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UHF 頻段RFID 系統(tǒng)干擾研究

作者:北京郵電大學電信工程學院 李江鋒
來源:RFID世界網(wǎng)
日期:2007-12-14 11:50:07
摘要:本文通過對我國UHF 頻段頻率分配的分析,得出該頻段RFID 設(shè)備可用的工作頻段,并通過UHF 頻段RFID 設(shè)備與同頻段的點對點立體聲廣播設(shè)備,相鄰頻段的無中心對講機和GSM 系統(tǒng)的干擾試驗,得出UHF 頻段RFID 設(shè)備與上述三種系統(tǒng)的兼容條件。
關(guān)鍵詞:RFIDUHF干擾
1.引言 

RFID(Radio Frequency Identification)即射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù),通過射頻 
信號自動識別目標對象并獲得相關(guān)數(shù)據(jù),識別工作無需人工干預,并可工作于各種惡劣環(huán)境[1]。 

近年來RFID 成為先進技術(shù)領(lǐng)域的熱門話題,世界范圍內(nèi)很多行業(yè)部門對RFID 技術(shù)非常重視,尤其 
是零售業(yè)、物流業(yè)、供應鏈管理、交通運輸對于UHF 頻段的RFID 技術(shù)更是推崇備至。 

RFID 系統(tǒng)基本由標簽、讀寫器和天線三部分組成。按照工作頻率的不同,RFID 系統(tǒng)分為低頻(LF 
)、高頻(HF)、超高頻(UHF)和微波頻段(MW)。低頻(LF)系統(tǒng)使用頻率一般為125~134kHz, 
主要用于短距離、低成本應用中。高頻(HF)系統(tǒng)工作頻率一般用于門禁控制和需傳送大量數(shù)據(jù)的 
應用系統(tǒng)。超高頻(UHF)RFID 系統(tǒng)一般工作頻率為860~960MHz,設(shè)備采用反向散射的方式工作, 
標簽利用接收到的由讀寫器發(fā)出的射頻能量,將其中的編碼信息利用電波傳播回去,其工作距離較 
大,一般最大可達3~5 米。微波(MW)頻段系統(tǒng)應用于需要較長的讀寫距離和高度寫速度的場合。 

國際標準ISO/IEC 18000 標準系列中推薦RFID 設(shè)備使用的頻率范圍包括135kHz 以下、13.56MHz、 
433.92MHz、860~960MHz、2.4GHz。對于HF 頻段的135kHz、13.56MHz 以及UHF 頻段的2.4GHz 的 
RFID 設(shè)備,由于頻段屬于國際通用的ISM 頻段,所以這些設(shè)備在世界上大部分國家和地區(qū)的應用頻 
段基本一致。而對于在零售、供應鏈管理等行業(yè)應用廣泛的UHF 頻段860~960MHz 的RFID 設(shè)備,由 
于這一頻段在世界各國的頻率規(guī)劃各不相同,所以目前應用于這一頻段的RFID 設(shè)備的應用頻率存在 
一定差異[2]。 

2.我國RFID 業(yè)務頻率使用狀況 

目前我國無線電管理部門已經(jīng)對RFID業(yè)務在HF頻段以及UHF 頻段的業(yè)務頻率做出了一定的規(guī)劃,允 
許部分頻段用作RFID 業(yè)務。由于RFID 使用的HF 以及UHF2.4GHz 頻段基本上是國際通用的ISM 頻段 
,所以目前在以上頻段我國的RFID 業(yè)務頻率的使用狀況基本上與國際上的頻率使用保持一致。 

而對于備受關(guān)注的UHF860~960MHz 頻段,由于各國在這一頻段的頻率規(guī)劃不同,使得各國及地區(qū)在 
這一頻段對RFID 業(yè)務頻率的規(guī)劃存在差異。在我國,根據(jù)我國的頻率劃分規(guī)定,860~960MHz 主要 
用作固定移動業(yè)務。目前我國860~960MHz 頻段的具體頻率使用狀況見表1。 

