UHF 频段RFID 系统干扰研究
作者:北京邮电大学电信工程学院 李江锋
来源:RFID世界网
日期:2007-12-14 11:50:07
摘要:本文通过对我国UHF 频段频率分配的分析,得出该频段RFID 设备可用的工作频段,并通过UHF 频段RFID 设备与同频段的点对点立体声广播设备,相邻频段的无中心对讲机和GSM 系统的干扰试验,得出UHF 频段RFID 设备与上述三种系统的兼容条件。
1.引言
RFID(Radio Frequency Identification)即射频识别是一种非接触式的自动识别技术,通过射频
信号自动识别目标对象并获得相关数据,识别工作无需人工干预,并可工作于各种恶劣环境[1]。
近年来RFID 成为先进技术领域的热门话题,世界范围内很多行业部门对RFID 技术非常重视,尤其
是零售业、物流业、供应链管理、交通运输对于UHF 频段的RFID 技术更是推崇备至。
RFID 系统基本由标签、读写器和天线三部分组成。按照工作频率的不同,RFID 系统分为低频(LF
)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波频段(MW)。低频(LF)系统使用频率一般为125~134kHz,
主要用于短距离、低成本应用中。高频(HF)系统工作频率一般用于门禁控制和需传送大量数据的
应用系统。超高频(UHF)RFID 系统一般工作频率为860~960MHz,设备采用反向散射的方式工作,
标签利用接收到的由读写器发出的射频能量,将其中的编码信息利用电波传播回去,其工作距离较
大,一般最大可达3~5 米。微波(MW)频段系统应用于需要较长的读写距离和高度写速度的场合。
国际标准ISO/IEC 18000 标准系列中推荐RFID 设备使用的频率范围包括135kHz 以下、13.56MHz、
433.92MHz、860~960MHz、2.4GHz。对于HF 频段的135kHz、13.56MHz 以及UHF 频段的2.4GHz 的
RFID 设备,由于频段属于国际通用的ISM 频段,所以这些设备在世界上大部分国家和地区的应用频
段基本一致。而对于在零售、供应链管理等行业应用广泛的UHF 频段860~960MHz 的RFID 设备,由
于这一频段在世界各国的频率规划各不相同,所以目前应用于这一频段的RFID 设备的应用频率存在
一定差异[2]。
2.我国RFID 业务频率使用状况
目前我国无线电管理部门已经对RFID业务在HF频段以及UHF 频段的业务频率做出了一定的规划,允
许部分频段用作RFID 业务。由于RFID 使用的HF 以及UHF2.4GHz 频段基本上是国际通用的ISM 频段
,所以目前在以上频段我国的RFID 业务频率的使用状况基本上与国际上的频率使用保持一致。
而对于备受关注的UHF860~960MHz 频段,由于各国在这一频段的频率规划不同,使得各国及地区在
这一频段对RFID 业务频率的规划存在差异。在我国,根据我国的频率划分规定,860~960MHz 主要
用作固定移动业务。目前我国860~960MHz 频段的具体频率使用状况见表1。
从这个频段的频率使用状况可以看到,目前在860~960MHz 频段内没有任何频段可专门用作RFID 业
务,只用采用某种方法与某个频段的业务共用频谱资源。移动通信和航空导航业务使用地域广泛,
而且业务重要性毋庸置疑,所以无法采取任何措施来实现其与RFID业务的共用。无中心对讲业务由
于是窄带业务,其使用频带宽度只有2MHz,所以也无法共用。这样看来,唯一可能的就是RFID 业务
与立体声广播点对点传输业务共用频段。所以,目前对于860~960MHz 频段的RFID 业务在中国唯一
可能的使用频段就是917~925MHz。
如果在917~925MHz 频段内开放RFID 业务,就需要考虑多个方面的干扰问题或兼容性问题,如RFID
