射频识别(RFID,Radio Frequency Identification)系统是主要由读写器和射频标签两个物理实体构成,两者通过空中接口实现交互。为此,在国家标准GB/T 29261.3中对射频识别(RFID)系统的定义是:一种自动识别和数据采集系统,包含一个或多个读写器以及一个或多个标签,其中数据传输通过对电磁场载波信号的适当调制实现。射频识别(RFID)系统的技术要求应是对读写器和射频标签提出技术要求,当然要包括两者通信的空中接口的技术要求。
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在我国,对于工作在800/900MHz频段射频识别(RFID)系统的技术要求是由不同的国家标准所规范的。另外,根据我国无线电管理部门的管理规定,工作于800/900MHz频段的射频识别(RFID)系统,主要应用于公共安全、生产管理与控制、物流和供应链管理、交通管理等领域。
一、空中接口的技术要求
对于工作在800/900MHz频段射频识别(RFID)系统的读写器和射频标签,它们应该遵循其同一空中接口规范,以保证其互相通信与交互。我国国家标准GB/T 29768《信息技术 射频识别 800/900MHz空中接口协议》规范了工作在800/900MHz频段射频识别(RFID)系统空中接口的技术要求,包括其物理层和媒体访问控制层的参数及协议工作方式。若要详细了解该标准具体内容的请查阅下附件1。
附件 1:GB/T 29768-2013《信息技术 射频识别 800/900MHz空中接口协议》
1、空中接口的工作方式
RFID系统的空中接口的工作方式是:读写器使用截断式脉冲位置编码(TPP,Truncated Pusle Position encoding)对基带数据进行编码,使用双边带幅移键控(DSB-ASK,Double Sideband Amplitude Shift Keying)或单边带幅移键控(SSB-ASK,Single-Sideband Amplitude Shift Keying)方式调制射频载波,向一个或多个标签发出命令。命令发出后,读写器继续发送未经调制的射频载波,并监听来自标签的相应数据包。标签从读写器发送的载波获得工作能量,使用FM0或者米勒编码对基带数据进行编码,反向散射调制射频载波的幅度和(或)相位。
由上述可知,在RFID系统中,读写器和射频标签之间通过空中接口的交互通信,读写器是主动的,射频标签是被动的,只要有交互需求,首先由读写器向标签发出命令,标签依据命令而响应。读写器和射频标签之间使用半双工的方式进行通信。通信时,读写器先发送命令,标签根据接收的命令执行响应的操作,需要时,发送响应数据包。
2、空中接口的工作频率
RFID系统空中接口的工作频率可工作在840MHz~845MHz和920MHz~925MHz两个频段,即两个5MHz带宽,每个频带内共有20个信道,信道中心频率fc的确定详见下表1-2,即每信道带宽为250kHz。另外,读写器使用跳频扩频(FHSS)通信时,应使用表1-2规定的40个信道,每个信道的最大驻留时间为2s。
表 1-2:RFID系统工作频率信道中心频率fc的选取
温馨提示:根据我国无线电管理机构的管理要求,在早期是允许RFID系统工作于840MHz~845MHz和920MHz~925MHz两个频段的。但为了有效利用频率资源,自2024年11月1日起,我国无线电管理机构不再受理840MHz~845MHz频段的使用许可管理,原取得使用许可的可使用到设备报废为之。
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3、物理层和媒体访问控制层的要求
GB/T 29768标准对RFID系统空中接口的物理层和媒体访问控制层的要求提出了规定,它包括读写器到标签的物理层和媒体访问控制层的技术要求和标签到读写器的物理层和媒体访问控制层的技术要求。读写器到标签的物理层和媒体访问控制层的技术要求其内容除上述外还包括:读写器打开和关闭载波时的射频信号和读写器到标签的射频信号的包络与其参数;以及数据编码和前导码的格式要求等。标签到读写器的物理层和媒体访问控制层的技术要求包括:标签上电、调制方式、数据编码、反向链路频率等内容。下表1-3-1和表1-3-2表分别汇总了读写器到标签的物理层和媒体访问控制层参数和标签到读写器的物理层和媒体访问控制层参数(包括参数的编号、参数的名称和参数值或描述)。RFID系统物理层和媒体访问控制层要求的具体内容请详见该标准原文,即见本文的附件1。
表 1-3-1:读写器到标签的物理层和媒体访问控制层参数
表 1-3-2:标签到读写器的物理层和媒体访问控制层参数
4、协议工作方式
GB/T 29768标准对RFID系统空中接口的协议工作方式规定的内容较多,包括:防碰撞机制(指多标签或多读写器时);标签存储区结构(分为用户区、安全区、编码区、信息区四个逻辑区,每个逻辑存储区包含一个或多个字);标签标志位(包括匹配标志、会话盘点标志);标签状态(详见下表1-4-1介绍);读写器命令集(详见下表1-4-2介绍);安全鉴别协议(包括单向鉴别协议和双向鉴别协议)等内容。具体内容请详见本文的附件1。另外,下表1-4-3和表1-4-4表分别汇总了RFID系统协议工作方式参数和防碰撞管理参数,包括参数的编号、参数的名称和参数值或描述。
表 1-4-1:标签状态的类型
表 1-4-2:读写器命令集的名称与含义(27种)
表 1-4-3:协议工作方式参数
表 1-4-4:防碰撞管理参数
二、读写器设备的技术要求
我国国家标准GB/T 34996《800/900MHz射频识别读/写设备规范》规范了工作在800/900MHz频段射频识别(RFID)系统中读写器设备的技术要求。其中:设备的空中接口协议要求应符合上述GB/T 29768标准的要求;功能要求可详见下表2-1; 环境条件要求包括了气候环境适应性和机械环境适应性(含振动、冲击、碰撞、运输包装件跌落等);下表2-2汇总了其它技术要求的内容,包括设备的防护等级要求、电磁兼容性要求、安全要求、电源适应能力要求、能耗要求、可靠性要求、有害物质限量要求等。若要详细了解该标准具体内容的请查阅下附件2。
表 2-1:800/900MHz射频识别读写器设备的功能要求
表 2-2:800/900MHz射频识别读写器设备的相关技术要求
附件 2:GB/T 34996-2017《800/900MHz射频识别读/写设备规范》
三、无源标签的技术要求
国家标准GB/T 36365《信息技术 射频识别 800/900MHz无源标签通用规范》规范了工作在800/900MHz频段射频识别(RFID)系统中无源标签的技术要求。若要详细了解该标准具体内容的请查阅下附件3。
附件 3:GB/T 36365-2018《信息技术 射频识别 800/900MHz无源标签通用规范》
其中要求:标签应由嵌体以及外封装构成,其尺寸应符合具体应用要求,外观应完整无破损、无折痕、无明显突起,标签表面文字和图形完整清晰。标签的空中接口协议要求应符合上述GB/T 29768标准的要求。其应具备基本的应答功能,应能符合GB/T 29768标准要求的读写器发来的信号做出正确响应。标签的性能要求详见下表3。标签环境条件要求包括了气候环境适应性和机械环境适应性(含盐雾、太阳辐射、弯曲应力、抗静电能力等)。
表 3:800/900MHz射频识别系统中无源标签的性能要求
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