物联网射频技术在通信领域的应用

2019-11-29刘志宇

科技传播 2019年18期

刘志宇

从21 世纪开始，世界各地逐渐广泛地运用物联网射频技术，各大有名的上市公司都在大量推行物联网射频技术，例如：日用消费品公司、波音公司和连锁企业等。物联网射频技术的使用现处于上升环节，其发展与推行使用对自动鉴识领域是一次巨大的进步，为通信技术的发展奠定了基础。

1 RFID——物联网射频技术的内涵

1.1 RFID——物联网射频技术的界说

射频是一种电磁频率，它可以折射到空间，全称是电磁波，射频属于高频电流，在300 千赫兹～30千兆赫兹之间，其电流变化每秒都在一万次以上。当射频的频率在100 千赫兹以上时，它就可以在空气中进行传播，可以进行远距离传播，射频就是这种能远距传输的高频率电磁波。所谓射频技术就是扫描设备发出一个固定频率的Airwave 给接收仪器，接收仪器用所接收到的Airwave 里的电路，输出代码，扫描设备便能接收到代码信息。此中，使用接收仪器可以不用刷卡、无需安装电池、不用直接接触，因此不用担心会弄脏，而且所使用的晶片密码使用年限较长、安全性能好。比较常用的射频技术是“radio frequency identification”（无线射频识别），即RFID，这种射频识别既能鉴识特定的目标，又能识别目标的数据信息。

1.2 构成RFID——物联网射频技术体系的部件

物联网射频技术体系由天线、标签和阅读器3部分构成。其中，标签由芯片和耦合元件构成，每一个标签都有属于自己的电子编码；获取或输入标签信息的仪器就是阅读器，阅读器的样式是多种多样的；在标签与阅读器之间用来传递信号的部件就是天线[1]。

1.3 RFID——物联网射频技术的内涵

RFID——物联网射频技术容纳了两种技术，分别是电子标签与“RFID”技术。这里谈到的电子标签其实就是一种自动鉴识技术，自动鉴识工作无需工作人员亲手操作，这项技术有很多其他技术所没有的优点，例如：使用年限久、更改存储信息简便、存储信息容量足够、获取距离较远等。电子标签由3 个部分构成：主动型标签、半主动型标签以及被动型标签。1）主动型标签：这种形式的标签自身就有内部电源提供设备，主要是给内部集成电路提供所需的电量，以此来产生外界信号。2）半主动型标签：这种形式的标签与被动型标签有很多相似之处，但它比被动型标签多了一个部件：小型电池，这个小型电池的电力正好可以提供给标签Ic 使用，使集成电路能够尽快开始工作。3）被动型标签：这种形式的标签内部并没有供给电源，它是通过收到的物联网射频技术阅读器发出的电磁波来进入工作。物联网射频技术（RFID）是一种能够进行自动鉴识且非接触型的技术，RFID 不仅能鉴识出正在进行高速运动的东西，还可以在同一时间鉴识多个标签，除此以外，它既无需人工操作和鉴识，又能借助所接收的射频信息，主动去鉴识目标，这项特有的功能在一些恶劣环境中也可以使用[2]。

1.4 RFID——物联网射频技术运转的原理

在“物联网射频技术”的3 个构成部件中，阅读器和电子标签两者之间是借助耦合元件来完成空间耦合的。通常情况下，有两种空间耦合方式，第一种是电磁反向散射耦合，它的运作原理就是利用电磁波的空间传播规则，发射仪器传播出电磁波，电磁波在遇到目标后进行反射，通过反射收集目标所需的数据信息。第二种就是电感耦合，这种耦合方式是利用电磁感应定律，通过高频率的交变磁场完成空间耦合。高频或低频工作的鉴识体系一般都采用电感耦合。工作频率通常是135 千赫兹、235千赫兹及13.56 兆赫兹。而微波工作和超高频率的工作一般采用电磁反向散射耦合，工作频率通常是5.8 千兆赫兹、925 兆赫兹和423 兆赫兹[3]。

