物联网射频识别关键技术 文／马民 张丽艳 我国在ＲＦＩ Ｄ技术与应用研究工作上已 弦滤波（滚降系数＝０．５）后的ＰＩＥ编码信号 ＳＳＢ—ＡＳＫ，只需将原先双边带基带信号进行 有一定基础，已经从多个方面开展了相关标 准的研究制定工作。ＲＦＩＤ的共性物理层技术， 包括：用于标签芯片的超低功耗电路研究； 高效率数字调制技术；超高频（Ｕ ＨＦ）读写 器核心模块的研发；基于不同应用对象的超 高频和微波频段ＲＦＩＤ标签天线研究；典型 应用场景的电波传播建模分析技术，电磁兼 容技术等。本文将重点介绍在ＵＨＦ（９００ＮＨｚ 频段）ＲＦＩＤ系统在数字调制、标签天线电磁 特性与应用环境的匹配、电磁兼容技术三个 方面的研究工作。 关键物理层技术 数字调制技术 ＲＦＩＤ使用的数字调制主要有三种形式： 移幅键控法ＡＳＫ、移频键控法ＦＳＫ、移相键 控法ＰＳＫ。调幅技术实现简单，但容易受功 率放大器非线性效应的影响，是一种低效的 调制技术。频移键控（ＦＳＫ）抗干扰性能好， 但占用带宽较大。移相键控（ＰＳＫ）即按数 据值调制载波相位，这种调制技术抗干扰性 能较好，且有利于提取定时信息来同步发送 机和接收机的时钟。 根据ＩＳＯ／Ｉ ＥＣ １８０００—６ Ｔｙｐｅ—Ｃ（Ｅ ＰＣ ｇｌｏｂａｌ Ｃｌａｓｓｌ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ２）标准的规定，由 读写器到电子标签的前向通信链路编码方式 为ＰＩＥ（Ｐｕｌｓｅ—Ｉｎｔｅｒｖａｌ Ｅｎｃｏｄｉｎｇ）编码，由于 ＰＩＥ编码后基带信号频率为方波，带宽大，旁 瓣幅度高，这样的信号对频谱的占用将非常 大。通过对基带信号进行升余弦滤波，就可 以实现对旁瓣的抑制，且仍能实现无失真解 调。 使用Ｍ ａｔ］ａｂ数值计算软件，计算升余 的频谱如图ｌ所示。 从图１中可以看出，基带信号频谱被 限制在６０ｋＨＺ以下，因此，使用升余弦滤 波器可以有效地抑制信道外的能量泄漏。 然后将在频带上通过实验测量的方法观察 ＲＦＩＤ频带信号的特征。基于ＡｇｉｌｅｎｔＥ４４４０Ａ 频谱分析仪、Ａｇｉｌｅｎｔ ８９６００ Ｖｅｃｔｏｒ Ｓｉｇｎａｌ Ａｎａｌｙｚｅ ｒ软件（包含频谱分析模块）和 ＡｇｉｌｅｎｔＥ４４３８Ｃ矢量信号源构建了实验平台。 实验测量的流程如下： １．在Ｍａｔｌａｂ中生成ＰＩＥ编码基带信号， 采样率１ＯＭＨｚ，数据率４０ｋＨｚ。 ２．利用Ｇ ＰＩ Ｂ总线将基带信号导入 Ａｇ １］ｅｎｔＥ４４３８Ｃ矢量信号源的基带部分产生 基带信号，然后调制到９２０ＭＨｚ载频上，生 成频带信号。 ３．用ＡｇｉｌｅｎｔＥ４４４０Ａ频谱分析仪测量信 号频谱，利用Ｇ ＰＩ Ｂ总线将测量结果数据传 到ＰＣ端的８９６００ Ｖｅｃｔｏｒ Ｓｉｇｎａｌ Ａｎａｌｙｚｅｒ软 件上，进行后续处理。 然后，测量双边带幅度调制ＤＳＢ—ＡＳＫ 信号的频谱，测量表明当 ＝０．５时，带宽 大约是ｌ２０ｋＨＺ，约为数据率的３倍。频谱 形状与前文计算出的基带频谱基本相同。为 了压缩带宽，还可以使用单边带幅度调制 图１经升余弦滤波后的ＰＩＥ编码信号频谱 （一３２０ｋＨｚ～３２０ｋＨｚ） 希尔伯特变换，再将得到的复数基带信号导 入矢量调制信号源调制到射频即可。 可见，当ｄ＝Ｏ．５时，带宽大约是 ６０ｋＨＺ，约为数据率的１．５倍。频谱与双边 带信号频谱的形状类似，但仅保留了下边带， 频谱得到了有效压缩。 标签天线电磁特性与应用环境的匹配 ＲＦＩＤ标签天线直接影响到整个ＲＦＩＤ系 统的性能，具体表现为影响系统作用距离、 误码率等；被动标签通过天线为芯片供电， 馈电芯片的端口阻抗必须和标签天线的端口 阻抗匹配，传统上天线与５０欧姆或７５欧姆 的阻抗匹配，但ＲＦＩＤ芯片端口阻抗大多数 不是５Ｏ欧姆或者７５欧姆的标准值，这就给 天线设计带来了挑战，选择天线的设计方式 且通过仿真不断优化可以解决该问题，如一 个缝隙天线可以设计具有几百欧姆的阻抗； 一个弯折偶极子的阻抗可以是一个标准半波 偶极子阻抗的若干倍。此外更重要的要考虑 到ＲＦＩＤ标签天线使用环境可能会对天线性 能造成影响，这就要实现标签天线电磁特性 与应用环境的匹配。通过简化应用场景，我 们建立了一个典型的计算电磁学仿真模型来 研究靠近标签天线的金属片对天线电磁特性 的影响。 仿真模型中，天线和金属片都选用介电 常数ｓ ｒ为１的金属铜建模，仿真模型如图 ４所示。改变弯折偶极子天线和金属片之间 的距离ｄ，分别进行仿真实验，可以得到辐 射方向图。 对仿真结果的分析表明：当不放置金属 片时，天线的３Ｄ方向图为典型的“苹果状”， 在水平面上具有全向辐射特性。在ｄ＝５０ｍｍ 时，正向增益接近最大值。这种情况下，天 ２０１３ ８中国教育网络７５
