多址接收技术最新进展及对RFID技术的影响

建立在无源电子标签基础上的RFID系统具有在长距离情况下实现高动态的双向通信所表现出的高稳定．高可靠性能以及结构简单、成本低廉 便于推广等诸多优良特性，为国人所关注。现在应该不会再对装有一块仅由数平方毫米，由无线电电磁场的能量来供电 由硅片上系统(SOC)所构成的无源UHF频段电子标签对高速车辆完成自动识别的能力产生怀疑了。因为这样的系统已经在我国西部一些交通流量十分密集的高速公路上成功地运行了两年，正确识别的车辆数也超过400万辆。取得如此明显的技术进步，来源于以下几个重要因素

对协同目标识别方法进行了最大限度的简化：
● 充分利用微电子技术的最新技术成果
● 对被识别对象行为及所在环境的自适应性的深入理解，进而优化系统的设计得益于优质 高效的各种抗冲突算法的扩展与完善。

我们知道多目标环境下的多址接入技术是RFID技术取得进展与重大突破的核心环节。它直接影响系统的识别速度和可容纳的目标数量。多址接入技术表现在多目标环境下的抗>中突技术，以下RFID多址接入方式的系统描述

为实现多目标识别而采取的抗冲突机制可分为两大类。一类是以询问器(读写器)为主导的 读写器先讲— — RTF”型 是目前最常用的方法，建立在这种类型的典型标准有1S0— 180。0一B型。另一类则是采用”标签先讲— — TTF 型，也就是ISO一18000A或ISO一18000C所采用的抗冲突方式 最近还出现“标签只说— — TTO” 的更为高效的模式。

RTF型多址接入方式

RTF是指 读写器先讲(Reader TalkFirst) 的工作模式，lsO一1 80008及欧洲CEN的DsRC均采取这种多址接入方式。这种模式的核心是以读写为主导，解决多标签出现在同一通信区时引起的通信冲突。读写器检测到通信区有多个电子标签同时响应询问信号的过程，能判断返回的lD码的某些数据位发生错误，通过“屏蔽“ 掉某些引起冲突标签的回答，缩小了搜索范围，逐次减少可能造成冲突的lD码的数量。通过这种二进制树的递归搜索，实现了逐级解模糊，直至使通信区内只有下一个标签处于“活跃“状态．其余的标签均暂时进入 休眠“状态，从而实现了无干扰的通信。该通信过程结束后 读写器又发起另～轮与其他未被识别的标签的抗冲突过程，直至依次把通信区内所有标签完成识别为止。这种以读写器为主导的RTF多址接入方式的特点在于其严格有序．对于通信区内标签个数少的时候，由于抗冲突带来的时间开销是可以容忍的 一旦标签数量大量增加时 解模糊所需时间会随卡的数量增加而呈指数增加 导致用这种二进制树搜索算法来解模糊的所需时间增长得令人无法忍受

TTF型多址接入方式

和RTF相反， TTF(Tag Talk First)是一种 让标签先讲 的方式 这种工作模式I；LRTF简单易行 当无源卡进入到读写器的有效通信区并获得充分的微波能量后，随即主动地向读写器发送该卡的lD号以及其他必要的数据。

当在某一时刻发送上述数据后．以该时刻为相对基点，下一时刻重复发送上述数据的时间与该相对基点的时刻延迟值是一个随机变量。因此 在某个时刻发生过碰撞的两标签在下一时刻不可能再发生碰撞，这样参与碰撞的标签越来越少，直至通信区内只有下一个标签主动发数据TTI Reader在通信过程不再起主导作用，为实现抗冲突而发送的数据急剧减低。它只需要发送一些很低速度的数据以不断给无源卡提供充足能量，还发送一些让已成功识别的标签不再发送数据的命令。由于向读写器发送信息的主动权完全转由标签自己来掌握 不需要由读写器进行更多的干涉 因此通信效率比RTF要高．总体性能更佳。

这种抗冲突算法被称为 AIoha算法 。这种算法有多个变种，其中包括 时隙Aloha算法 。采用这种算法的电子标签都同步于同一个系统时钟。任何一个标签发送的信息位在时间上是同步的。因此任何 中突事件都是属 完全碰撞 (即两个卡的碰撞信息位在时间上完全重合．相位完全一致)，而不同于开头所讲的那种普通“Aloha算法” 该种算法由于卡与卡之问不能保持同步关系．发生“部分碰撞 的机会较多，性能不如“时隙Aloha”。

TTO型多址接入方式

TTF还有一个变种，称为标签只讲(Tag Talk Only)方式。TTO~nTTF不同，在读卡的过程中，读写器不需向标签发送任何命令加以干预(对TTF而言．读写器可在正确收到某一个标签发来完整，正确的信息后．可以发出指令让它回到休眠状态，以减少以后识别其他标签时发生冲突的机会)。以TTO模式工作的标签可以采用更高的码速率向读写器播发信息。即使TTO方式的碰撞机会高于TTF方式，但增加数据发送率能使读写器有高得多的读卡机会，足以抵消增加冲突机会(和TTF相比)所带来的消极影响。在许多应用场合下．TTO会比TTF有更优越的总体性能。

