RFID技術綜述及其應用現狀

【摘要】射頻識別（RFID）技術憑借其傳輸數據率高、通信距離長和可靠性等優點，使之超越條形碼和IC卡等諸多識別技術，成為下一代識別技術。隨著RFID技術的快速發展，其應用領域已經廣泛延伸到人們生活和工作的各個領域，基于上述背景，本文介紹了RFID技術的內涵、分類、應用、面臨的問題及其發展前景。

【關鍵詞】RFID技術；射頻信號；自動識別；電子標簽

1.RFID技術

現代社會生活中，對于信息的需求日益增長。例如在貨運中對貨物相關信息的查詢、門禁系統對于進出人員的查詢、收費路口對于車輛的查詢等等。如果采用傳統的手工方式，既耗費人力又耗費時間，所以現在越來越多借助電子技術來完成信息查詢。常見的方法主要是條形碼和RFID。

RFID是射頻識別技術的英文（Radio Freq-uency Identification）縮寫。它從20世紀90年代開始興起，是自動識別技術的一種高級形式，它可以通過無線信號識別特定目標，并讀寫有關數據。作為快速、高效、實時、準確、高效采集與處理信息的高新技術，被公認為21世紀十大重要技術項目之一。

1.1 系統組成

RFID的基本原理是利用射頻信號和空間耦合傳輸特性，通過射頻方式進行非接觸雙向通信，實現對被識別物體的自動識別并交換數據，再通過計算機網絡實現對物體識別信息的采集處理以及遠程傳送等功能。RFID系統由天線、電子標簽和閱讀器三個基本部件組成。

標簽：由耦合原件和芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，并且無法修改無法仿造。可以附在識別物體的表面，也可以植入體內，其保存有約定格式的電子數據，可以多次被閱讀器寫入和讀出。

閱讀器：閱讀器的任務是控制射頻發射信號，通過射頻收發器接收目標簽的已編碼射頻信號，從而讀取并識別電子標簽中所保存的電子數據。閱讀器可分為手持式和固定式。

天線：在標簽和閱讀器間傳遞射頻信號。

1.2 分類

可以根據標簽供電方式、標簽工作頻率以及標簽工作模式等對標簽進行分類，這里根據供電方式的不同將RFID分為兩類：有源RFID和無源RFID。

有源RFID的標簽自身具備電池，可提供全部器件工作的電源，同時標簽電池的能量供應也部分地轉換為電子標簽與閱讀器通訊所需的射頻能量。因此其讀寫距離較遠，但體積大，成本高，壽命比較短，需要定期更換電池。

無源RFID的電子標簽上不帶電池，在閱讀器的讀出范圍之外，電子標簽處于無源狀態。無源RFID在接收到閱讀器發出的微波信號后，將部分微波能量轉化為直流電供自己工作，因而其閱讀器發射功率一般比較大。無源RFID一般可做到免維護，成本低，使用壽命長，外型小巧。相比有源系統，無源系統閱讀距離較近，而無源標簽僅含有一個芯片和一個印制天線，成本遠遠低于有源標簽，因此無源RFID標簽已經成為RFID標簽技術的主流。

2.RFID技術在國內的應用

自從1987年第一個實用的RFID電子收費系統在挪威進行嘗試后，RFID技術的應用領域不斷擴展和深化。上世紀90年代初的金卡工程推動了國內IC卡的應用和發展，也為RFID產業打下了應用和技術基礎。進入21世紀，RFID產業受到了政府部門和研究機構的重視，各項支持政策逐步出臺，支持力度逐步加大；同時，政府也大力推動了RID在行業的應用。目前RFID技術已經在國內得到廣泛的應用，主要集中在身份識別、公共交通管理、物流管理、圖書管理門禁系統、票證等領域。

2.1 政府機構：身份識別

電子標簽可以嵌入到身份證、護照、工作證的各種證件中，用作人員身份識別，這是目前RFID技術應用最為廣泛和成熟的領域之一。我們日常生活中最常見的就是用來控制人員進出建筑物的門禁卡。中國第二代居民身份證，基于ISO/IEC14443-B標準的13.56MHz電子標簽，該項目可以說是國內乃至全球最大的RFID應用項目之一，此外教育部學生購票優惠卡和共青團中央青年卡也都是基于RFID技術。當然，除了用于身份識別之外，美國、日本和新加坡等政府已經開始應用RFID技術用于提升政府管理機構的信息化程度，提高政府采購和供用的效率。

