超高頻RFID電磁兼容研究

　　考慮到目前中國在840～843 MHz頻段沒(méi)有規劃任何無(wú)線(xiàn)電業(yè)務(wù)，且845 MHz頻段RFID應用與CDMA下行還有25 MHz的頻段間隔，本文主要研究920~925 MHz頻段RFID系統對GSM網(wǎng)絡(luò )和無(wú)中心對講機業(yè)務(wù)的干擾。

　　2 UHF頻段RFID系統與900 MHz無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的電磁兼容性分析

　　目前900 MHz頻段電波傳播模型大多采用奧村-哈達模型，本文將主要采用該模型分析不同環(huán)境下的UHF頻段RFID系統與其他無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的兼容性，并在暗室中做相關(guān)測試。

　　奧村-哈達模型的市區傳播模型是Lb＝69.55＋26.16lgf－13.82lgh1－α（h2）＋（44.9－6.55lgh1）lgd，其中：Lb是市區準平滑地形電波傳播損耗中值（單位是dB），f 是工作頻率（單位是MHz），h 1是基站天線(xiàn)有效高度（單位是m），h 2是移動(dòng)臺天線(xiàn)有效高度（單位是m），d是基站、移動(dòng)臺之間的距離（單位是km），α（h 2）是移動(dòng)臺天線(xiàn)高度因子。

　　對于大城市，a (h 2 ) =3.2[lg(11.75h 2 )] 2 -4.97；對于中、小城市，a (h 2 ) =(1.1lgf -0.7)h 2 -1.56lgf +0.8；對于郊區，L bs ＝L b (市區)-2[lg(f /28)] 2 -5.4；對于開(kāi)闊地，L bq = L b (市區)-4.78(lgf ) 2 +18.33lgf -40.94。

　　2.1 兼容性測試中使用的RFID設備參數

　　本文干擾測試實(shí)驗所用的RFID讀寫(xiě)器的工作頻率為924.5 MHz，等效全向輻射功率（EIRP）為28.29 dBm.

　　2.2 RFID業(yè)務(wù)與無(wú)中心對講機業(yè)務(wù)的兼容性分析

　　常用的900 MHz無(wú)中心對講機的最大發(fā)射功率為3 W，天線(xiàn)增益為0 dBi左右。保證20 dB以上的信納比（SINA）的接收靈敏度在25 kHz的信道帶寬下為-110 dBm左右，所以允許最大傳播損耗為145 dB左右。對講機使用時(shí)移動(dòng)臺天線(xiàn)有效高度為1.5 m左右。由此利用傳播模型可以得到在大城市中使用無(wú)中心對講機的正常通信距離為1.2 km；在郊區使用時(shí)的正常通信距離為2.17 km；在開(kāi)闊地使用時(shí)的正常通信距離為2.6 km.當無(wú)中心對講機的發(fā)射功率為27 dBm時(shí)，保證20 dB以上信納比的接收機靈敏度在25 kHz的信道帶寬下為-110 dBm左右，所以允許最大傳播損耗為137 dB左右，無(wú)中心對講機使用時(shí)移動(dòng)臺天線(xiàn)有效高度為1.5 m左右。由此利用傳播模型可以得到在大城市中使用無(wú)中心對講機的正常通信距離為0.78 km，在郊區使用時(shí)的正常通信距離為1.4 km，在開(kāi)闊地使用時(shí)的正常通信距離為1.7 km.

　　由于一般的RFID設備在最大功率情況下的工作距離為3～5 m，所以一般情況下持有無(wú)中心對講機的人的活動(dòng)范圍應當在距離RFID設備3 m之外的區域。920 MHz附近的頻率在3 m的距離處，空間損耗約為41 dB.圖3顯示了參考文獻[5]中的測試方法進(jìn)行的測試，在保證RFID設備在917 MHz處帶外發(fā)射等效輻射功率（ERP）譜密度在100 kHz的信道帶寬下為-30 dBm，在正對RFID設備天線(xiàn)3 m處使用無(wú)中心對講機，通信距離為400 m左右，對其通信距離略有影響，但基本可以保證其一定的通信距離。

　　如果要完全消除RFID對于無(wú)中心對講機通信的影響，由RFID設備至無(wú)中心對講機的傳播損耗應當達到-36-（-110）=74 dB.由傳播模型計算可得，此時(shí)RFID與無(wú)中心對講機的兼容距離為28 m左右。但是考慮到RFID設備的天線(xiàn)有較強的方向性，在偏離天線(xiàn)最大傳播方向處使用無(wú)中心對講機的兼容距離將進(jìn)一步縮小。

　　表4給出了由傳播模型理論計算得到的在不同環(huán)境下距離RFID設備3 m處使用無(wú)中心對講機的最大通信距離以及在完全保證無(wú)中心對講機的最大通信距離時(shí)RFID設備與無(wú)中心對講機的兼容距離。

　　2.3 RFID業(yè)務(wù)與GSM移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的兼容性分析

　　干擾測試顯示，在保證RFID設備在GSM移動(dòng)通信下行頻段930~960 MHz的帶外發(fā)射在100 kHz的信道帶寬下為-47 dBm （EIRP）的情況下，在正對RFID設備3 m處使用GSM手機，GSM移動(dòng)通信基本不受影響。

　　一般的GSM網(wǎng)絡(luò )覆蓋信號強度在大城市繁華市區室內覆蓋電平在200 kHz的信道帶寬下為-70 dBm，一般市區室內覆蓋電平在200 kHz的信道帶寬下為-80 dBm.在正對RFID設備天線(xiàn)3 m處，由傳播模型可得由于其產(chǎn)生的噪聲電平在100 kHz的信道帶寬下為-47 dBm-41 dBm=-88 dBm.所以RFID對于GSM網(wǎng)絡(luò )的下行信號基本沒(méi)有影響，而在偏離天線(xiàn)最大傳播方向處使用GSM手機，應當完全可以保證其正常通信。

　　而對于上行信號，在RFID設備滿(mǎn)足在上行頻率段的輻射雜散在100 kHz的信道帶寬下小于-36 dBm （EIRP）的情況下，由于RFID設備一般與GSM基站之間保持較遠的距離，手機的發(fā)射功率又遠大于帶外發(fā)射，所以在此條件下RFID設備對于GSM上行信號不會(huì )有影響。所以在GSM網(wǎng)絡(luò )覆蓋相對較好的地區，RFID設備在滿(mǎn)足在GSM下行頻率段的輻射雜散在100 kHz的信道帶寬下小于-47 dBm （EIRP），上行頻段的輻射雜散在100 kHz的信道帶寬下小于-36 dBm的情況下，對于GSM通信基本沒(méi)有影響。

　　3 結束語(yǔ)

　　RFID系統在GSM網(wǎng)絡(luò )和無(wú)中心對講系統中使用時(shí)必須保證RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)與GSM用戶(hù)終端或對講機保持一定的安全距離，否則GSM用戶(hù)終端將受到其信號干擾而無(wú)法識別網(wǎng)絡(luò )，無(wú)中心對講機也將無(wú)法檢測到空閑信道而無(wú)法正常工作。本文的部分數據是使用奧村-哈達模型計算得到，然而實(shí)際的RFID系統使用環(huán)境可能處于室內或更加復雜的環(huán)境中， 在這種情況下應采用更精確的數學(xué)模型以獲得更準確的數據。