UHF频段无源RFID系统干扰分析与抑制策略

史东，潘德胜

（中国移动通信集团设计院有限公司安徽分公司，合肥 230041）

射频识别(RFID)技术是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术。RFID标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。超高频无源RFID标签(UHF Passive RFID Tag)是指工作频率在860～960MHz之间的超高频频段内无外接电源供电的RFID标签。这种超高频无源RFID标签由于其工作频率高,可读写距离长，无需外部电源，制造成本低[1]。由于UHF RFID技术的优异特性，其应用领域包括物流管理、电子商务、军事管理、后勤管理等众多领域。目前我国在UHF 800/900MHz频段的RFID标准已经确立[2]，在不久的将来UHF RFID技术有可能成为RFID领域的主流产品技术。

文献[3]讨论在RFID系统中读写器各性能指标确定的情况下讨论标签设计对读出距离的影响，对于电子标签的设计与研发提供思路。工业和信息化部规定我国UHF 800/900MHz频段RFID技术具体使用频段为840～845MHz和920～925MHz，基于该UHF频段距离CDMA800(下行870～880MHz，上行825～835MHz)、GSM(上行885～915MHz，下行930～960MHz)等移动通信频段距离较近，本文从移动通信系统对RFID UHF频段的杂散干扰角度考虑，分析电磁环境干扰对于RFID电子标签读写距离的影响，最后给出UHF RFID系统干扰抑制方法分析与部署建议。

1 UHF频段无源RFID系统原理

对于UHF 800/900MHz频段的RFID系统而言，采用电磁反向散射耦合的工作方式，利用电磁波反射完成从电子标签到读写器的数据传输。

电磁反向散射RFID系统工作原理如图1所示，系统工作可以分为两个过程。

图1 电磁反向散射RFID系统

（1）电子标签接收读写器发射的信号，电子标签通过接收已调制载波作为自己的能量来源，并对接收信号进行处理，从而接收读写器的指令和数据；

（2）电子标签项读写器返回信号时，读写器向标签发送未调制载波，载波能量一部分被标签转化为直流电压，供给标签工作；另一部分被标签通过改变射频前端电路的阻抗调制并反射载波向读写器传送信息。

2 UHF频段无源RFID系统干扰分析

2.1 RFID读写器接收灵敏度

取RFID系统带内热噪声和读写器噪声系数累加作为系统接收灵敏度。则RFID读写器接收系统灵敏度为：

式(1)中B为UHF 800/900MHz频段RFID读写器工作带宽B＝250kHz，噪声系数典型值为nf＝5，则RFID读写器接收灵敏度Ps＝-115dBm。

2.2 UHF频段RFID系统干扰分析

根据UHF频段RFID系统工作原理可知，RFID系统的干扰源可以分为以下几类：

（1）RFID读写器发送和接收同频，其发送端发送的强载波信号会耦合到接收端，造成干扰；

（2）异系统对RFID读写器接收端的干扰；

（3）异系统对RFID电子标签的干扰。

对于第一种干扰，考虑到干扰源的确定性，可以通过载波对消理论、双工器、环形器等方法解决。

UHF 900MHz频段与点对点立体声广播传输业务共频段[2]，由于该业务的使用范围局限且为点对点传输，RFID系统采用跳频扩频技术、合理的部署策略来规避或减弱该业务的干扰。

2.2.1 移动通信系统对RFID读写器的干扰

移动通信系统CDMA800(下行870～880MHz，上行825～835MHz)、GSM(上行885～915MHz，下行930～960MHz)等频段距离800/900MHz RFID工作频段较近，会对RFID系统产生杂散干扰。

GSM蜂窝杂散指标[4]如表1所示。

表1 GSM蜂窝发信机杂散指标

GSM终端杂散指标：在满足表2的条件下，GSM终端杂散发射指标不高于-36dBm[4]。

表2 GSM终端杂散指标测试条件

CDMA800蜂窝发信机杂散指标如表3所示。

表3 CDMA蜂窝发信机杂散指标

CDMA800终端杂散指标：869～894MHz与1920～1980MHz频段外，在移动台天线连接口以30kHz分辨带宽测量的杂散发射应低于-47dBm[5]。

考虑蜂窝基站发射天线增益15dBi，终端天线增益0dBi，距离基站10m以及距离终端1m时移动通信系统对UHF 800/900MHz频段RFID系统杂散干扰如表4所示。