2.2 城市公共事業

城市交通管理是國內應用RFID技術最早的也是最成功的領域之一，目前國內主要涉及的應用有電子車票、不停車收費（ETC）等。城市交通一卡通是RFID應用的一個亮點。目前，在中國大部分城市實現了乘坐公共交通刷卡消費，全國累計發放城市一卡通量超過3.1億張，廣泛應用于城市綜合交通（公交、地鐵、輪渡、輕軌）、公用事業繳費。并且城市一卡通已經由單一城市應用向多城市互用，對城市一卡通的發展具有里程碑的關鍵意義。在不停車收費系統特別是高速公路自動收費應用上，RFID技術可以解決原來收費成本高、管理混亂以及停車排隊引起的交通擁堵等問題，因而許多城市都在建設和應用RFID技術進行著高速公路的不停車收費管理系統。

3.RFID技術面臨的難題

RFID技術在推廣應用中遇到了不少挑戰，主要體現在成本，標準，技術等方面，一旦這些問題得到有效解決，RFID在各個地區、各個行業的全面啟動則指日可待。綜合而言，目前RFID技術發展面臨的問題主要如下：

3.1 標準問題

標準化是推動產品廣泛獲得市場接受的必要措施，但RFID的技術標準仍未統一，同時存在三大標準陣營，這三大標準互不兼容，無法一體化使用，給RFID技術的大范圍應用帶來很大困難。不同的制造商所開發的標簽通訊協定，使用頻率不同，RFID標簽的芯片性能、存儲器存儲協議與無線設計約定等也沒有統一標準，而且在我國RFID的工作頻率因為種種原因至今沒有確定下來，這些都對RFID產品的互通和發展造成了極大的阻礙。

3.2 成本問題

對RFID系統來說，成本仍是首要的問題。RFID的電子標簽、讀寫器和天線的制造成本都偏高。目前一個RFID標簽的價格約合人民幣2元左右，與激光條形碼的低成本（紙張和油墨成本，約兩分錢）相比，兩者相差幾乎一百倍。在新的制造工藝沒有普及推廣之前，高成本的RFID標簽只能用于一些本身價值較高的產品。因此，只有降低成本才能真正實現其價值，而RFID的應用推廣也會反過來促進RFID技術的成本降低。

3.3 技術問題

RFID在技術上尚未完全成熟，特別是遇到某些特殊情況如液體或金屬遮擋物時，無法使用大量的RFID標簽。而且RFID標簽的可靠性也是一個問題。RFID標簽與RFID讀卡器識別時具有方向性，信號容易被阻斷。目前使用的頻率限制了讀寫器和RFID標簽間的傳輸距離，使若干標簽不能有效地被讀取，標簽失效率較高。

3.4 可能引起的其他問題。

無源RFID標簽一旦接近射頻掃描器，就會無條件地自動發出信號，無法辨別其掃描器是否合法，不利于個人隱私保護等。若是RFID技術發展成熟，企業大規模采用RFID系統之后，將會造成大量勞工面臨失業的危機，從而影響勞動力市場，造成社會問題。正因為RFID存在著各種各樣的問題，所以這項技術還有待進一步提高和完善。

4.結語

1948年哈里斯托克曼發表的“利用反射功率的通信”奠定了RFID射頻識別技術的理論基礎，此后，隨著RFID技術理論的豐富和完善，目前RFID射頻識別技術已經逐步發展成為獨立跨學科的專業領域。RFID射頻識別技術將大量的綜合來自半導體技術、電信技術、電磁兼容技術、密碼學技術等完全不同的領域的技術。總體而言，RFID技術當前發展趨于標準化，低成本、低差錯率、高安全性、低功耗。

在強大的市場導向下，在國家的大力推動下，隨著技術的成熟和成本的降低，相信在不太久的將來，RFID技術在國內外必將引起一場重大變革，它將同條形碼技術一樣深入到我國現代化建設中，并慢慢延伸到的各行業方方面面，為提高作業效率和經濟效益起到關鍵性作用，成為中國未來新的經濟增長點。

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作者簡介：李世杰（1981—），男，河北廊坊人，學士，天津恒達文博科技有限公司總工程師，研究方向：高速數字電路、音頻信號處理。