多址接收技術(shù)最新進(jìn)展及對RFID技術(shù)的影響

建立在無源電子標(biāo)簽基礎(chǔ)上的RFID系統(tǒng)具有在長距離情況下實(shí)現(xiàn)高動態(tài)的雙向通信所表現(xiàn)出的高穩(wěn)定．高可靠性能以及結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉 便于推廣等諸多優(yōu)良特性，為國人所關(guān)注。現(xiàn)在應(yīng)該不會再對裝有一塊僅由數(shù)平方毫米，由無線電電磁場的能量來供電 由硅片上系統(tǒng)(SOC)所構(gòu)成的無源UHF頻段電子標(biāo)簽對高速車輛完成自動識別的能力產(chǎn)生懷疑了。因?yàn)檫@樣的系統(tǒng)已經(jīng)在我國西部一些交通流量十分密集的高速公路上成功地運(yùn)行了兩年，正確識別的車輛數(shù)也超過400萬輛。取得如此明顯的技術(shù)進(jìn)步，來源于以下幾個(gè)重要因素

對協(xié)同目標(biāo)識別方法進(jìn)行了最大限度的簡化：
● 充分利用微電子技術(shù)的最新技術(shù)成果
● 對被識別對象行為及所在環(huán)境的自適應(yīng)性的深入理解，進(jìn)而優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)得益于優(yōu)質(zhì) 高效的各種抗沖突算法的擴(kuò)展與完善。

我們知道多目標(biāo)環(huán)境下的多址接入技術(shù)是RFID技術(shù)取得進(jìn)展與重大突破的核心環(huán)節(jié)。它直接影響系統(tǒng)的識別速度和可容納的目標(biāo)數(shù)量。多址接入技術(shù)表現(xiàn)在多目標(biāo)環(huán)境下的抗>中突技術(shù)，以下RFID多址接入方式的系統(tǒng)描述

為實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)識別而采取的抗沖突機(jī)制可分為兩大類。一類是以詢問器(讀寫器)為主導(dǎo)的 讀寫器先講— — RTF”型 是目前最常用的方法，建立在這種類型的典型標(biāo)準(zhǔn)有1S0— 180。0一B型。另一類則是采用”標(biāo)簽先講— — TTF 型，也就是ISO一18000A或ISO一18000C所采用的抗沖突方式 最近還出現(xiàn)“標(biāo)簽只說— — TTO” 的更為高效的模式。

RTF型多址接入方式

RTF是指 讀寫器先講(Reader TalkFirst) 的工作模式，lsO一1 80008及歐洲CEN的DsRC均采取這種多址接入方式。這種模式的核心是以讀寫為主導(dǎo)，解決多標(biāo)簽出現(xiàn)在同一通信區(qū)時(shí)引起的通信沖突。讀寫器檢測到通信區(qū)有多個(gè)電子標(biāo)簽同時(shí)響應(yīng)詢問信號的過程，能判斷返回的lD碼的某些數(shù)據(jù)位發(fā)生錯(cuò)誤，通過“屏蔽“ 掉某些引起沖突標(biāo)簽的回答，縮小了搜索范圍，逐次減少可能造成沖突的lD碼的數(shù)量。通過這種二進(jìn)制樹的遞歸搜索，實(shí)現(xiàn)了逐級解模糊，直至使通信區(qū)內(nèi)只有下一個(gè)標(biāo)簽處于“活躍“狀態(tài)．其余的標(biāo)簽均暫時(shí)進(jìn)入 休眠“狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了無干擾的通信。該通信過程結(jié)束后 讀寫器又發(fā)起另～輪與其他未被識別的標(biāo)簽的抗沖突過程，直至依次把通信區(qū)內(nèi)所有標(biāo)簽完成識別為止。這種以讀寫器為主導(dǎo)的RTF多址接入方式的特點(diǎn)在于其嚴(yán)格有序．對于通信區(qū)內(nèi)標(biāo)簽個(gè)數(shù)少的時(shí)候，由于抗沖突帶來的時(shí)間開銷是可以容忍的 一旦標(biāo)簽數(shù)量大量增加時(shí) 解模糊所需時(shí)間會隨卡的數(shù)量增加而呈指數(shù)增加 導(dǎo)致用這種二進(jìn)制樹搜索算法來解模糊的所需時(shí)間增長得令人無法忍受

TTF型多址接入方式

和RTF相反， TTF(Tag Talk First)是一種 讓標(biāo)簽先講 的方式 這種工作模式I；LRTF簡單易行 當(dāng)無源卡進(jìn)入到讀寫器的有效通信區(qū)并獲得充分的微波能量后，隨即主動地向讀寫器發(fā)送該卡的lD號以及其他必要的數(shù)據(jù)。