与同频段的立体声广播点对点传输业务的干扰保护问题,RFID 业务与相邻频段的GSM 上下行业务的
干扰保护问题,RFID 业务与无中心对讲机业务的干扰保护问题等。因此必须通过相关的干扰技术试
验,得到RFID 业务与相关业务的干扰保护条件或兼容条件,才能确保业务能够正确应用于917~925MHz 频段。
3.RFID 业务与STL 业务干扰研究
3.1 STL 系统介绍
STL(Stereo Transmission Link)系统,是点对点立体声广播用于扩展覆盖区域的一种传输系统,
主要用于广播电台播控中心与调频广播发射机房之间的节目传送。我国划分给点对点立体声广播传
输业务的工作频段为917~925MHz,传送方式是无线直线视距传播。
典型的STL 系统框图如图1 所示。
3.2 RFID 系统与STL 系统干扰试验
由于在UHF 频段RFID 业务是与立体声广播点对点传输业务共用频谱资源,因此二者之间的干扰对
RFID 业务性能至关重要。设计如下的干扰试验,对RFID 系统与STL 系统之间的干扰进行分析和研
究。
3.2.1 试验设计
由于受到场地等条件的限制,因此本文所涉及的试验主要是指实验室内的传导试验。试验所用被测
设备为深圳先施科技有限公司的Sense-1864 读写器和美国TFT 公司的STL 立体声广播设备。测试系
统方框图如图2 所示。
按照上图连接好设备,开启STL 发射机并使其工作于924.25MHz,调节可变衰减器2,使EMI 接收机
在合路器输出端测得信号功率为-47dBm,记录STL 设备正常工作时综测仪的SINAD 值。开启RFID 设
备,使RFID 读写器工作在924.5MHz 和924.0MHz,不同的功率级别,分别记录相应的综测仪的SINAD
值[4]。相应的测试结果见图3 和图4。
3.2.2 试验结论
由上述试验结果可以看出,在STL 立体声广播设备接收的有用信号为-47dBm的情况下,RFID 读写器
干扰信号电平为-63dBm 左右时,会对STL 设备产生干扰,使STL 设备的SINAD值开始下降。也就是
说当固定频率工作的RFID 设备产生的干扰信号落入STL 接收设备的200kHz 信道内的功率达到-
63dBm 左右时,RFID 设备会对STL 设备产生轻微干扰,当干扰信号达到-59dBm 左右时,RFID 设备
会对STL 设备产生严重干扰。
4.RFID 业务与无中心对讲机业务干扰研究
4.1 无中心对讲机系统介绍
无中心多信道选址移动通信系统是一种不采用交换控制中心的集中控制,而由各移动台或固定台分
别设定无线通信链路的分散控制方式的自集群系统。其主要特点有:无中心组网、数字选呼自动接续
多址用户、多信道共用自动选取空闲频率等。900 MHz 无中心系统的电台可自动选择使用915 MHz~
917 MHz 频段内的各个信道,各地无线电管理机构在审批用户申请设台时,直接为用户指配电台呼
号编码,无需再指配频率。与传统的对讲机相比,它增加了组呼、群呼等功能,一般情况下用作两
个以上的用户同时进行语音通信。无中心对讲系统目前在建筑工程、物业管理、物资流通等领域均
有一定的应用,一般的无中心对讲机的作用半径为3 公里左右[3]。
4.2 RFID 设备与无中心对讲机干扰试验
考虑到可能应用于917~925MHz 频率范围内的RFID 业务,在频率范围上与无中心对讲机紧紧相邻,
而且这两种业务在某些应用场合如码头、物流中心等地域应用领域相互重叠。所以有必要对RFID 业
务与无中心对讲机业务进行相关的技术试验,得出RFID 业务与目前的无中心对讲机的兼容条件。
4.2.1 试验设计
试验的方框图如图5 所示。
按照上图连接设备,调整无中心对讲机1 和2,使其功率保持不变,开启RFID 读写器,使其分别工
作在固定频率点和调频模式,通过改变两个无中心对讲机之间的距离,使得通话质量与RFID 读写器