表4 RFID系统杂散干扰

由以上分析可知，移动通信系统对RFID系统造成杂散干扰的干扰源为移动通信终端设备。

2.2.2 移动通信系统对RFID电子标签的干扰

UHF频段无源RFID电子标签的频率选择性能不理想，移动通信系统发射的电磁波也会被标签感应并耦合至标签芯片中，会与RFID工作频率产生互调产物与谐振产物，并且由于移动通信系统发射的电磁波携带的信息具有随机性并且编码方式不相同等原因，降低了标签芯片输入端信噪比，增加RFID电子标签解调误码率。

2.3 UHF频段无源RFID标签读写距离计算

RFID读写器对标签的读取距离遵循雷达方程。即：

式(2)中，Pr为读写器接收功率，读写器发射功率Pt为2W/100mW[2]，天线增益G取值4dBi，λ为波长，σ为雷达散射横截面面积取5cm2，R为读写距离。

鉴于RFID系统受到UHF频段移动通信系统的电磁杂散干扰。杂散干扰的主要现象表现为使被干扰系统的底噪抬升，导致其接收灵敏度下降。对于RFID系统则表现为出现传输数据或信令的CRC-16循环校验出错，以至于减少读写距离来保障正常通信。考虑到移动通信终端的普及性，UHF频段RFID系统工作频带内受到杂散干扰值远大于其读写器收灵敏度-115dBm，为保障通信要求Pr大于杂散干扰，取Pr>64dBm时，读写距离R近似取值5.5/2.6m(Pt为2W/100mW)。

（1）移动通信系统对RFID电子标签的干扰会影响其有效读写距离；

（2）实际RFID电子标签散射截面积会有所不同，读写距离也会有所差别；

（3）RFID电子标签存在标签天线与标签芯片阻抗不匹配等设计水平局限性，导致实际读写距离小于理论计算值。

3 UHF频段RFID系统干扰抑制策略

移动通信系统对UHF 800/900MHz频段RFID系统的干扰影响其读写器对电子标签的读写距离，而读写距离会影响或限制UHF频段RFID技术的应用范围。下面给出如何提高UHF频段无源RFID系统的抗干扰能力的抑制策略。

在限定发射功率的前提下，对于RFID读写器而言，可以采用跳频、扩频等技术提高其抗干扰能力；从RFID电子标签设计角度考虑提高UHF频段电子标签的频率选择性能、阻抗匹配性能、封装方式等都可以有效提高标签抗干扰能力。

在现阶段UHF 800/900MHz频段无源RFID技术前提下，可以通过以下部署策略规避或减少干扰产生的影响。

（1）在部署、使用RFID读写系统时需远离GSM、CDMA800宏蜂窝、微蜂窝以及直放站，尽量确保RFID读写器天线、标签天线与移动通信系统天线之间有一定距离，且避免正对；

（2）在部署RFID读写系统时需远离点对点立体声广播传输业务系统；

（3）在RFID读写系统工作时，如果读写距离不能满足要求，应将GSM、CDMA800等通信系统终端利用金属物进行屏蔽或者远离RFID读写系统。

4 总结

本文首先介绍U HF频段RFID系统工作原理，在此基础上分析了RFID系统可能存在的干扰源以及干扰源对RFID读写距离的影响，最后给出了RFID系统的干扰抑制策略与部署策略，在现阶段该频段RFID技术的应用提供参考。UHF频段RFID技术将成为RFID领域的主流技术，研究该频段RFID技术的干扰抑制策略以及提高RFID读写系统的性能，能够不断扩大该频段RFID技术的应用领域，对于推动其应用的普及具有重要意义。

[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] 信部无[2007]205号,800/900MHz频段射频识别(RFID)技术应用规定(试行)[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].