UHF頻段無源RFID系統干擾分析與抑制策略

史東，潘德勝

（中國移動通信集團設計院有限公司安徽分公司，合肥 230041）

射頻識別(RFID)技術是一種利用射頻通信實現的非接觸式自動識別技術。RFID標簽具有體積小、容量大、壽命長、可重復使用等特點，可支持快速讀寫、非可視識別、移動識別、多目標識別、定位及長期跟蹤管理。超高頻無源RFID標簽(UHF Passive RFID Tag)是指工作頻率在860～960MHz之間的超高頻頻段內無外接電源供電的RFID標簽。這種超高頻無源RFID標簽由于其工作頻率高,可讀寫距離長，無需外部電源，制造成本低[1]。由于UHF RFID技術的優異特性，其應用領域包括物流管理、電子商務、軍事管理、后勤管理等眾多領域。目前我國在UHF 800/900MHz頻段的RFID標準已經確立[2]，在不久的將來UHF RFID技術有可能成為RFID領域的主流產品技術。

文獻[3]討論在RFID系統中讀寫器各性能指標確定的情況下討論標簽設計對讀出距離的影響，對于電子標簽的設計與研發提供思路。工業和信息化部規定我國UHF 800/900MHz頻段RFID技術具體使用頻段為840～845MHz和920～925MHz，基于該UHF頻段距離CDMA800(下行870～880MHz，上行825～835MHz)、GSM(上行885～915MHz，下行930～960MHz)等移動通信頻段距離較近，本文從移動通信系統對RFID UHF頻段的雜散干擾角度考慮，分析電磁環境干擾對于RFID電子標簽讀寫距離的影響，最后給出UHF RFID系統干擾抑制方法分析與部署建議。

1 UHF頻段無源RFID系統原理

對于UHF 800/900MHz頻段的RFID系統而言，采用電磁反向散射耦合的工作方式，利用電磁波反射完成從電子標簽到讀寫器的數據傳輸。

電磁反向散射RFID系統工作原理如圖1所示，系統工作可以分為兩個過程。

圖1 電磁反向散射RFID系統

（1）電子標簽接收讀寫器發射的信號，電子標簽通過接收已調制載波作為自己的能量來源，并對接收信號進行處理，從而接收讀寫器的指令和數據；

（2）電子標簽項讀寫器返回信號時，讀寫器向標簽發送未調制載波，載波能量一部分被標簽轉化為直流電壓，供給標簽工作；另一部分被標簽通過改變射頻前端電路的阻抗調制并反射載波向讀寫器傳送信息。

2 UHF頻段無源RFID系統干擾分析

2.1 RFID讀寫器接收靈敏度

取RFID系統帶內熱噪聲和讀寫器噪聲系數累加作為系統接收靈敏度。則RFID讀寫器接收系統靈敏度為：

式(1)中B為UHF 800/900MHz頻段RFID讀寫器工作帶寬B＝250kHz，噪聲系數典型值為nf＝5，則RFID讀寫器接收靈敏度Ps＝-115dBm。

2.2 UHF頻段RFID系統干擾分析

根據UHF頻段RFID系統工作原理可知，RFID系統的干擾源可以分為以下幾類：

（1）RFID讀寫器發送和接收同頻，其發送端發送的強載波信號會耦合到接收端，造成干擾；

（2）異系統對RFID讀寫器接收端的干擾；

（3）異系統對RFID電子標簽的干擾。

對于第一種干擾，考慮到干擾源的確定性，可以通過載波對消理論、雙工器、環形器等方法解決。

UHF 900MHz頻段與點對點立體聲廣播傳輸業務共頻段[2]，由于該業務的使用范圍局限且為點對點傳輸，RFID系統采用跳頻擴頻技術、合理的部署策略來規避或減弱該業務的干擾。

2.2.1 移動通信系統對RFID讀寫器的干擾

移動通信系統CDMA800(下行870～880MHz，上行825～835MHz)、GSM(上行885～915MHz，下行930～960MHz)等頻段距離800/900MHz RFID工作頻段較近，會對RFID系統產生雜散干擾。

GSM蜂窩雜散指標[4]如表1所示。

表1 GSM蜂窩發信機雜散指標

GSM終端雜散指標：在滿足表2的條件下，GSM終端雜散發射指標不高于-36dBm[4]。

表2 GSM終端雜散指標測試條件

CDMA800蜂窩發信機雜散指標如表3所示。

表3 CDMA蜂窩發信機雜散指標

CDMA800終端雜散指標：869～894MHz與1920～1980MHz頻段外，在移動臺天線連接口以30kHz分辨帶寬測量的雜散發射應低于-47dBm[5]。

考慮蜂窩基站發射天線增益15dBi，終端天線增益0dBi，距離基站10m以及距離終端1m時移動通信系統對UHF 800/900MHz頻段RFID系統雜散干擾如表4所示。