开启之前保持一致,记录无中心对讲机之间的距离[4]。
4.2.2 试验结论
通过上述试验,可以看出RFID 设备的带外发射对无中心对讲机设备的正常通信有轻微的影响。在最
坏情况下,当午中心对讲机工作于固定的通信信道时,此时固定频点工作的RFID 设备的带外发射对
其通信距离有一定影响。当RFID 设备的带外发射在无中心对讲机的通信频率处的功率谱密度为-
30dBm/100kHz 时,在距离RFID 设备3 米的保护距离的情况下,无中心对讲机通信距离由原来的700
米减小为400 米左右,还能够基本满足无中心对讲机在一定范围内的使用。
当无中心对讲机工作于正常模式时,其信道检测功能能够充分发挥作用,能够根据无中心对讲机通
信频带内的每个信道的噪声情况而灵活选择信道。此时的RFID 设备无论是工作于固定频率还是跳频
模式,在其带外发射能够满足在无中心对讲机通信频率处的谱密度达到-30dBm/100kHz 时,在距离
RFID 设备3 米的保护距离的情况下,无中心对讲机的通信距离基本不受影响。
5.RFID 业务与GSM 业务干扰研究
917~925MHz 频段与GSM 移动通信下行频段只有5MHz 间隔,相对可能应用于这一频段的RFID 业务
的读写器发射功率而言,GSM 下行信号完全属于弱小信号。而且由于GSM信号覆盖区域广阔,抑制不
好的RFID 设备的带外发射有可能会对相对较弱的GSM 下行信号造成干扰。所以我们有必要对RFID
业务与GSM 业务进行干扰技术试验,来研究RFID业务与GSM 业务的兼容条件。
5.1 试验设计
试验框图如图6 所示。
在全电波暗室中进行该试验,在非导电的转台上放置900MHz 频段的GSM 手机,在距离手机3 米处架
设RFID 读写器及天线,手机通过假设在暗室中的另外一个天线与连接在暗室外的基站模拟器进行通
信。通过调整基站模拟器的输出功率来控制手机放置点的GSM 网络信号强度,在手机与基站模拟器
之间建立通信链路。打开RFID 设备的发射功率,通过调整其发射功率的大小来控制其带外发射落在
GSM 通信信道内的功率为不同的数值,此时观察其对GSM 手机通信链路的影响[4]。
5.2 试验结论
通过以上试验,我们可以看到RFID 设备的带外发射对于GSM 业务存在一定的干扰可能。当RFID 设
备的带外发射在GSM 下行链路频段中的功率谱密度能够小于-47dBm 时,基本能够保证在距离RFID
设备3 米的保护距离的情况下,一般网络覆盖条件下的GSM 手机基本上不受干扰。通常的UHF 频段
RFID 设备的作用距离为3~5 米,所以对于距离RFID设备3 米的保护距离的条件应该能够完全满足
。所以,总得来说在满足带外发射在GSM 下行频段的功率谱密度小于-47dBm 的情况下,RFID 设备
对于GSM 设备基本不会产生干扰。
6.总结
本文通过在实验室内对RFID 设备与点对点立体声广播设备、无中心对讲机以及GSM设备的干扰试验
,对UHF 频段的RFID 设备可能存在的干扰进行了研究,得出了与上述三种系统的兼容条件。即在相
应的电平下,RFID 设备会对STL 设备产生干扰甚至严重干扰。当RFID 设备的带外发射在无中心对
讲机的通信频率处的功率谱密度为-30dBm/100kHz 时,在距离RFID 设备3 米的保护距离的情况下,
RFID 设备不会对无中心对讲机产生明显干扰。在满足带外发射在GSM 下行频段的功率谱密度小于-
47dBm 的情况下,RFID 设备对于GSM设备基本不会产生干扰。
参考文献
[1] 游战清,刘克胜,张义强,吴谷.《无线射频识别技术(RFID)规划与实施》[M],北京:电子工业出版社,2005.9。
[2] ISO/IEC 18000. Information technology — Radio frequency identification for item management[S]
