WLAN+RFID组合系统的应用研究
形式分为无源标签和有源标签。无源标签的电能供应从阅读器发出的射频信号中取得,因此阅读器要有较高的发射功率,识别距离较近。目前的低电压和低功耗供电技术可以解决无源标签要求阅读器发射功率高的缺点。有源标签依靠自身的微型电池供电,因此对阅读器的发射功率要求较低,系统的识别距离较远。无源标签与有源标签相比较,具有成本低、不用维护、可靠性高和寿命长的优点。在组合系统中,可以应用无源标签和有源标签。
2.2 RFID的数据通信
RFID 的数据通信通过阅读器与标签之间的射频传输来进行。阅读器与标签之间的信息传输应符合选定的通信协议。标签先发言(TTF)和阅读器先发言(RTF)是RFID的两种抗冲突协议方式。TTF是指标签不需要阅读器的指令,就可以主动发送自身的ID代码。RTF是指标签接收到阅读器的指令才能发送。两者相比较,TTF具有识别速度快和稳定的特点,能适应高速传输和标签数量动态变化的情况。对于无源标签,它需要将阅读器的射频信号的能量转变为自身所需要的电能,因此一般采用RTF。有源标签不需要阅读器提供能量,因此可以采用RTF或TTF。
RFID的一个很大的特点是多标签同时识读,即一个阅读器能对接多个标签。阅读器以无线电广播方式同时向各个标签发射信号,各个标签同时接收这些信号;各个标签以多路存取的方式向阅读器传送信号。当采用TTF时,所有标签随机地反复发送自身的ID代码,在不同的时候不同的标签被阅读器读取。当采用RTF时,阅读器首先对识读范围内的一批标签发出隔离指令,只保留一个标签处于激活状态,并与其建立起无冲突的通信联系;通信结束后指令该标签进入休眠状态。然后依照上述完成对一个个标签的识读。
3 组合系统的工作频率选择
FCC的无线电频谱条例第15部分(修订),允许不用经过批准,无线网络产品就可以在ISM 频带中运行。ISM 包括了3个频段:902~928 MHz、2.4~2.4835 GHz、5.725~5.85 GHz。目前,902MHz频段的WLAN在美国部署运行,它并非在全球适用。2.4 GHz是全球适用的惟一非特许频段。现在全球占主导地位的WLAN产品工作在2.4 GHz频段。
标签与阅读器之间进行无线通信的频段是:低频135KHz以下,高频13.56 MHz,超高频869 MHz、902~928 MHz和微波2.4 GHz、5.8 GHz。低频和高频的通信距离近,数据传输速率慢。高频、超高频和微波的通信距离远,数据传输速率快。
目前,RFID存在两个技术标准:欧美的EPC标准和日本的UID标准。两者使用的无线频段不一样,EPC标准采用超高频902~928 MHz,UID标准采用2.45 GHz和13.56 MHz。
在组合系统中,WLAN 与RFID必须共存,两者的射频信号互相不干扰。频率分割是最好最简单的选择。因此,在组合系统中的WLAN选用2.4 GHz频段,RFID选用902 MHz频段。它们都是可以自由使用的开放频段,但是发射功率受到规定的限制。
4 组合系统采用的调制技术
截至目前,DSSS与FHSS以现有的产品参数比较,DSSS在需要最佳可靠性的应用中具有较佳的优势,而FHSS在需要低成本的应用中占优势。DSSS由于采用全频带传送资料,速度较快,而且具有抗干扰抗噪声能力、抗衰落能力、隐蔽性和保密性强、不干扰同频的系统等性能优点。
因为DSSS有以上的优点,组合系统中的WLAN 采用DSSS。DSSS的高数据传输速率能满足大型货场对数据传输速率的要求;良好的抗干扰性能适应了在货场中比较复杂的传播环境,例如由于物体移动产生的信号衰落所造成的多径干扰;DSSS的传输距离比较远,在相同面积的货场中设置AP的数量可以少。
组合系统中的WLAN采用IEEE802.11b标准。802.11b是802.11的一个扩充,规定采用2.4GHz频段。它在802.11协议的物理层中增加了两个新的速率:5.5 Mbps和11 Mbps。为了实现这个目标,DSSS被选作该技术的惟一物理层传输技术,这是由于FHSS在不违反FCC原则的基础上无法再提高速度了。DSSS的调制方式在1 Mbps时为DBPSK,在2 Mbps时为DQPSK,在5.5 Mbps和11 Mbps时采用了CCK,都使用QPSK作为调制技术。RFID的射频传输可以采用电感耦合方式,又称为负载调制,常用在近距离的低频和高频识别系统。射频传输也可以采用电磁反向散射耦合方式,又称为反向散射调制,常用在较远距离的超高频(如902 MHz)和微波(如2.4 GHz)识别系统。在组合系统中,RFID采用反向散射调制,工作频率为902MHz频段。
反向散射调制的工作原理是:在无源标签将数据发回给读头时,标签根据要发回的数据信号控制天线开关,使标签的天线处于阻抗失配或阻抗匹配状态,因此标签反射回读写器的能量相应也有大和小的两种情况,分别代表了二进制信号