Our mission is to help people understand RFID1

Zastosowanie
Technika RFID
Oprogramowanie

Kluczowe parametry interfejsu radiowego systemu RFID

     Automatyczna identyfikacja typu RFID jest techniką, która do komunikacji pomiędzy dwoma urządzeniami wykorzystuje fale radiowe. W dzisiejszych czasach, przy tak zatłoczonym spektrum elektromagnetycznym, ciężko jest znaleźć miejsce dla nowych systemów działających na częstotliwościach poniżej 1GHz. Dlatego też RFID umieszczono w pasmach nielicencjonowanych ISM (ang. Industry Science Medical) oraz w takich, które przeznaczone są dla urządzeń i systemów krótkiego zasięgu. Znaczniki RFID można podzielić na te, które wykorzystują transmisję poprzez sprzężenie indukcyjne lub za pośrednictwem promieniowania elektromagnetycznego. Ten podział determinuje częstotliwości, na których praca systemu jest najefektywniejsza. Najbardziej popularne, tj. najczęściej wykorzystywane częstotliwości, zostały wymienione na rys. 1. Są to odpowiednio następujące zakresy częstotliwości:

  • LF (ang. Low Frequency) 125/134,2kHz
  • HF (ang. High Frequency) 13,56MHz
  • UHF (ang. Ultra High Frequency) 860-960MHz oraz 2,4GHz


Rys.1 Widmo elektromagnetyczne z wyszególnionymi częstotliwościami wykorzystywanymi w technice RFID

Komunikacja w zakresie częstotliwości LF      

     System RFID pracujący w paśmie LF może przekazywać informacje na jednej z dwóch częstotliwości nośnych, tj. 125kHz oraz 134,2kHz. Częstotliwość 125kHz wykorzystywana jest, gdy transmisja odbywa się w pełnym dupleksie (ang. Full Duplex), z kolei częstotliwość 134,2kHz w przypadku transmisji HDX (ang. Half Duplex). Wybór sposobu transmisji wskazuje także z jaką maksymalną mocą promieniowania może pracować urządzenie wchodzące w skład systemu RFID w danym regionie świata (patrz tab. 1). Dodatkowo poziom sygnału emitowanego przez czytnik oraz znacznik RFID musi spełniać wymagania określone za pomocą tzw. maski widma natężenia pola magnetycznego. Na rys. 2 przedstawiono przykładową maskę widma sygnałów LF obowiązującą w Europie. Warto dodać, że w przypadku systemów RFID (niezależnie od pasma częstotliwości) maska widma sygnału w głównej mierze dotyczy czytnika, który emituje dużo mocniejszy sygnał w porównaniu z odpowiedzią znacznika.

 Tab. 1 Maksymalne moce promieniowania urządzeń pracujących w paśmie LF stosowane w Europie, Stanach Zjednoczonych oraz Japonii

 
Maksymalna moc promieniowania
Częstotliwość [kHz]
Europa
Stany Zjednoczone
Japonia
dla d=10m
[dBmA/m]
dla d=300m [dBmV/m]
dla d=3m [dBmV/m]
125,0 (typ A)
66,0
2400/f[kHz]
19,2
54dBmV/m + (24-20log(f))dB,
gdzie f – [MHz]
96,1
134,2 (typ B)
17.8
95.4
Regulator
EN 300-330
FCC 47 Part 15.209
ARIB STD – T60
 

Rys. 2 Maska widma natężenia pola magnetycznego sygnałów LF w odległości 10 metrów 