[3] GB/T 15939-1995.《无中心多信道选址移动通信系统设备通用规范》[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]
RFID(Radio Frequency Identification)即射频识别是一种非接触式的自动识别技术,通过射频
信号自动识别目标对象并获得相关数据,识别工作无需人工干预,并可工作于各种恶劣环境[1]。
近年来RFID 成为先进技术领域的热门话题,世界范围内很多行业部门对RFID 技术非常重视,尤其
是零售业、物流业、供应链管理、交通运输对于UHF 频段的RFID 技术更是推崇备至。
RFID 系统基本由标签、读写器和天线三部分组成。按照工作频率的不同,RFID 系统分为低频(LF
)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波频段(MW)。低频(LF)系统使用频率一般为125~134kHz,
主要用于短距离、低成本应用中。高频(HF)系统工作频率一般用于门禁控制和需传送大量数据的
应用系统。超高频(UHF)RFID 系统一般工作频率为860~960MHz,设备采用反向散射的方式工作,
标签利用接收到的由读写器发出的射频能量,将其中的编码信息利用电波传播回去,其工作距离较
大,一般最大可达3~5 米。微波(MW)频段系统应用于需要较长的读写距离和高度写速度的场合。
国际标准ISO/IEC 18000 标准系列中推荐RFID 设备使用的频率范围包括135kHz 以下、13.56MHz、
433.92MHz、860~960MHz、2.4GHz。对于HF 频段的135kHz、13.56MHz 以及UHF 频段的2.4GHz 的
RFID 设备,由于频段属于国际通用的ISM 频段,所以这些设备在世界上大部分国家和地区的应用频
段基本一致。而对于在零售、供应链管理等行业应用广泛的UHF 频段860~960MHz 的RFID 设备,由
于这一频段在世界各国的频率规划各不相同,所以目前应用于这一频段的RFID 设备的应用频率存在
一定差异[2]。
2.我国RFID 业务频率使用状况
目前我国无线电管理部门已经对RFID业务在HF频段以及UHF 频段的业务频率做出了一定的规划,允
许部分频段用作RFID 业务。由于RFID 使用的HF 以及UHF2.4GHz 频段基本上是国际通用的ISM 频段
,所以目前在以上频段我国的RFID 业务频率的使用状况基本上与国际上的频率使用保持一致。
而对于备受关注的UHF860~960MHz 频段,由于各国在这一频段的频率规划不同,使得各国及地区在
这一频段对RFID 业务频率的规划存在差异。在我国,根据我国的频率划分规定,860~960MHz 主要
用作固定移动业务。目前我国860~960MHz 频段的具体频率使用状况见表1。
从这个频段的频率使用状况可以看到,目前在860~960MHz 频段内没有任何频段可专门用作RFID 业
务,只用采用某种方法与某个频段的业务共用频谱资源。移动通信和航空导航业务使用地域广泛,
而且业务重要性毋庸置疑,所以无法采取任何措施来实现其与RFID业务的共用。无中心对讲业务由
于是窄带业务,其使用频带宽度只有2MHz,所以也无法共用。这样看来,唯一可能的就是RFID 业务
与立体声广播点对点传输业务共用频段。所以,目前对于860~960MHz 频段的RFID 业务在中国唯一
可能的使用频段就是917~925MHz。
如果在917~925MHz 频段内开放RFID 业务,就需要考虑多个方面的干扰问题或兼容性问题,如RFID
与同频段的立体声广播点对点传输业务的干扰保护问题,RFID 业务与相邻频段的GSM 上下行业务的
干扰保护问题,RFID 业务与无中心对讲机业务的干扰保护问题等。因此必须通过相关的干扰技术试
