RFID技术的应用及发展

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术起源于第二次世界大战，使用射频电波识别敌机和友机。RFID技术利用无线射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到自动识别的目的，该技术具有防水、耐高温、使用寿命长、读取距离远、标签上数据可以加密、存储数据容量大、存储信息可以随意修改、可以识别高速运动中的物体，可识别多个标签，可以在恶劣环境下工作等优点。随着该技术的不断完善，在社会生产生活中的应用将越来越广泛。例如商品防伪，国防军事，物联网(Internet of Things，IOT)，智能交通，电子门票，身份识别和一卡通等领域。

1 系统简介
1．1 系统组成
RFID系统主要由电子标签，天线，读写器和主机组成。电子标签(Tag)，非接触式IC卡，放在需要被识别的物体上，由耦合元件和芯片组成，标签有内置天线，可以发送和接收信号；天线(Antenna)：完成无线信号的发送和接收；读写器(Reader)可以发送和接收命令，并与主机通信，执行主机命令；主机(Host)发送用户命令和显示接收数据。RFID系统根据工作频段和工作方式具有不同的性能，应用于不同场合。
1)标签 根据标签是否有电源，分为有源和无源标签；根据标签的可读写性，分为只读和读写标签；根据调制方式，分为主动式、被动式和半主动式标签；根据标签和阅读器发言顺序，分为RTF(Reader Talk First)和TTF(Tag Talk First)；根据频段的不同，分为低频、高频、超高频和微波标签。
2)天线 天线是一种以电磁波形式把无线电收发机的射频信号功率接收或辐射出去的装置。天线按其工作的频段可分为短波、超短波、微波等天线；按方向性可分为全向、定向等天线；按外形可分为线状、面状等天线。
3)读写器 读写器是RFID系统的核心，其基本作用就是作为连接前向信道和后向信道的核心数据交换环节。
读写器与应用系统之间通信：读写器将标签发来的调制信号，经过解调解码后，通过USB、串口、网口等，将得到的信息传给应用系统。应用系统可以给读卡器发送相应的命令，控制读写器完成相应的任务。读写器可以将其有效射频范围内可以激活符合标准的多个电子标签，可以同时识别多个标签，具有防碰撞功能。
RFID系统基本工作原理是：阅读器通过天线发出含有信息的一定频率的调制信号；当电子标签进入到阅读器的工作区时，其天线通过耦合产生感应电流，从而为电子标签提供相应的能量，此时标签根据阅读器发来的信息决定是否响应，是否发送数据；当阅读器接收到电子标签发送过来的信号，经过解调和解码之后，将标签内部的数据识别出来。
1．2 RFID的工作频率
射频卷标的工作频率不仅决定着射频识别系统的工作原理(电感耦合还是电磁耦合)、识别距离，还决定着射频标签及读写器实现的难易程度和设备的成本。
从功能方面来看，RFID标签主要分为3种：只读卷标、可重写卷标、带微处理器卷标。只读型卷标的结构功能最简单，包含的信息较少并且不能被更改；可重写型卷标集成了容量为几十字节到几万字节的闪存，卷标内的信息能被更改或重写；带微处理器卷标依靠内置式只读存储器中存储的操作系统和程序来工作，出于安全的需要，许多标签都同时具备加密电路。
工作在不同频段或频点上的射频标签具有不同的特点。射频识别应用占据的频段或频点在国际上有公认的划分，即位于ISM波段之中。典型工作频率：125、133 kHz，13．56、27．12、433、902～928 MHz，2．45、5．8 GHz等。
1)低频段射频标签 其工作频率范围为30～300 kHz。典型工作频率有125，133 kHz。低频标签一般为无源标签，其工作能量通过电感耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。低频标签与阅读器之间传送数据时，低频标签需位于阅读器天线辐射的近场区内。低频标签的阅读距离一般情况下小于1 m。
2)中高频段射频标签 中高频段射频标签的工作频率一般为3～30 MHz。典型工作频率为13．56 MHz。该频段的射频标签，从射频识别应用角度来说，因其工作原理与低频卷标完全相同，即采用电感耦合方式工作。另外，根据无线电频率的一般划分，其工作频段又称为高频，所以也称为高频标签。中频标签一般采用无源设计，其工作能量同低频标签一样，也是通过电感(磁)耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。中频标签的有效阅读距离一般情况下小于1 m，其典型应用有电子车票、电子身份证、电子闭锁防盗等。
3)超高频与微波标签 超高频与微波频段的射频标签，简称为微波射频卷标，其典型工作频率为433．92、862(902)～928 MHz，2．45、5．8 GHz。微波射频卷标可分为有源卷标与无源卷标两类。工作时，射频卷标位于阅读器天线辐射场的远区场内，标签与阅读器之间的耦合方式为电磁耦合方式。阅读器天线辐射场为无源标签提供射频能量，将有源标签唤醒。相应的射频识别系统阅读距离一般大于1 m，典型情况为4～6 m，最大可达10 m以上。阅读器天线一般均为定向天线，只有在阅读器天线定向波束范围内的射频标签才可被读／写。
1．3 RFID防冲突算法
1．3．1 防冲突的多址接入方式
RFID的多址接入方式主要有3类：
1)空分多址(SDMA)空分多址通过采用智能天线阵技术降低了对单个阅读器识别距离的要求，空分多址对于UHF和微波频率更有实用价值。目前RFID空分多址技术已被成功应用在马拉松赛事，通过给每个运动员配置1个电子标签，用标签检测运动员的到达时间。