從這個頻段的頻率使用狀況可以看到,目前在860~960MHz 頻段內(nèi)沒有任何頻段可專門用作RFID 業(yè) 
務,只用采用某種方法與某個頻段的業(yè)務共用頻譜資源。移動通信和航空導航業(yè)務使用地域廣泛, 
而且業(yè)務重要性毋庸置疑,所以無法采取任何措施來實現(xiàn)其與RFID業(yè)務的共用。無中心對講業(yè)務由 
于是窄帶業(yè)務,其使用頻帶寬度只有2MHz,所以也無法共用。這樣看來,唯一可能的就是RFID 業(yè)務 
與立體聲廣播點對點傳輸業(yè)務共用頻段。所以,目前對于860~960MHz 頻段的RFID 業(yè)務在中國唯一 
可能的使用頻段就是917~925MHz。 

如果在917~925MHz 頻段內(nèi)開放RFID 業(yè)務,就需要考慮多個方面的干擾問題或兼容性問題,如RFID  
與同頻段的立體聲廣播點對點傳輸業(yè)務的干擾保護問題,RFID 業(yè)務與相鄰頻段的GSM 上下行業(yè)務的 
干擾保護問題,RFID 業(yè)務與無中心對講機業(yè)務的干擾保護問題等。因此必須通過相關(guān)的干擾技術(shù)試 
驗,得到RFID 業(yè)務與相關(guān)業(yè)務的干擾保護條件或兼容條件,才能確保業(yè)務能夠正確應用于917~925MHz 頻段。 

3.RFID 業(yè)務與STL 業(yè)務干擾研究 

3.1 STL 系統(tǒng)介紹 
STL(Stereo Transmission Link)系統(tǒng),是點對點立體聲廣播用于擴展覆蓋區(qū)域的一種傳輸系統(tǒng), 
主要用于廣播電臺播控中心與調(diào)頻廣播發(fā)射機房之間的節(jié)目傳送。我國劃分給點對點立體聲廣播傳 
輸業(yè)務的工作頻段為917~925MHz,傳送方式是無線直線視距傳播。 
典型的STL 系統(tǒng)框圖如圖1 所示。 

3.2 RFID 系統(tǒng)與STL 系統(tǒng)干擾試驗 
由于在UHF 頻段RFID 業(yè)務是與立體聲廣播點對點傳輸業(yè)務共用頻譜資源,因此二者之間的干擾對 
RFID 業(yè)務性能至關(guān)重要。設(shè)計如下的干擾試驗,對RFID 系統(tǒng)與STL 系統(tǒng)之間的干擾進行分析和研 
究。 

3.2.1 試驗設(shè)計 
由于受到場地等條件的限制,因此本文所涉及的試驗主要是指實驗室內(nèi)的傳導試驗。試驗所用被測 
設(shè)備為深圳先施科技有限公司的Sense-1864 讀寫器和美國TFT 公司的STL 立體聲廣播設(shè)備。測試系 
統(tǒng)方框圖如圖2 所示。 

按照上圖連接好設(shè)備,開啟STL 發(fā)射機并使其工作于924.25MHz,調(diào)節(jié)可變衰減器2,使EMI 接收機 
在合路器輸出端測得信號功率為-47dBm,記錄STL 設(shè)備正常工作時綜測儀的SINAD 值。開啟RFID 設(shè) 
備,使RFID 讀寫器工作在924.5MHz 和924.0MHz,不同的功率級別,分別記錄相應的綜測儀的SINAD  
值[4]。相應的測試結(jié)果見圖3 和圖4。 

3.2.2 試驗結(jié)論 
由上述試驗結(jié)果可以看出,在STL 立體聲廣播設(shè)備接收的有用信號為-47dBm的情況下,RFID 讀寫器 
干擾信號電平為-63dBm 左右時,會對STL 設(shè)備產(chǎn)生干擾,使STL 設(shè)備的SINAD值開始下降。也就是 
說當固定頻率工作的RFID 設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號落入STL 接收設(shè)備的200kHz 信道內(nèi)的功率達到- 
63dBm 左右時,RFID 設(shè)備會對STL 設(shè)備產(chǎn)生輕微干擾,當干擾信號達到-59dBm 左右時,RFID 設(shè)備 
會對STL 設(shè)備產(chǎn)生嚴重干擾。 