验,得到RFID 业务与相关业务的干扰保护条件或兼容条件,才能确保业务能够正确应用于917~925MHz 频段。
3.RFID 业务与STL 业务干扰研究
3.1 STL 系统介绍
STL(Stereo Transmission Link)系统,是点对点立体声广播用于扩展覆盖区域的一种传输系统,
主要用于广播电台播控中心与调频广播发射机房之间的节目传送。我国划分给点对点立体声广播传
输业务的工作频段为917~925MHz,传送方式是无线直线视距传播。
典型的STL 系统框图如图1 所示。
3.2 RFID 系统与STL 系统干扰试验
由于在UHF 频段RFID 业务是与立体声广播点对点传输业务共用频谱资源,因此二者之间的干扰对
RFID 业务性能至关重要。设计如下的干扰试验,对RFID 系统与STL 系统之间的干扰进行分析和研
究。
3.2.1 试验设计
由于受到场地等条件的限制,因此本文所涉及的试验主要是指实验室内的传导试验。试验所用被测
设备为深圳先施科技有限公司的Sense-1864 读写器和美国TFT 公司的STL 立体声广播设备。测试系
统方框图如图2 所示。
按照上图连接好设备,开启STL 发射机并使其工作于924.25MHz,调节可变衰减器2,使EMI 接收机
在合路器输出端测得信号功率为-47dBm,记录STL 设备正常工作时综测仪的SINAD 值。开启RFID 设
备,使RFID 读写器工作在924.5MHz 和924.0MHz,不同的功率级别,分别记录相应的综测仪的SINAD
值[4]。相应的测试结果见图3 和图4。
3.2.2 试验结论
由上述试验结果可以看出,在STL 立体声广播设备接收的有用信号为-47dBm的情况下,RFID 读写器
干扰信号电平为-63dBm 左右时,会对STL 设备产生干扰,使STL 设备的SINAD值开始下降。也就是
说当固定频率工作的RFID 设备产生的干扰信号落入STL 接收设备的200kHz 信道内的功率达到-
63dBm 左右时,RFID 设备会对STL 设备产生轻微干扰,当干扰信号达到-59dBm 左右时,RFID 设备
会对STL 设备产生严重干扰。
4.RFID 业务与无中心对讲机业务干扰研究
4.1 无中心对讲机系统介绍
无中心多信道选址移动通信系统是一种不采用交换控制中心的集中控制,而由各移动台或固定台分
别设定无线通信链路的分散控制方式的自集群系统。其主要特点有:无中心组网、数字选呼自动接续
多址用户、多信道共用自动选取空闲频率等。900 MHz 无中心系统的电台可自动选择使用915 MHz~
917 MHz 频段内的各个信道,各地无线电管理机构在审批用户申请设台时,直接为用户指配电台呼
号编码,无需再指配频率。与传统的对讲机相比,它增加了组呼、群呼等功能,一般情况下用作两
个以上的用户同时进行语音通信。无中心对讲系统目前在建筑工程、物业管理、物资流通等领域均
有一定的应用,一般的无中心对讲机的作用半径为3 公里左右[3]。
4.2 RFID 设备与无中心对讲机干扰试验
考虑到可能应用于917~925MHz 频率范围内的RFID 业务,在频率范围上与无中心对讲机紧紧相邻,
而且这两种业务在某些应用场合如码头、物流中心等地域应用领域相互重叠。所以有必要对RFID 业
务与无中心对讲机业务进行相关的技术试验,得出RFID 业务与目前的无中心对讲机的兼容条件。
4.2.1 试验设计
试验的方框图如图5 所示。
按照上图连接设备,调整无中心对讲机1 和2,使其功率保持不变,开启RFID 读写器,使其分别工
作在固定频率点和调频模式,通过改变两个无中心对讲机之间的距离,使得通话质量与RFID 读写器
开启之前保持一致,记录无中心对讲机之间的距离[4]。
4.2.2 试验结论
通过上述试验,可以看出RFID 设备的带外发射对无中心对讲机设备的正常通信有轻微的影响。在最
