應用還要假以時日。

　　在射頻卡應用方面，1996年1月南韓就在漢城的600輛公共汽車上安裝射頻識別系統(tǒng)用于電子月票，實現(xiàn)了非現(xiàn)金結(jié)算，方便了市民出行。而德國漢莎航空公司則開始試用射頻卡作為飛機票，改變了傳統(tǒng)的機票購銷方式，簡化了機場人關的手續(xù)。在我國，射頻卡主要應用于公共交通、地鐵、校園、社會保障等方面。上海、深圳、北京等地陸續(xù)采用了射頻公交卡。在未來的一、兩年，我國射頻卡應用最大的項目將是第二代公民身份證。

　　在生產(chǎn)線的自動化及過程式控制制方面，德國BMW公司為保證汽車在流水線各位置準確的完成裝配任務，將射頻識別系統(tǒng)應用在汽車裝配線上。而Motoro1a公司則采用了射頻識別技術的自動識別工序控制系統(tǒng)，滿足了半導體生產(chǎn)對于環(huán)境的特殊要求，同時提高了生產(chǎn)效率。在動物的跟蹤及管理方面，許多發(fā)達國家采用射頻識別技術，通過對牲畜個別識別，保證牲畜大規(guī)模疾病爆發(fā)期間對感染者的有效跟蹤及對未感染者進行隔離控制。而在生產(chǎn)線的自動化及過程式控制制以及動物的跟蹤及管理方面，我們離國際水準的差距就更大，甚至在有些方面根本就沒有應用。

　　不久的將來，我國射頻識別技術應用將在生產(chǎn)線自動化、倉儲管理、電子物品監(jiān)視系統(tǒng)、貨運集裝箱的識別以及畜牧管理等方面有所突破。