2 物联网射频技术在无线通信领域中常见的应用

2.1 无线局域网射频技术

现阶段最先进的无线局域网射频技术有很高的信息传输能力，它采用无线电磁波开展数据传输工作，传输范围能够达到几十米。无线局域网射频技术传输数据信息时需要借助一个或几个无线连接仪器，现阶段经常使用的是2.4 千兆赫兹、无线网络802.11b/g 操作的Wi-Fi，采用高端模块或配置时可以提供双波段Wi-Fi 或者高速多输入多输出。双波段Wi-Fi 能够供给使用工具两种频段，即2.4 千兆赫兹802.11b/g 与5.8 千兆赫兹802.11b/g。高速输入或输出在2.4 千兆赫兹的范畴内可以同时使用几个射频，进而提升性能[4]。一言以蔽之，无线局域网射频技术不仅可以避免仪器之间的滋扰，还能增强数据传输的稳定性。

2.2 常见的蓝牙射频技术

蓝牙射频技术采用的频带一般为2.4 千兆赫兹，这个频带的使用有助于传输工作的顺利进行。把调频技术当做蓝牙射频技术的基础，不但可以开阔频谱，还能使信号功率谱的密度降低。蓝牙射频技术使用的频带大概是2.402 千兆赫兹～2.480 千兆赫兹，低端配置的保护屏段通常是两兆赫兹，而高端设备的保护频段是3.5 兆赫兹。蓝牙射频技术的发射功率分为3个阶段，第1阶段的发射功率是1兆瓦，第2 阶段的发射功率是2.5 兆瓦，而第3 阶段的发射功率是100 兆瓦。通常人们选择的发射功率是处于第1 阶段的1 兆瓦，其传输速度是1024kb/s，传输距离在10 米左右。但如果采用100 兆瓦的发射功率，那么传播速度就是10Mb/s，传输距离在100米左右。蓝牙射频技术体系的构成部件有发送设备、接收设备、合成设备等，合成设备是蓝牙射频技术体系的关键构成部分，合成设备的工作频率只是发射频率的二分之一[5]。

2.3 射频管理应用于网络改善

所谓的射频管理就是指通过运转使射频能量得以在良好的环境中进行传输。例如：目前生活中有许多无线AP 仪器都是有射频管理功能的，通常情况下，射频管理这个功能，可以随时监控周围的环境，自动建立一切与无线AP 仪器相关的数据，协调AP 仪器所需的工作频率和发射频率，尽量减少相似或相同频道间的互相滋扰，而且这是一个连续不断的过程，这一特点确保了每一个AP 仪器能够在最恰当的无线频道上使用最合适的发射频率提供服务。

2.4 物联网射频技术中的“超宽带”无线技术

通过使用超宽带无线技术可以提高物联网射频技术体系的安全性能，超宽带无线技术运用的是跳时扩频技术，并且发射功率谱的密度非常低，其射频宽带大于1GL，超宽带信号可以藏匿于嘈杂的环境中或其他信号中，但不能采用以往的接收设备进行接收与鉴识，一定要选择和发射仪器一样的扩频设备才能进行接收和识别。扩频调解“超宽带”无线技术信号的增益是很大的，若选择低增益的全向天线可以在几公里的范围内进行通讯，而且使用1兆瓦以下的发射功率就能进行，这是因为该发射功率可以节约射频技术体系的电源用量，增加电源的耐用程度，这种发射功率比较合适应用于移动通讯设备上，根据调查可知，采用超宽带无线技术的网络设备，待机时长有了很大的提高，最高可以达到6 个月。超宽带既给系统提供了很大的容量，又给系统带来了较高的增益，而且拥有了较大的多径分辨能力。当前，超宽带无线技术是无线通讯技术发展的目标，和以往的截波通讯系统相比有较大的优势。

3 物联网射频技术在应用时会产生的问题

物联网射频技术在应用时拥有良好的保密性能，但是射频技术的芯片和芯片在获取数据信息时很容易被不良系统攻击，因此，怎样保护物联网射频技术的芯片数据不受攻击，是一个值得深思的问题。《UHF 空中接口协议》是用来管理标签至阅读器的数据信息，最新规定的物联网射频技术标准重新设置了UHF 空中接口协议，为芯片里的数据信息开启了保护。RFID 新准则的基础是有一个较为安全的链路，该基础可以保护被动型标签不受攻击。如果把数据信息输入芯片中，系统就会存入数据，数据只能被获取但不能被修改，即只有读取功能。一些可获取可修改的芯片若缺乏安全的系统保护，就可能会面临芯片中的数据信息被篡改的问题[6]。一旦芯片里的数据信息被不怀好意的人获取甚至篡改，就会完成难以评估的危害。