射频技术的应用与发展

1.射频识别的概念

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID），常称为感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条形码等。其原理为由扫描器发射一特定频率之无线电波能量给接收器，用以驱动接收器电路将内部的代码送出，此时扫描器便接收此代码。接收器的特殊在于免用电池、免接触、免刷卡，故不怕脏污，且晶片密码为世界唯一，无法复制，安全性高，寿命长。射频识别的应用非常广泛，目前典型应用有动物晶片、汽车晶片防盗器、门禁管制、停车场管制、生产线自动化、物料管理。射频识别标签有两种：有源标签和无源标签。

2.射频识别系统的组成

自2004年起，全球范围内掀起了一场无线射频识别技术的热潮，包括沃尔玛、宝洁、波音公司在内的商业巨头无不积极推动射频识别在制造、物流、零售、交通等行业的应用。射频识别技术及其应用正处于迅速上升的时期，被业界公认为21世纪最具潜力的技术之一，它的发展和应用推广是自动识别行业的一场技术革命。射频识别技术在交通物流行业的应用更是为通信技术提供了一个崭新的舞台，将成为未来电信业有潜力的利润增长点之一。

射频识别系统在具体的应用过程中，根据不同的应用目的和应用环境，系统的组成会有不同，但从射频识别系统的工作原理来看，系统一般由信号发射机、信号接收机和天线等部分组成。

1）信号发射机

在射频识别系统中，信号发射机为了不同的应用目的，会以不同的形式存在，典型的形式为标签（Tag）。它是由耦合元件及芯片组成的，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。

2）信号接收机

在射频识别系统中，信号接收机一般叫作阅读器（Reader）。根据支持标签类型的不同与完成功能的不同，阅读器的复杂程度是显著不同的。阅读器读取（有时还可以写入）标签信息，可设计为手持式或固定式。

3）天线

天线（Antenna）是标签与阅读器之间传输数据的发射和接收装置。天线在标签和阅读器间传递射频信号。在实际应用中，除了系统功能率，天线的形状和相对位置也会影响数据的发射和接收，需要专业人员进行设计、安装。通信设施为不同的射频识别系统提供安全通信连接，是射频识别系统的重要组成部分。

通信设施包括有线或无线网络和阅读器或控制器与计算机连接的串行通信接口。无线网络可以是个域网（PAN）（如蓝牙技术）、局域网（如802.11x、WiFi），也可以是广域网（如GPRS、3G技术）或卫星通信网络（如同步轨道卫星L波段的射频识别系统）。

3.数据通信

1）现代数据通信历史

电信（Telecommunication）是从19世纪30年代开始的。1831年，法拉第发现电磁感应现象；1837年，莫尔斯发明电报；1873年，马克斯韦尔提出电磁场理论；1876年，贝尔发明电话；1895年，马可尼发明无线电，开辟了电信的新纪元；1906年，发明电子管，从而模拟通信得到发展；1928年，提出奈奎斯特准则和取样定理；1948年，提出山农定理；20世纪50年代，发明半导体，从而数字通信得到发展；20世纪60年代，发明集成电路；20世纪40年代，提出静止卫星概念，但无法实现；20世纪50年代，提出航天技术；1963年，第一次实现同步卫星通信；20世纪60年代，发明激光，企图用于通信，未成功；20世纪70年代，发明光导纤维，光纤通信得到发展。

2）现代通信系统的分类

（1）按信息类型，分为电话通信系统、数据通信系统和有线电视系统。

（2）按调制方式，分为基带传输和调制传输。

（3）按传输信号特征，分为模拟通信系统和数字通信系统。

3）通信系统的传输手段

（1）电缆通信。

电缆包括双绞线和同轴电缆等，用于市话和长途通信。调制方式为SSB/FDM。

（2）微波中继通信。

微波中继通信投资小，周期短。模拟电话微波通信主要采用SSB/FM/FDM调制技术，通信容量为6000路/频道。数字微波采用BPSK、QPSK及QAM调制技术。采用64QAM、256QAM等多电平调制技术提高微波通信容量，可在40M频道内传送1920～7680路PCM数字电话。

（3）光纤通信。

光纤通信是利用激光在光纤中长距离传输的特性进行的，具有通信容量大、通信距离长及抗干扰性强的特点，目前用于本地、长途、干线传输，并逐渐发展用户光纤通信网。目前基于长波激光器和单模光纤，每路光纤通话路数超过万门，光纤本身的通信潜力巨大。几十年来，光纤通信技术发展迅速，并有各种设备应用，如接入设备、光电转换设备、传输设备、交换设备、网络设备等。光纤通信设备由光电转换单元和数字信号处理单元两部分组成。(www.xing528.com)

（4）卫星通信。

卫星通信的优点是通信距离长、传输容量大、覆盖面积大、不受地域限制及高可靠性。目前，成熟技术使用模拟调制、频分多路及频分多址。数字卫星通信采用数字调制、时分多路和时分多址。

