超高頻RFID電磁兼容研究

　　考慮到目前中國在840～843 MHz頻段沒有規(guī)劃任何無線電業(yè)務(wù)，且845 MHz頻段RFID應(yīng)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(tǒng)對GSM網(wǎng)絡(luò)和無中心對講機(jī)業(yè)務(wù)的干擾。

　　2 UHF頻段RFID系統(tǒng)與900 MHz無線網(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(dá)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(tǒng)與其他無線網(wǎng)絡(luò)的兼容性，并在暗室中做相關(guān)測試。

　　奧村-哈達(dá)模型的市區(qū)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(qū)準(zhǔn)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是基站天線有效高度（單位是m），h 2是移動臺天線有效高度（單位是m），d是基站、移動臺之間的距離（單位是km），α（h 2）是移動臺天線高度因子。

　　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(qū)，L bs ＝L b (市區(qū))-2[lg(f /28)] 2 -5.4；對于開闊地，L bq = L b (市區(qū))-4.78(lgf ) 2 +18.33lgf -40.94。

　　2.1 兼容性測試中使用的RFID設(shè)備參數(shù)

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

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

　　常用的900 MHz無中心對講機(jī)的最大發(fā)射功率為3 W，天線增益為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(jī)使用時移動臺天線有效高度為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中心對講機(jī)的正常通信距離為1.2 km；在郊區(qū)使用時的正常通信距離為2.17 km；在開闊地使用時的正常通信距離為2.6 km.當(dāng)無中心對講機(jī)的發(fā)射功率為27 dBm時，保證20 dB以上信納比的接收機(jī)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，無中心對講機(jī)使用時移動臺天線有效高度為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中心對講機(jī)的正常通信距離為0.78 km，在郊區(qū)使用時的正常通信距離為1.4 km，在開闊地使用時的正常通信距離為1.7 km.

　　由于一般的RFID設(shè)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中心對講機(jī)的人的活動范圍應(yīng)當(dāng)在距離RFID設(shè)備3 m之外的區(qū)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(xiàn)[5]中的測試方法進(jìn)行的測試，在保證RFID設(shè)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(shè)備天線3 m處使用無中心對講機(jī)，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對于無中心對講機(jī)通信的影響，由RFID設(shè)備至無中心對講機(jī)的傳播損耗應(yīng)當(dāng)達(dá)到-36-（-110）=74 dB.由傳播模型計(jì)算可得，此時RFID與無中心對講機(jī)的兼容距離為28 m左右。但是考慮到RFID設(shè)備的天線有較強(qiáng)的方向性，在偏離天線最大傳播方向處使用無中心對講機(jī)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(jì)算得到的在不同環(huán)境下距離RFID設(shè)備3 m處使用無中心對講機(jī)的最大通信距離以及在完全保證無中心對講機(jī)的最大通信距離時RFID設(shè)備與無中心對講機(jī)的兼容距離。

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

　　干擾測試顯示，在保證RFID設(shè)備在GSM移動通信下行頻段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(shè)備3 m處使用GSM手機(jī)，GSM移動通信基本不受影響。

　　一般的GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋信號強(qiáng)度在大城市繁華市區(qū)室內(nèi)覆蓋電平在200 kHz的信道帶寬下為-70 dBm，一般市區(qū)室內(nèi)覆蓋電平在200 kHz的信道帶寬下為-80 dBm.在正對RFID設(shè)備天線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)的下行信號基本沒有影響，而在偏離天線最大傳播方向處使用GSM手機(jī)，應(yīng)當(dāng)完全可以保證其正常通信。

　　而對于上行信號，在RFID設(shè)備滿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(shè)備一般與GSM基站之間保持較遠(yuǎn)的距離，手機(jī)的發(fā)射功率又遠(yuǎn)大于帶外發(fā)射，所以在此條件下RFID設(shè)備對于GSM上行信號不會有影響。所以在GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋相對較好的地區(qū)，RFID設(shè)備在滿足在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通信基本沒有影響。

　　3 結(jié)束語

　　RFID系統(tǒng)在GSM網(wǎng)絡(luò)和無中心對講系統(tǒng)中使用時必須保證RFID讀寫器天線與GSM用戶終端或?qū)χv機(jī)保持一定的安全距離，否則GSM用戶終端將受到其信號干擾而無法識別網(wǎng)絡(luò)，無中心對講機(jī)也將無法檢測到空閑信道而無法正常工作。本文的部分?jǐn)?shù)據(jù)是使用奧村-哈達(dá)模型計(jì)算得到，然而實(shí)際的RFID系統(tǒng)使用環(huán)境可能處于室內(nèi)或更加復(fù)雜的環(huán)境中， 在這種情況下應(yīng)采用更精確的數(shù)學(xué)模型以獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。