无源UHF RFID电子标签系统设计分析

张卫欣，国网天津电力公司电力研究院  300210

【摘要】：UHF RFID是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号来自动的识别目标，并且获得目标中的相关信息。它能够自动的收集产品以及时间和地点的信息，而且还能够快速的把信息传递出去，可以有效的减少人为的错误或者干扰，在电力行业中得到了比较广泛的应用。

【关键词】：UHF RFID；电子标签系统；设计

RFID即Radio Frequency Identification，是无线射频识别技术的简称，也就是人们经常所说的电子标签，是上个世纪出现的一种新的识别技术。RFID的工作频段按照频率的大小可以分为低频——LF、高频——HF、超高频——UHF和微波——MW，UHF RFID的频率位于860~960 MHz的范围内，是无源超高射频识别技术，其具有高速度、远距离、比较强的抗干扰能力、低成本的优势以及标签小等优点，成为了RFID技术中的研究热点，得到了比较广泛的应用[1]。

     一、UHF RFID电子标签系统简介

      UHF RFID系统主要由电子标签、数据管理系统、阅读器三部分组成，其中电子标签是RFID系统中数据的载体，存储了被识别物体的信息，它主要通过标签的形式附着在需要被识别的物探上[2]。阅读器是用来进行信息的读/写或者读设备，主要用来阅读电子标签中的信息，并且将识别的信息传递给数据管理系统，其性能与其设计的结构和技术有很大的关系；其中读写阅读器还能够通过电子标签根据需要写入数据。一般的阅读器主要由高频模块即频率的发送器和接收器，和应答单元相连接的耦合元件即线圈和微波天线以及控制单元组成，还有部分阅读器还安装有附加的接口，如常用的USB接口等可以和电子计算机等其它设备相连接，可以将读取的数据传递给数据管理系统，然后进行后期的分类、统计、存储等处理工作。RFID结构如下图所示：

    

 

     

UHF RFID的工作原理是通过射频识别系统来进行工作，电子标签通常也被称为应答器、射频标签、数据载体，阅读器也被称为读取设备，通讯器、扫描器或者读写器。电子标签和之间通过耦合元件来完成射频信号的无线耦合，在耦合的过程中按照时间的顺序来完成数据的交换和能量的传递。在电子标签和阅读器之间的射频信号的耦合方式主要由以下两种，其中一种是电磁反向散射耦合，这种耦合方式和雷达的工作原理相似，通过发射设备发射电磁波，电磁波在遇到目标后向接收设备产生反射，反射信号中也同时带有目标的信息，这种方式主要利用了电磁波在空间中传播的原理；第二种方式是电感耦合，这种方式和变压器的工作原理类似，通过高频的交变电磁场来实现空间上的耦合，主要应用了法拉第的电磁感应定律。电磁反向散射耦合方式主要用在微波、高频率远距离的视频识别设备中，其主要的工作频率范围有433、915MHz以及2.45、5.8G Hz，UHF RFID主要应用的就是这种耦合方式，其识别的距离大于1m，一般的作用距离为3~10m左右。电感耦合方式主要用在影响中、低频的近距离的射频识别系统中，其工作的频率有13.6、125、225MHz，其识别距离小于1m，其作用距离一般为10~20cm[3]。

    二、UHF RFID电子标签系统的设计

   在UHF RFID电子标签系统的设计中主要包含了以下关键的技术，编码和调制，数字调制，检错纠错、基带中的编码等技术。

    1.编码和调制。对于UHF RFID系统来说，阅读器和应答器之间的数据传输需要三个方面的模块：发送器、接收器和信息通道。发送器有调制器和信号处理组成，接收器由应答器中的解调电路和信号处理组成，信息通道主要为信息传输的介质。

   2.数字调制。电磁能量通过电磁波的形式发射到空间中，通过改变电磁波的三个参数即频率、功率、相位中的任何一个或者几个就可以实现对信息编码，然后通过电磁波传送到空间中的任何地点。通过对电磁波的信息编码就是人们经常说的调制，载波就是没有调制的电磁波。从接收到的电磁波中通过分析其频率、相位、接受功率的变化可以得到了原来的信息，这就是人们常说的解调。在UHF RFID中常用的调制方法主要由频移键控，振幅键控和副载波组成[4]。

   3.基带中的编码。编码是用不同形式的代码来表示二进制中的0和1，在UHF RFID中常用的编码方式有米勒编码、单级性归零码、MRZ码、差动双向码、变形米勒码、曼彻斯特码等形式。

   4.检错纠错。在使用UHF RFID技术传输数据时容易受到外界的干扰，导致数据发生改变，使结果产生错误，所以有必要引进检错纠错技术，通过检错纠错可以通过采取一定的措施对改变的数据进行校正，比较常用的技术有奇偶校验。奇偶校验的方法是一种非常简单的检错方法，可以分为纵向奇偶校验，横向奇偶校验，横向纵向奇偶校验三种。其中纵向奇偶校验是通过以字符为单位来进行分组的，横向奇偶校验和纵向奇偶校验只能够检查出数据在横向和纵向方向上的编码错误，对于某个字符的的错误则无能为力。如果把纵向方向和横向方向上的奇偶校验方法结合起来，就成为了交叉校验，这种方法具有非常好的检错性能[5]。

     三、结束语

    UHF RFID具有数据储存量大，使用寿命长，无线无源，安全防伪，防水、防磁等等一系列的优点，将会成为代替条形码的一种新型的技术，随着我国开始重视物联网的建设和发展，UHF RFID在电力行业也得到了非常广泛的应用。UHF RFID技术还可以和通讯设备、互联网等技术之间相互结合，可以对产品的信息进行远距离的跟踪和分享。在工业生产、公共信息服务、物流行业得到了非常广泛的应用，大大的提高了管理的效率，降低了管理的成本。

【参考文献】：

[1]范文兵,葛峥,王耀等.超高频RFID系统设计与仿真[J].计算机工程,2010,36(17):90-92.

[2]程永亮.无源超高频电子标签射频模拟前端设计[D].南开大学,2011.

[3]杨准明.超高频射频识别系统的研究与标签设计[D].湖南大学,2009.

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