Komunikacja w zakresie częstotliwości HF

     Częstotliwość 13,56 MHz znajduje się w środku przedziału określanego jako fale krótkie. Wykorzystywane są one do świadczenia różnego rodzaju usług radiowych np. przekazu informacji pomiędzy agencjami prasowymi. W technice RFID częstotliwość ta, służy przede wszystkim do komunikacji czytnika z bezdotykowymi kartami, w których umieszczony (wtopiony, zalaminowany) jest znacznik RFID. Standardy ISO/IEC rozróżniają dwa rodzaje kart zbliżeniowych. Karty typu PICC (ang. Proximity Card), które opisuje standard ISO/IEC 14443 oraz VICC
(ang. Vicinity Card) omówione w ISO/IEC 15693. Karty te różnią się między sobą głównie osiąganymi odległościami odczytu, które wynikają bezpośrednio z konsumpcji energii przez same układy scalone (mniejsza w VICC) oraz ich zastosowania. Standard ISO/IEC 14443 definiuje maksymalną odległość odczytu do 10 cm z kolei ISO/IEC 15693 dopuszcza możliwość odczytu w odległości 1-1,5 metra. Zasięg takiego systemu zależy też od regulacji związanych z dopuszczalną mocą promieniowania w danym kraju (tab. 2) oraz maski widma natężenia pola magnetycznego (rys. 3). Teoretycznie im większa moc promieniowania nadajnika tym większy zasięg, jednakże w przypadku RFID nie zawsze ma to miejsce. Odległość odczytu zależy również od rodzaju znacznika, który musi odpowiedzieć z wystarczającą mocą w stronę czytnika. 

 Tab. 2 Maksymalne moce promieniowania urządzeń pracujących w paśmie HF

 
Maksymalna moc promieniowania
Częstotliwość [MHz]
Europa
Stany Zjednoczone
Japonia
dla d=10m
[dBmA/m]
dla d=30m
[dBmV/m]
dla d=10m
[dBmV/m]
13,56
 
±7kHz
60,0
84,0
42,0
±150kHz
9,0
50,5
9,0
±450kHz
-3,5
40,5
-1,5
Regulator
EN 300-330
FCC 47 Part 15.225
ARIB STD – T60

 


Rys. 3 Maska widma natężenia pola magnetycznego sygnałów o częstotliwości fHF=13,56MHz dla odbieranego sygnału w odległości 10 metrów od nadajnika 

 Komunikacja w zakresie częstotliwości UHF

     Ze względu na wykorzystywanie pasma UHF przez wiele różnych systemów, obecność (ulokowanie w widmie EM) systemu RFID jest zróżnicowana w skali światowej. Najbardziej ujednoliconym obszarem pod względem wykorzystywanego pasma przeznaczonego dla RFID jest region 1, w którego skład wchodzi Europa, Rosja i Afryka a także region 2, który obejmuje Amerykę Północną, Środkową oraz Południową (rys. 4). Jednolitość wykorzystywanych częstotliwości wynika przede wszystkim z faktu, że system GSM w państwach należących do tych regionów pracuje na tych samych zakresach częstotliwości i nie jest tu potrzebna osobna regulacja dla każdego kraju. Wyjątkiem jest region 3, w którym nie ma jednolitej polityki wykorzystania pasma częstotliwości dla systemów RFID.


Rys. 4 Mapa świata przestawiająca zakres częstotliwości obowiązujący w danym regionie, kraju  

     W Europie od dnia 23 listopada 2006 roku obowiązuje dyrektywa Komisji Europejskiej, która obliguje państwa UE do przestrzegania dokumentów ETSI 302-208 oraz ETSI 300-220 (869.4-869.65MHz Pn=0.5W ERP). Pasmo 865,0-868,0MHz opisane w specyfikacjach ETSI przeznaczone jest dla urządzeń krótkiego zasięgu SRD
(ang. Short Range Device), do których zaliczyć można system RFID złożony ze znaczników pasywnych lub półpasywnych. Najużyteczniejszym zakresem częstotliwości UHF jest pasmo 865,6-867,6MHz , w którym dozwolone jest użycie większej mocy promieniowania czytnika co przekłada się na dalsze zasięgi odczytu transponderów, nawet do 4-5m (zależne od elementów systemu). Kolejną rzeczą umieszczoną w specyfikacji stworzonej przez ETSI jest technika LBT (ang. Listen Before Talk), która mówi o tym, że interrogator zanim zacznie nadawać nasłuchuje czy w kanale, w którym zamierza rozpocząć transmisję, nie odbywa się już inna. Jeśli tak się dzieje to czytnik zmienia kanał do momentu, gdy natrafi na wolny i nadaje przez 4 sekundy, po czym wyłącza się na czas 100 ms. Gdy po tym czasie kanał jest zajęty czytnik rozpoczyna poszukiwania do czasu napotkania na pierwszy wolny kanał. Szczegółowe informacje dotyczące maski widma elektromagnetycznego dla urządzeń mogących pracować w zakresie częstotliwości pokazanym na rys. 5 znajdują się w dokumencie