表4 RFID系統雜散干擾

由以上分析可知，移動通信系統對RFID系統造成雜散干擾的干擾源為移動通信終端設備。

2.2.2 移動通信系統對RFID電子標簽的干擾

UHF頻段無源RFID電子標簽的頻率選擇性能不理想，移動通信系統發射的電磁波也會被標簽感應并耦合至標簽芯片中，會與RFID工作頻率產生互調產物與諧振產物，并且由于移動通信系統發射的電磁波攜帶的信息具有隨機性并且編碼方式不相同等原因，降低了標簽芯片輸入端信噪比，增加RFID電子標簽解調誤碼率。

2.3 UHF頻段無源RFID標簽讀寫距離計算

RFID讀寫器對標簽的讀取距離遵循雷達方程。即：

式(2)中，Pr為讀寫器接收功率，讀寫器發射功率Pt為2W/100mW[2]，天線增益G取值4dBi，λ為波長，σ為雷達散射橫截面面積取5cm2，R為讀寫距離。

鑒于RFID系統受到UHF頻段移動通信系統的電磁雜散干擾。雜散干擾的主要現象表現為使被干擾系統的底噪抬升，導致其接收靈敏度下降。對于RFID系統則表現為出現傳輸數據或信令的CRC-16循環校驗出錯，以至于減少讀寫距離來保障正常通信。考慮到移動通信終端的普及性，UHF頻段RFID系統工作頻帶內受到雜散干擾值遠大于其讀寫器收靈敏度-115dBm，為保障通信要求Pr大于雜散干擾，取Pr>64dBm時，讀寫距離R近似取值5.5/2.6m(Pt為2W/100mW)。

（1）移動通信系統對RFID電子標簽的干擾會影響其有效讀寫距離；

（2）實際RFID電子標簽散射截面積會有所不同，讀寫距離也會有所差別；

（3）RFID電子標簽存在標簽天線與標簽芯片阻抗不匹配等設計水平局限性，導致實際讀寫距離小于理論計算值。

3 UHF頻段RFID系統干擾抑制策略

移動通信系統對UHF 800/900MHz頻段RFID系統的干擾影響其讀寫器對電子標簽的讀寫距離，而讀寫距離會影響或限制UHF頻段RFID技術的應用范圍。下面給出如何提高UHF頻段無源RFID系統的抗干擾能力的抑制策略。

在限定發射功率的前提下，對于RFID讀寫器而言，可以采用跳頻、擴頻等技術提高其抗干擾能力；從RFID電子標簽設計角度考慮提高UHF頻段電子標簽的頻率選擇性能、阻抗匹配性能、封裝方式等都可以有效提高標簽抗干擾能力。

在現階段UHF 800/900MHz頻段無源RFID技術前提下，可以通過以下部署策略規避或減少干擾產生的影響。

（1）在部署、使用RFID讀寫系統時需遠離GSM、CDMA800宏蜂窩、微蜂窩以及直放站，盡量確保RFID讀寫器天線、標簽天線與移動通信系統天線之間有一定距離，且避免正對；

（2）在部署RFID讀寫系統時需遠離點對點立體聲廣播傳輸業務系統；

（3）在RFID讀寫系統工作時，如果讀寫距離不能滿足要求，應將GSM、CDMA800等通信系統終端利用金屬物進行屏蔽或者遠離RFID讀寫系統。

4 總結

本文首先介紹U HF頻段RFID系統工作原理，在此基礎上分析了RFID系統可能存在的干擾源以及干擾源對RFID讀寫距離的影響，最后給出了RFID系統的干擾抑制策略與部署策略，在現階段該頻段RFID技術的應用提供參考。UHF頻段RFID技術將成為RFID領域的主流技術，研究該頻段RFID技術的干擾抑制策略以及提高RFID讀寫系統的性能，能夠不斷擴大該頻段RFID技術的應用領域，對于推動其應用的普及具有重要意義。

[1] Mun L N, Kin S L, Peter H C. Analysis of const raints in small UHF RFID tag design [J]. 2005 IEEE International Symposium on Microwave,Antenna, Propaga-tion and EMC Technologies for Wireless Communications Proceedings, USA, 2005 ,1, P507 – 510.

[2] 信部無[2007]205號,800/900MHz頻段射頻識別(RFID)技術應用規定(試行)[S], 2007.

[3] Yin S F, Xiong L Z, Analysis of factors in influencing read range of UHF passive RFID tag[J], Modern Electronic Technicqe, 2008,1, P38 -40.

[4] 3GPP TS 45.005, 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network; Radio Transmission and Reception (Release 8)[S].

[5] YDC 015-203, Technical Specification of Mobile Station(MS) for 800MHz cdma 1x Digital Cellular Mobile Telecommunication Network[S].