4.RFID 業(yè)務與無中心對講機業(yè)務干擾研究 

4.1 無中心對講機系統(tǒng)介紹 
無中心多信道選址移動通信系統(tǒng)是一種不采用交換控制中心的集中控制,而由各移動臺或固定臺分 
別設(shè)定無線通信鏈路的分散控制方式的自集群系統(tǒng)。其主要特點有:無中心組網(wǎng)、數(shù)字選呼自動接續(xù) 
多址用戶、多信道共用自動選取空閑頻率等。900 MHz 無中心系統(tǒng)的電臺可自動選擇使用915 MHz~ 
917 MHz 頻段內(nèi)的各個信道,各地無線電管理機構(gòu)在審批用戶申請設(shè)臺時,直接為用戶指配電臺呼 
號編碼,無需再指配頻率。與傳統(tǒng)的對講機相比,它增加了組呼、群呼等功能,一般情況下用作兩 
個以上的用戶同時進行語音通信。無中心對講系統(tǒng)目前在建筑工程、物業(yè)管理、物資流通等領(lǐng)域均 
有一定的應用,一般的無中心對講機的作用半徑為3 公里左右[3]。 

4.2 RFID 設(shè)備與無中心對講機干擾試驗 
考慮到可能應用于917~925MHz 頻率范圍內(nèi)的RFID 業(yè)務,在頻率范圍上與無中心對講機緊緊相鄰, 
而且這兩種業(yè)務在某些應用場合如碼頭、物流中心等地域應用領(lǐng)域相互重疊。所以有必要對RFID 業(yè) 
務與無中心對講機業(yè)務進行相關(guān)的技術(shù)試驗,得出RFID 業(yè)務與目前的無中心對講機的兼容條件。 

4.2.1 試驗設(shè)計 
試驗的方框圖如圖5 所示。 

按照上圖連接設(shè)備,調(diào)整無中心對講機1 和2,使其功率保持不變,開啟RFID 讀寫器,使其分別工 
作在固定頻率點和調(diào)頻模式,通過改變兩個無中心對講機之間的距離,使得通話質(zhì)量與RFID 讀寫器 
開啟之前保持一致,記錄無中心對講機之間的距離[4]。 

4.2.2 試驗結(jié)論 
通過上述試驗,可以看出RFID 設(shè)備的帶外發(fā)射對無中心對講機設(shè)備的正常通信有輕微的影響。在最 
壞情況下,當午中心對講機工作于固定的通信信道時,此時固定頻點工作的RFID 設(shè)備的帶外發(fā)射對 
其通信距離有一定影響。當RFID 設(shè)備的帶外發(fā)射在無中心對講機的通信頻率處的功率譜密度為- 
30dBm/100kHz 時,在距離RFID 設(shè)備3 米的保護距離的情況下,無中心對講機通信距離由原來的700  
米減小為400 米左右,還能夠基本滿足無中心對講機在一定范圍內(nèi)的使用。 

當無中心對講機工作于正常模式時,其信道檢測功能能夠充分發(fā)揮作用,能夠根據(jù)無中心對講機通 
信頻帶內(nèi)的每個信道的噪聲情況而靈活選擇信道。此時的RFID 設(shè)備無論是工作于固定頻率還是跳頻 
模式,在其帶外發(fā)射能夠滿足在無中心對講機通信頻率處的譜密度達到-30dBm/100kHz 時,在距離 
RFID 設(shè)備3 米的保護距離的情況下,無中心對講機的通信距離基本不受影響。 