 Tab. 3 Pasma częstotliwości, maksymalne moce promieniowania nadajników oraz techniki transmisji dla państw należących do 3 różnych regionów

 
Kraj
Pasmo częstotliwości
[MHz]
Maksymalna moc promieniowania nadajnika
Technika transmisji

REGION 1

Europa, Rosja
865,6 - 867,6
2W ERP
LBT
Afryka Płd.
865,6 - 867,6
2W ERP
LBT
917,0 - 921,0
4W EIRP
(2,43W ERP)
FHSS

REGION 2

Ameryka Pn., Ameryka Środkowa, Ameryka Płd.
902,0 - 928,0
4W EIRP
(2,43W ERP)
FHSS
Brazylia
902,0 - 907,5
915,0 - 928,0

REGION 3

Australia
920,0 - 926,0
4W EIRP
 
Chiny
840,5 - 544,5
2W ERP
FHSS
920,5 - 924,5
Korea
908,5 - 910,0
4W EIRP
(2,43W ERP)
LBT
910,0 - 914,0
FHSS
Malezja
866,0 - 869,0
50mW dla f=868MHz
 
919,0 - 923,0
2W ERP
 
Nowa Zelandia
864,0 - 868,0
4W EIRP
(2,43W ERP)
 
Filipiny
918,0 - 920,0
0,5W ERP
 
Singapur
Wietnam
866,0 - 869,0
0,5W ERP
 
920,0 - 925,0
2W ERP
 
Tajwan
922,0 - 928,0
1W ERP
(wewnątrz)
FHSS
0,5W ERP
(na zewnątrz)
FHSS
     W Stanach Zjednoczonych nadzór nad wykorzystaniem widma EM sprawuje federalna komisja do spraw komunikacji FCC (ang. Federal Communications Commission). W dokumencie FCC 15.247 umieściła ona informacje o dozwolonym paśmie 902-928MHz, który został podzielony na 52 kanały po 500kHz z czego pierwszy i ostatni jest kanałem ochronnym. Maksymalna moc promieniowania jest o około 0,5W większa (tab. 3) niż dla Europy. Pozwala to na uzyskanie większych odległości odczytu znacznika (w niektórych przypadkach nawet 10m). Ze względu na dużą liczbę kanałów zdecydowano się na użycie innej techniki transmisji, a mianowicie FHSS
(ang. Fast Hopping Spread Spectrum). Urządzenie odpytujące na podstawie sekwencji pseudolosowej skacze po kanałach. Czas okupowania kanału (transmisji) nie może przekroczyć 0,4s (mniejsze prawdopodobieństwo kolizji w kanale). Z tego wynika, że maksymalny czas przeskoku po wszystkich kanałach wynosi 20 sekund. Tak stworzone regulacje zostały przyjęte przez większość krajów wszystkich ameryk.
 

Rys. 5 Zakres częstotliwości oraz dopuszczalne moce nadajników narzucone przez organizację ETSI 

     Region 3 ma bardzo zróżnicowaną politykę doboru pasm RFID, co wymusza na producentach sprzętu RFID z regionu 1 oraz 2 wprowadzania modyfikacji do swoich urządzeń w celu poprawnego (prawnie) wykorzystywania ich w krajach azjatyckich, Australii oraz Nowej Zelandii.

Średnia: 5 (wszystkich głosów: 3)
komentarze

Ocena artykułu

16-07-2010 20:48 przez Luko (niezweryfikowany)

5

Bardzo dobry artykuł, oby tak dalej