坏情况下,当午中心对讲机工作于固定的通信信道时,此时固定频点工作的RFID 设备的带外发射对
其通信距离有一定影响。当RFID 设备的带外发射在无中心对讲机的通信频率处的功率谱密度为-
30dBm/100kHz 时,在距离RFID 设备3 米的保护距离的情况下,无中心对讲机通信距离由原来的700
米减小为400 米左右,还能够基本满足无中心对讲机在一定范围内的使用。
当无中心对讲机工作于正常模式时,其信道检测功能能够充分发挥作用,能够根据无中心对讲机通
信频带内的每个信道的噪声情况而灵活选择信道。此时的RFID 设备无论是工作于固定频率还是跳频
模式,在其带外发射能够满足在无中心对讲机通信频率处的谱密度达到-30dBm/100kHz 时,在距离
RFID 设备3 米的保护距离的情况下,无中心对讲机的通信距离基本不受影响。
5.RFID 业务与GSM 业务干扰研究
917~925MHz 频段与GSM 移动通信下行频段只有5MHz 间隔,相对可能应用于这一频段的RFID 业务
的读写器发射功率而言,GSM 下行信号完全属于弱小信号。而且由于GSM信号覆盖区域广阔,抑制不
好的RFID 设备的带外发射有可能会对相对较弱的GSM 下行信号造成干扰。所以我们有必要对RFID
业务与GSM 业务进行干扰技术试验,来研究RFID业务与GSM 业务的兼容条件。
5.1 试验设计
试验框图如图6 所示。
在全电波暗室中进行该试验,在非导电的转台上放置900MHz 频段的GSM 手机,在距离手机3 米处架
设RFID 读写器及天线,手机通过假设在暗室中的另外一个天线与连接在暗室外的基站模拟器进行通
信。通过调整基站模拟器的输出功率来控制手机放置点的GSM 网络信号强度,在手机与基站模拟器
之间建立通信链路。打开RFID 设备的发射功率,通过调整其发射功率的大小来控制其带外发射落在
GSM 通信信道内的功率为不同的数值,此时观察其对GSM 手机通信链路的影响[4]。
5.2 试验结论
通过以上试验,我们可以看到RFID 设备的带外发射对于GSM 业务存在一定的干扰可能。当RFID 设
备的带外发射在GSM 下行链路频段中的功率谱密度能够小于-47dBm 时,基本能够保证在距离RFID
设备3 米的保护距离的情况下,一般网络覆盖条件下的GSM 手机基本上不受干扰。通常的UHF 频段
RFID 设备的作用距离为3~5 米,所以对于距离RFID设备3 米的保护距离的条件应该能够完全满足
。所以,总得来说在满足带外发射在GSM 下行频段的功率谱密度小于-47dBm 的情况下,RFID 设备
对于GSM 设备基本不会产生干扰。
6.总结
本文通过在实验室内对RFID 设备与点对点立体声广播设备、无中心对讲机以及GSM设备的干扰试验
,对UHF 频段的RFID 设备可能存在的干扰进行了研究,得出了与上述三种系统的兼容条件。即在相
应的电平下,RFID 设备会对STL 设备产生干扰甚至严重干扰。当RFID 设备的带外发射在无中心对
讲机的通信频率处的功率谱密度为-30dBm/100kHz 时,在距离RFID 设备3 米的保护距离的情况下,
RFID 设备不会对无中心对讲机产生明显干扰。在满足带外发射在GSM 下行频段的功率谱密度小于-
47dBm 的情况下,RFID 设备对于GSM设备基本不会产生干扰。
参考文献
[1] 游战清,刘克胜,张义强,吴谷.《无线射频识别技术(RFID)规划与实施》[M],北京:电子工业出版社,2005.9。
[2] ISO/IEC 18000. Information technology — Radio frequency identification for item management[S]
[3] GB/T 15939-1995.《无中心多信道选址移动通信系统设备通用规范》[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]