當(dāng)在某一時(shí)刻發(fā)送上述數(shù)據(jù)后．以該時(shí)刻為相對基點(diǎn)，下一時(shí)刻重復(fù)發(fā)送上述數(shù)據(jù)的時(shí)間與該相對基點(diǎn)的時(shí)刻延遲值是一個(gè)隨機(jī)變量。因此 在某個(gè)時(shí)刻發(fā)生過碰撞的兩標(biāo)簽在下一時(shí)刻不可能再發(fā)生碰撞，這樣參與碰撞的標(biāo)簽越來越少，直至通信區(qū)內(nèi)只有下一個(gè)標(biāo)簽主動發(fā)數(shù)據(jù)TTI Reader在通信過程不再起主導(dǎo)作用，為實(shí)現(xiàn)抗沖突而發(fā)送的數(shù)據(jù)急劇減低。它只需要發(fā)送一些很低速度的數(shù)據(jù)以不斷給無源卡提供充足能量，還發(fā)送一些讓已成功識別的標(biāo)簽不再發(fā)送數(shù)據(jù)的命令。由于向讀寫器發(fā)送信息的主動權(quán)完全轉(zhuǎn)由標(biāo)簽自己來掌握 不需要由讀寫器進(jìn)行更多的干涉 因此通信效率比RTF要高．總體性能更佳。

這種抗沖突算法被稱為 AIoha算法 。這種算法有多個(gè)變種，其中包括 時(shí)隙Aloha算法 。采用這種算法的電子標(biāo)簽都同步于同一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘。任何一個(gè)標(biāo)簽發(fā)送的信息位在時(shí)間上是同步的。因此任何 中突事件都是屬 完全碰撞 (即兩個(gè)卡的碰撞信息位在時(shí)間上完全重合．相位完全一致)，而不同于開頭所講的那種普通“Aloha算法” 該種算法由于卡與卡之問不能保持同步關(guān)系．發(fā)生“部分碰撞 的機(jī)會較多，性能不如“時(shí)隙Aloha”。

TTO型多址接入方式

TTF還有一個(gè)變種，稱為標(biāo)簽只講(Tag Talk Only)方式。TTO~nTTF不同，在讀卡的過程中，讀寫器不需向標(biāo)簽發(fā)送任何命令加以干預(yù)(對TTF而言．讀寫器可在正確收到某一個(gè)標(biāo)簽發(fā)來完整，正確的信息后．可以發(fā)出指令讓它回到休眠狀態(tài)，以減少以后識別其他標(biāo)簽時(shí)發(fā)生沖突的機(jī)會)。以TTO模式工作的標(biāo)簽可以采用更高的碼速率向讀寫器播發(fā)信息。即使TTO方式的碰撞機(jī)會高于TTF方式，但增加數(shù)據(jù)發(fā)送率能使讀寫器有高得多的讀卡機(jī)會，足以抵消增加沖突機(jī)會(和TTF相比)所帶來的消極影響。在許多應(yīng)用場合下．TTO會比TTF有更優(yōu)越的總體性能。

RFID多址接入方式的比較情況

根據(jù)上面對多種多址接入方式的分析比較，可以看出傳統(tǒng)的RTF模式工作的讀寫器在讀卡時(shí)，為完成讀卡任務(wù)，由讀寫器發(fā)送命令的頻繁程度(密集程度)．明顯LBTTF方式要高得多，特別是當(dāng)空域中存在多塊卡時(shí)更是如此。用占空比(duty cycle)這個(gè)指標(biāo)來衡量，RTF比TTF的讀寫器發(fā)送詢問信號的占空比高得多。有資料顯示，從頻域來看(時(shí)域的占空比可映射到頻域的占用程度)．RTF對頻譜的占用比TTF高十幾倍(RTF為200KHZ，而TTF僅為1 2 5KHZ)，而讀寫器頻帶占用量低，這對降低讀寫器之間相互干擾有著十分重要的意義．特別是對防止位于收費(fèi)站相鄰車道安裝的讀寫器之問的無意干擾顯得更為重要。此外．TTF和TTO的讀卡速度有了明顯的提高。

多址接收技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)RFID的技術(shù)飛躍

多址接入技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，是RFID在各種領(lǐng)域擴(kuò)展應(yīng)用過程中提出一系列新問題、新需求所牽引的結(jié)果。多址接入技術(shù)由RTF到TTF進(jìn)而發(fā)展~UTTO，使RFID的實(shí)際應(yīng)用有了突破性的飛躍。由RTF過渡到TTF或TTO，使電子標(biāo)簽的總體性能有很大的提高，讓人對無源電子標(biāo)簽的性能與能力的認(rèn)識上升到前所未有的高度，表現(xiàn)在如下方面：O 通信距離由RTF制式下的6m～7m提高到TTF制式下的20m。距離得到很大的提高得益于兩個(gè)因素。

