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RAIN RFID 電子標籤讀取距離: 見解 or 事實?


要使用被動式RAIN RFID技術建立一套應用系統,首先我們必須深入了解這項應用系統的需求及運作環境,這些工作將涉及大量的工程評估和分析,但其中一項典型的規格要求就是貼有電子標籤商品(Tagged Items)和讀寫器天線(Reader Antennas)之間的讀取距離。電子標籤的讀取距離會受到很多因素的影響,但一般我們都會先從RAIN RFID電子標籤開始探討。

電子標籤規格書裡常提供許多的訊息: 協議、工作頻率、晶片類型,記憶體大小、物理尺寸等等。這些訊息當中,我想電子標籤的尺寸和讀取距離是我們最關心的,這兩者其實都滿容易理解的,雖然第一項(電子標籤尺寸)是一個事實,而第二項(電子標籤讀取距離)則較屬於見解。下面我將解釋如何正確的解讀電子標籤讀取距離。


傳統測試方式: 拿著電子標籤,看看在多遠處可被讀寫器讀到

測試電子標籤讀取距離最簡單的方法是將一個讀寫器放置在大廳的端部,拿著電子標籤往讀寫器天線的反方向步行前進,並記錄下在多遠處電子標籤仍然可以成功地被讀取。像這種以經驗為依據的測試手法,其測試結果通常無法得到一個固定的讀取距離,其結果通常(可能)如下圖所示:


綠色代表可讀到電子標籤,紅色代表無法讀到電子標籤

顯然,這樣的結果留下了一個問題:如何解釋這個電子標籤的讀取距離?哪一個距離才是該電子標籤真正的讀取距離?更大的問題是,上述所得到的讀距是在很多變數下的綜合結果,譬如讀寫器的性能高低、電子標籤與讀寫器之間的角度、測試環境中物體和照明燈光的影響、還有讀寫器設定等等.....


此外,一般在大廳、辦公室或是地下室進行UHF RFID電子標籤測試,其測試結果的重現性是相對不穩定,因此,傳統測試方式充其量只不過是鍛煉身體,大多數正規電子標籤供應商是不會採用這些數據的。


實驗室 vs. 實際 性能

實驗室用之RFID量測系統大都採用高精度的儀器進行電子標籤性能或是讀取距離測試,在量測時電子標籤是放在隔離室或是暗室內,其目的是要盡可能去除可能的變數,以提高測試數據的準確性和再現性。



"上圖所示為兩款RAIN RFID電子標籤在不同工作頻率下的讀取距離,Tag 2 在FCC頻段(902~928MHz)有較佳讀距,Tag 1 讀取距離雖較短,但其頻寬相對較寬,因此在實際應用時,Tag 1 的穩定性較高"



上述的量測方式並沒有將電子標籤在實際應用時可能受到的環境干擾納入考量,譬如RFID專家們常談的 multipath propagation, path loss, reflection, shadowing & interior design,無論使用哪種定義名詞,環境的干擾確實會造成電子標籤在讀取性能上的差異。

ERP 和 EIRP的差異

Tagformance系統所量測出的理論讀取距離是基於Tag Performance Parameters and Test Methods Version 1.1.2, 2008, EPC Global Inc. 在這一規範中,35dBm EIRP的輸出功率被用來計算電子標籤的讀取距離,35dBm EIRP的發射功率約等於2W ERP (ETSI,歐規允許最大輸出功率)。 如果4W EIRP是允許的最大輸出功率,譬如美國FCC規範,那麼只要將Tagformance系統所量測出的理論讀距離乘上1.11即可得到在FCC規範下的電子標籤理論讀取距離。


順向讀取距離已不是安全的假設

當電子標籤的尺寸越來越小、標籤IC的靈敏度提高後,讀寫器的性能已開始變成影響電子標籤讀取距離重要因素之一,接收靈敏度較好的讀寫器可在較遠的距離就讀到電子標籤回傳的訊號。一般分析電子標籤讀取距離時,基本上我們必需將他區分為順向連結forward link和逆向連結return link。下圖曲線說明一張電子標籤在輸出攻率1W ERP,2dBi天線增益,讀寫器接收靈敏度Reader Receiver Sensitivity為-65dBm下之順向讀取距離和逆向讀取距離。



"順向(Forward)、逆向(Return)和實際(Resulting)讀取距離。上圖在歐規頻段(ETSI_866MHz), 順向和逆向讀取距離是一致,但在美規頻段(FCC_902~928MHz),讀取距離是受逆向連結限制, 因此使用接收靈敏度較好的讀寫器將可提升這一標籤在美規頻段的讀取距離。"



TIPP標準已考量到電子標籤之間互感的影響

現在零售業有愈來愈多的商品貼有電子標籤,在某些應用情境下,這些貼有電子標籤商品會相互的緊貼在一起,一旦標籤與標籤間的距離接近3公分左右,電子標籤之間的互感就會對讀取距離產生影響,針對這一問題GS1 TIPP全球標準已著手進行應對,相關訊息請留意本公司部落格。


從見解回到事實

現在我們已經知道,電子標籤的讀取距離是由許多不同因素相互影響下的結果,當你在詳細閱讀完電子標籤和讀寫器的規格書後,如有專業的量測設備協助驗證,那麼你就可輕易掌握電子標籤讀取距離相關資訊,這個過程就可將原來的見解轉化成事實。

Voyantic是一家提供專業RFID測試和量測方案公司,有興趣進一步了解如何使用Tagformance進行電子標籤讀取距離測試嗎?請下載以下Application Note或是連繫本公司亞太區業務負責人彭先生。



Source: RAIN RFID Tag Read Range: Opinion or Fact?

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