5.RFID 業(yè)務與GSM 業(yè)務干擾研究 

917~925MHz 頻段與GSM 移動通信下行頻段只有5MHz 間隔,相對可能應用于這一頻段的RFID 業(yè)務 
的讀寫器發(fā)射功率而言,GSM 下行信號完全屬于弱小信號。而且由于GSM信號覆蓋區(qū)域廣闊,抑制不 
好的RFID 設(shè)備的帶外發(fā)射有可能會對相對較弱的GSM 下行信號造成干擾。所以我們有必要對RFID  
業(yè)務與GSM 業(yè)務進行干擾技術(shù)試驗,來研究RFID業(yè)務與GSM 業(yè)務的兼容條件。 

5.1 試驗設(shè)計 
試驗框圖如圖6 所示。 

在全電波暗室中進行該試驗,在非導電的轉(zhuǎn)臺上放置900MHz 頻段的GSM 手機,在距離手機3 米處架 
設(shè)RFID 讀寫器及天線,手機通過假設(shè)在暗室中的另外一個天線與連接在暗室外的基站模擬器進行通 
信。通過調(diào)整基站模擬器的輸出功率來控制手機放置點的GSM 網(wǎng)絡信號強度,在手機與基站模擬器 
之間建立通信鏈路。打開RFID 設(shè)備的發(fā)射功率,通過調(diào)整其發(fā)射功率的大小來控制其帶外發(fā)射落在 
GSM 通信信道內(nèi)的功率為不同的數(shù)值,此時觀察其對GSM 手機通信鏈路的影響[4]。 

5.2 試驗結(jié)論 
通過以上試驗,我們可以看到RFID 設(shè)備的帶外發(fā)射對于GSM 業(yè)務存在一定的干擾可能。當RFID 設(shè) 
備的帶外發(fā)射在GSM 下行鏈路頻段中的功率譜密度能夠小于-47dBm 時,基本能夠保證在距離RFID  
設(shè)備3 米的保護距離的情況下,一般網(wǎng)絡覆蓋條件下的GSM 手機基本上不受干擾。通常的UHF 頻段 
RFID 設(shè)備的作用距離為3~5 米,所以對于距離RFID設(shè)備3 米的保護距離的條件應該能夠完全滿足 
。所以,總得來說在滿足帶外發(fā)射在GSM 下行頻段的功率譜密度小于-47dBm 的情況下,RFID 設(shè)備 
對于GSM 設(shè)備基本不會產(chǎn)生干擾。 

6.總結(jié)
 
本文通過在實驗室內(nèi)對RFID 設(shè)備與點對點立體聲廣播設(shè)備、無中心對講機以及GSM設(shè)備的干擾試驗 
,對UHF 頻段的RFID 設(shè)備可能存在的干擾進行了研究,得出了與上述三種系統(tǒng)的兼容條件。即在相 
應的電平下,RFID 設(shè)備會對STL 設(shè)備產(chǎn)生干擾甚至嚴重干擾。當RFID 設(shè)備的帶外發(fā)射在無中心對 
講機的通信頻率處的功率譜密度為-30dBm/100kHz 時,在距離RFID 設(shè)備3 米的保護距離的情況下, 
RFID 設(shè)備不會對無中心對講機產(chǎn)生明顯干擾。在滿足帶外發(fā)射在GSM 下行頻段的功率譜密度小于- 
47dBm 的情況下,RFID 設(shè)備對于GSM設(shè)備基本不會產(chǎn)生干擾。 

參考文獻 
[1] 游戰(zhàn)清,劉克勝,張義強,吳谷.《無線射頻識別技術(shù)(RFID)規(guī)劃與實施》[M],北京:電子工業(yè)出版社,2005.9。 
[2] ISO/IEC 18000. Information technology — Radio frequency identification for item  management[S] 
[3] GB/T 15939-1995.《無中心多信道選址移動通信系統(tǒng)設(shè)備通用規(guī)范》[S] 
[4] ETSI EN 302 208-1. Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM);Radio Frequency Identification Equipment operating in the band 865 MHz to 868 MHz  with power levels up to 2W;Part 1:Technical requirements and methods of measurement[S]