第一，TTF簡化了芯片的電路組成并把結(jié)構(gòu)存貯器的空間降到最低的程度，因此需要微波場提供的能量降到最低。

第二，工作在這種體制下的讀寫器的接收機(jī)信息帶寬比工作在RTF制式下的接收機(jī)信息帶寬降低數(shù)倍(只需為12 5KHZ左右．后者所需的帶寬為200KHZ以上)。在TTF及TTO制式下為何其上行信息占用頻帶如此低(雖然上行傳輸速率可能維持在256kb／s這樣高的速率)．不在本文作進(jìn)一步介紹。0 TTF標(biāo)簽的識別速率有很大的提高。從RTF標(biāo)簽的每秒30個(gè)提高到每秒1 20個(gè)。達(dá)到如此高速率得益于采用新的抗>中突方式，上行數(shù)據(jù)傳輸速率有條件地大幅度提高，從工作在RTF時(shí)的30—40kb／s提高到256kb／s。在如此高的上行數(shù)據(jù)傳輸速率下工作的TTF系統(tǒng)，能在通信空域內(nèi)駐留有大量電子標(biāo)簽(例如可多200個(gè))的情況下，讀卡速率沒有明顯下降(如120個(gè)／秒)。而面對空域內(nèi)多達(dá)200個(gè)標(biāo)簽的RTF系統(tǒng)，要對其完成識別可能需要數(shù)分鐘的時(shí)問。O TTF讀寫器占用的頻帶僅有1 2．5KHZ左右．而RTF讀寫器占用頻帶200KHZ， 兩者相差1 7倍。TTF模式的讀寫器絕大部分發(fā)射的能量是為電子標(biāo)簽供電。只在正確收到標(biāo)簽發(fā)來的信息時(shí)以非常少量的數(shù)據(jù)作為回答．下行的信息量比RTF方式大為縮減。

我們知道RFD系統(tǒng)中，讀寫器輻射功率的強(qiáng)度比標(biāo)簽后向散射產(chǎn)生的功率要高60db(~E離1m時(shí))．標(biāo)簽后向散射的能量對環(huán)境的影響(或造成系統(tǒng)干擾)微乎其微。輻射引起干擾的干擾源由讀寫器造成，而讀寫器占用頻譜的大幅度下降(比RTF時(shí)下降1 7倍左右)無疑對改善系統(tǒng)內(nèi)的電磁兼容性產(chǎn)生明顯的良性影響，使有限的頻譜資源利用率得以充分發(fā)揮，特別避免兩臺臨近讀寫器之間的無意干擾有明顯的積極意義。這點(diǎn)避免高速公路相鄰陣道的相互竄擾及在物流大量應(yīng)用的領(lǐng)域，優(yōu)越性更突出。

O 基于TTF的芯片及讀寫器由于通信協(xié)議的大幅度簡化．同一塊晶片切割出的芯片成數(shù)倍的增加．電路組成與結(jié)構(gòu)也變得十分簡單。因而制造TTF的RFID系統(tǒng)的造價(jià)得以大幅度下降，十分有利于RFID向各個(gè)領(lǐng)域的擴(kuò)展與滲透．使RFID更加”平民化 ，更加貼近生活．有利于提升物流業(yè)與制造業(yè)的競爭能力?？梢娨环N微觀的科技進(jìn)步對于生產(chǎn)力的提高和改善民眾的生活質(zhì)量，起到了無可估量的作用。

結(jié)論

從以下的實(shí)際數(shù)據(jù)可以領(lǐng)悟出，由于多址接入技術(shù)的發(fā)展，給RFID技術(shù)帶來多大的發(fā)展?jié)摿?。?jù)外國文獻(xiàn)披露，獲得以下實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

在一輛車的不同部位安裝總數(shù)為五塊TTI標(biāo)簽，并以80km／HR．1 20 km／HR及1 60 km／HR的速度通過龍門架下的車道．在5．7m高度處安裝有一個(gè)EIRP值為4W 的TTI讀寫器，讀寫器對這輛車上的各個(gè)標(biāo)簽識讀結(jié)果如下：在80 km／HR時(shí)對五塊卡上的成功讀卡總次數(shù)共40次：在1 20 km／HR時(shí)對五塊卡上的成功讀卡總次數(shù)共22次；在1 60 km／HR時(shí)對五塊卡上的成功讀卡總次數(shù)共11次；在1 6。 ／1 同時(shí)對五塊卡進(jìn)行通信時(shí)，所有卡都能有一次以上的正確識讀。