RFID多址接入方式的比较情况

根据上面对多种多址接入方式的分析比较，可以看出传统的RTF模式工作的读写器在读卡时，为完成读卡任务，由读写器发送命令的频繁程度(密集程度)．明显LBTTF方式要高得多，特别是当空域中存在多块卡时更是如此。用占空比(duty cycle)这个指标来衡量，RTF比TTF的读写器发送询问信号的占空比高得多。有资料显示，从频域来看(时域的占空比可映射到频域的占用程度)．RTF对频谱的占用比TTF高十几倍(RTF为200KHZ，而TTF仅为1 2 5KHZ)，而读写器频带占用量低，这对降低读写器之间相互干扰有着十分重要的意义．特别是对防止位于收费站相邻车道安装的读写器之问的无意干扰显得更为重要。此外．TTF和TTO的读卡速度有了明显的提高。

多址接收技术的发展促进RFID的技术飞跃

多址接入技术的持续发展，是RFID在各种领域扩展应用过程中提出一系列新问题、新需求所牵引的结果。多址接入技术由RTF到TTF进而发展~UTTO，使RFID的实际应用有了突破性的飞跃。由RTF过渡到TTF或TTO，使电子标签的总体性能有很大的提高，让人对无源电子标签的性能与能力的认识上升到前所未有的高度，表现在如下方面：O 通信距离由RTF制式下的6m～7m提高到TTF制式下的20m。距离得到很大的提高得益于两个因素。

第一，TTF简化了芯片的电路组成并把结构存贮器的空间降到最低的程度，因此需要微波场提供的能量降到最低。

第二，工作在这种体制下的读写器的接收机信息带宽比工作在RTF制式下的接收机信息带宽降低数倍(只需为12 5KHZ左右．后者所需的带宽为200KHZ以上)。在TTF及TTO制式下为何其上行信息占用频带如此低(虽然上行传输速率可能维持在256kb／s这样高的速率)．不在本文作进一步介绍。0 TTF标签的识别速率有很大的提高。从RTF标签的每秒30个提高到每秒1 20个。达到如此高速率得益于采用新的抗>中突方式，上行数据传输速率有条件地大幅度提高，从工作在RTF时的30—40kb／s提高到256kb／s。在如此高的上行数据传输速率下工作的TTF系统，能在通信空域内驻留有大量电子标签(例如可多200个)的情况下，读卡速率没有明显下降(如120个／秒)。而面对空域内多达200个标签的RTF系统，要对其完成识别可能需要数分钟的时问。O TTF读写器占用的频带仅有1 2．5KHZ左右．而RTF读写器占用频带200KHZ， 两者相差1 7倍。TTF模式的读写器绝大部分发射的能量是为电子标签供电。只在正确收到标签发来的信息时以非常少量的数据作为回答．下行的信息量比RTF方式大为缩减。

我们知道RFD系统中，读写器辐射功率的强度比标签后向散射产生的功率要高60db(~E离1m时)．标签后向散射的能量对环境的影响(或造成系统干扰)微乎其微。辐射引起干扰的干扰源由读写器造成，而读写器占用频谱的大幅度下降(比RTF时下降1 7倍左右)无疑对改善系统内的电磁兼容性产生明显的良性影响，使有限的频谱资源利用率得以充分发挥，特别避免两台临近读写器之间的无意干扰有明显的积极意义。这点避免高速公路相邻阵道的相互窜扰及在物流大量应用的领域，优越性更突出。

O 基于TTF的芯片及读写器由于通信协议的大幅度简化．同一块晶片切割出的芯片成数倍的增加．电路组成与结构也变得十分简单。因而制造TTF的RFID系统的造价得以大幅度下降，十分有利于RFID向各个领域的扩展与渗透．使RFID更加”平民化 ，更加贴近生活．有利于提升物流业与制造业的竞争能力。可见一种微观的科技进步对于生产力的提高和改善民众的生活质量，起到了无可估量的作用。

结论

从以下的实际数据可以领悟出，由于多址接入技术的发展，给RFID技术带来多大的发展潜力。据外国文献披露，获得以下实验结果：

在一辆车的不同部位安装总数为五块TTI标签，并以80km／HR．1 20 km／HR及1 60 km／HR的速度通过龙门架下的车道．在5．7m高度处安装有一个EIRP值为4W 的TTI读写器，读写器对这辆车上的各个标签识读结果如下：在80 km／HR时对五块卡上的成功读卡总次数共40次：在1 20 km／HR时对五块卡上的成功读卡总次数共22次；在1 60 km／HR时对五块卡上的成功读卡总次数共11次；在1 6。 ／1 同时对五块卡进行通信时，所有卡都能有一次以上的正确识读。