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条码知识
无线数据通信(RFDC)
2008/7/2 18:53:25
     标签与阅读器之间的数据传输是通过空气介质以无线电波的形式进行的。一般地,我们可以用两个参数衡量数据在空气介质中的传播,数据传输的速度和数据传输的距离。由于标签的体积、电能有限,从标签中发出的无线信号是非常弱的,信号传输的速度与传输的距离就很有限。为了实现数据高速、远距离地传输,必须把数据信号叠加在一个规则变化的信号比较强的电波上,这个过程叫调制,规则变化的电波叫载波。在RFID系统中,载波电波一般由阅读器或编程器发出。有多种方法可以实现数据在载波上的调制,如用数据信息改变载波的波幅叫调幅;改变载波的频率叫调频;改变载波的相位叫调相等等。一般来说,使用的载波频率越高,数据能够传输的速度越快,例如,2.4GHZ频率的载波,可以实现2Mbps(相当于每秒可以传输大约200万个字符)。但是,不能无限地提高载波频率以提高信息传输速度,因为,无线电波频率的选用是受到政府管制的,各个国家一般都对不同频率的无线电波规定了不同的应用目的,RFID技术无线电波的选择也必须遵守这种规定。目前,国内一般采用通信频率为2.4GHz扩频技术进行通信。这是因为在我国2.4G-2.4835GHz 的频段是无需向国家无线电管理委员会申请使用许可证的公用频段。过去,商业的无线数据传输一般采用窄带传输,即使用比较单一的载波频率传输数据。现在,商业领域广泛使用扩频技术传输无线数据,即使用有一定范围的频率传输数据,这就有了带宽的概念,带宽就是通信中使用的最高的载波频率与最低的载波频率之差。使用宽带频率传输数据最明显的优势是数据传输的速度进一步加快,而且可靠性更高,因为当一个频率的载波线路繁忙或出现故障时,信息可以通过别的频率载波线路传输。实际商用宽带传输数据技术又可以分为两种:即直接序列扩频技术(Direct Sequence  Spread Spectrum,简称直频技术)和跳频技术(Frequency Hopping FH)。
  直频技术使用伪随机码对数据进行处理,得到扩频序列,然后将扩频序列调制通过不同的信道同时进行传输,信号接收装置收到信号后将信号解码并按照特定的算法重组信息,以还原成可以识读的信息。应用这种技术,系统占用功率频谱密度(在单位频段上的发射功率)大大降低,信息扩展到一个比较宽的频率范围内传输,达到可抵抗其它特定频率干扰的目的。我国的无委会规定的开放频段与欧洲标准一致,参照欧洲标准,直频技术可以从13个信道(中心频点)中选用,为了免除自身干扰,选用的互相关联的不同信道之间,两两之间频率至少间隔30MHZ。这13个频点的设定从2.412至2.472GHz之间,共有60M带宽,通常直频系统只能选择2-3个信道进行数据传播,在一定程度上不能充分利用频带资源,影响了数据的传播速度。另外,由于使用同一功率支持多个信道的数据传输,一个信道上载波的波幅就比较小,信息传输的距离受到限制。
  跳频技术与直频技术完全不同,跳频的载频受一个伪随机码的控制,在其工作带宽内,不断地跳变频率,跳频相当于瞬时的窄带通信系统,在2.4-2.4853GHz之间将信道设为79个,每隔0.02-0.1秒跳变一个频率,当跳跃至某个频点时,先判断该频点是否有噪声干扰,若无则传输信号,若有则依据算法跳至下一频点继续判断。因此在不同的频点,跳频的频率及传输率可能会变化,并且很难避免一些无谓的频率上的损耗,即在检测频点是否空闲时会造成信号传输延迟。另外,因为系统有响应时间限制,超过响应时间,跳频设备会认为检测信号发射失败(丢包),会命令发射机重发,也造成系统资源的浪费。变频技术的特点是保密性好,抗干扰能力也比较好。与直频技术相比,信息传输的距离也比较远。商用系统的跳变频率较低,在每秒50跳以内,成本较低。
  影响数据传输距离远近的首要因素是载波信号与标签中数据信号的强度,载波信号的强度受阅读器功率大小控制,标签中数据信号的强度由标签自带电池功率(主动式标签)或标签可以产生的电能(被动式标签)大小决定。一般来说,阅读器和标签的功率越大,载波信号和数据信号越强,数据能够传输的距离越远。无线电波在空气介质中传播,随着传播的距离越来越远,信号的强度会越来越弱。从理论上说,无线电波的衰减程度与传输距离的平方成正比。在系统实际应用中应该注意的是,不能为了达到数据传输的距离而无限制的提高阅读器和标签的功率,因为与载波频率的选择一样,无线电波的功率是受到政府的管制的。除了系统功率影响数据传输的距离外,空气介质的性质和数据传输路径也显著影响数据传输的距离。空气介质的性质包括空气的密度、湿度等性质。一般来说,采用的载波频率越高,空气性质不同对数据传输距离的影响越明显。空气的湿度越大或者是空气的密度越高,介质对无线电波的吸收越严重,数据传输的距离就越小。另外,如果数据传输路径中有许多障碍物,也会显著影响数据传输的距离,因为无线电波碰到障碍物时,物体一般都会对无线电波产生吸收和反射。考虑到空气的性质和数据传输中经过障碍物,无线电波衰减的程度有时可以达到与传输距离的四次方成正比。影响数据传输距离的因素还包括,发射、接收天线的设计和布置,躁声干扰等等。
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