（5）移动通信。

移动通信（Mobile Communication）是移动体之间的通信，或移动体与固定体之间的通信。移动体可以是人，也可以是汽车、火车、轮船和收音机等处于移动状态的物体。

4.射频识别系统的特点

射频卡的几个主要模块集成到一块芯片中，完成与阅读器的通信。芯片上有内存的部分用来储存识别号码或其他数据，内存容量从几位到几十千位。芯片外围仅需要连接天线。卡封装可以有不同的形式，如常见的信用卡的形式及小圆片的形式等。和条形码、磁卡、IC卡等同期或早期的识别卡相比，射频卡具有非接触、工作距离长、适于恶劣环境、可识别运动目标等优点，完成识别工作时无须人工干预，适于实现自动化且不易损坏，可识别高速运动物体并可同时识别多个，操作快捷方便。射频卡可在有油脂、灰尘污染等的环境中使用，短距离的射频卡可以在这样的环境中替代条形码，长距离的射频卡多用于交通领域，识别距离可达到几十米。

5.射频识别系统的分类

根据射频识别系统完成功能的不同，可以粗略地把射频识别系统分为4种类型：EAS系统、便携式数据采集系统、物流控制系统和定位系统。

1）EAS系统

EAS是Electronic Article Surveillance的简称，即电子商品防窃（盗），是目前大型零售行业广泛采用的商品安全措施之一。

（1）EAS系统的组成。

EAS系统主要由3部分组成：检测器（Sensor）、解码器（Deactivator）和电子标签（Electronic Label and Tag）。电子标签分为软标签和硬标签。软标签成本较低，直接黏附在较“硬”的商品上，软标签不可重复使用；硬标签一次性成本较软标签高，但可以重复使用。硬标签需配备专门的取钉器，多用于服装类柔软的、易穿透的商品。解码器多为非接触式设备，有一定的解码高度，当收银员收银或装袋时，电子标签无须接触消磁区域即可解码。也有将解码器和激光条形码扫描仪合成到一起的设备，可将商品收款和解码一次性完成，方便收银员的工作，此种方式需和激光条形码供应商配合，排除二者间的相互干扰，提高解码灵敏度。未经解码的商品被带离商场时，在经过检测器装置（多为门状）时会触发报警，从而提醒收银人员、顾客和商场保安人员及时处理。

（2）EAS系统的作用。

①防止失窃。EAS系统改变以往“人盯人”“人看货”的方式，它以高科技手段赋予商品一种自卫能力，使安全措施落实到每一件商品上，彻底有效地解决商品失窃问题。调查显示，安装有EAS系统的商家失窃率比没有安装EAS系统的商家低60%～70%。

②简化管理。EAS系统能有效地遏止“内盗”现象，缓和员工和管理者的矛盾，排除员工的心理障碍，使员工全身心投入到工作中去，从而提高工作效率。

③改善购物气氛。以往“人盯人”的方式令很多消费者反感，商家也可能因此门庭冷清。EAS系统能给消费者创造良好轻松的购物环境，让其自由地、无拘无束地选购商品，大大改善了商家和消费者之间的关系，为商家赢得更多的顾客，最终增加销售额，增加利润。

④威慑作用。EAS系统以强硬而礼貌的方式阻止顾客“顺手牵羊”的行为，避免人为因素造成的纠纷，在尊重人权的同时也维护了商家的利益。对偷盗者来说，EAS系统在心理上给其造成巨大的威慑。

⑤美化环境。EAS系统本身是一种高科技的产品，它美观的外型、精良的制作工艺能与现代化的装潢融为一体，达到“锦上添花”的效果，在保护商品的同时也美化了商场的环境，是高档次商场、大中型超市显示经济实力与科技含量的标志性设备，是现代化商场发展的必然趋势。

2）便携式数据采集系统

便携式数据采集系统是使用带有手持式阅读器射频识别标签上的数据。这种系统具有比较大的灵活性，适用于不宜安装固定式射频识别系统的应用环境。手持式阅读器可以在读取数据的同时，以无线电波数据传输方式实时地向主机系统传输数据，也可以暂将数据存储在阅读器中，成批地向主机系统传输数据。

3）物流控制系统

在物流控制系统中，阅读器分散布置在给定的区域，并且阅读器直接与数据管理信息系统相连，信号发射机是移动的，一般安装在移动的物体上面。当物体和人经过阅读器时，阅读器会自动扫描标签上的信息并把数据信息输入数据管理信息系统进行存储、分析和处理，达到物流控制的目的。

4）定位系统

定位系统用于自动化加工系统中的定位及对车辆、轮船等进行运行定位支持。阅读器放置在移动的车辆、轮船或者自动化流水线中移动的物料、半成品和成品上，信号发射机嵌入操作环境的地表下面。信号发射机上存储有位置识别信息，阅读器一般通过无线或者有线方式连接到主信息管理系统。