無線射頻識別

2-2.1 RFID 系統簡介

無線射頻辨識系統（radio frequency identification, RFID）為一種非接觸式之 自動識別技術，也是近幾年熱門的一項新興產業技術。RFID 的主要操作原理是 利用讀取器(reader)發送無線電波給植入或貼在物件上的電子標籤(tag)，以進行無 線資訊辨識及擷取的工作。其系統的基本架構如圖2-2.1 所示，當應用系統欲對 物件進行辨識工作時，主電腦透過有線或無線方式控制讀取器發送無線電波能 量，當電子標籤感應到此一能量時，其內含的變頻機制會將此能量轉成電源，並 以內建之無線電波傳回一系列的識別資料給讀取機，最後傳回主電腦內，以進行 物件之辨識與管理等工作(陳宏宇, 2004)。

圖2-2.1 RFID 系統架構圖

RFID 是直接承襲了雷達之概念，並由此發展出來的技術，1948 年 Harry Stockman 所發表的“Communication by Means of Reflected Power＂成了射頻識別 系統的理論基礎。RFID 最早的應用可追溯至二次世界大戰，英國利用此技術來 判斷飛機為敵軍或盟軍。在20 世紀中期，無線通訊技術理論與其應用的研究更 促進RFID 發展。至今，RFID 發展已 60 多年，技術的應用也早已從軍事用途逐 漸進入人們的日常生活中，其技術發展按10 年期劃分如表 2-2.1 所示。

RF能量

讀取器

天線

電子標籤

應用系統

有線、無線傳輸

交變磁場 讀寫資料

表2-2.1 RFID 發展歷程 的讀取器（reader）、協助進行信號傳遞之天線（antenna）、以及整合 RFID 系統 資料之主電腦應用系統，茲分別說明如下(Shepard, 2005; 陳宏宇, 2004)：

1. 電子標籤（tag）：

電子標籤主要由電子電路與整合型天線所組合而成，接收到無線射頻電波的 能量與訊號後，電子標籤內的控制電路會將此無線電波能量轉換成電源，並以另 一頻率之信號傳回標籤內存資料，例如病人姓名、性別、病歷號碼等。依電子標 籤的電池之有無，可區分為主動式標籤、半被動式標籤與被動式標籤三種形式：

(1) 主動式標籤（active tag）：

內部含有電池，又稱有源標籤，tag 可利用本身的電力，持續發射無線電波，

毋須透過reader 感應來產生電力。為了省電大都有節電模式，必須在進入讀取器 的讀取範圍時才會被喚醒(wake up)，接收器也會一直發送信號來搜尋感應範圍內 的tag，然後才把資料傳到接收器。可有較長的讀寫範圍（33 公尺以上），也可 儲存較大之記憶體，但壽命受制於電池，體積較大、成本較高為其缺點。

(2) 被動式標籤（passive tag）：內部不具備任何電力，必須由外在電磁感應產生 傳送資料之電力，故又稱無源標籤。由於內部不具電池，相較之下有成本低、體 積小、壽命長以及無須更換電池等優點；但因無內在電力供應致使讀寫範圍較小。

(3) 半被動式標籤（semi-passive tag）：

本身具有電池、讀取範圍與被動式標籤類似，為了改良主動式標籤電池壽命 時間不長的缺點，因此標籤必須經由讀取器的觸發才會運作，故可節省電力。標 籤內建電池是用於內部其他感測元件以監測周圍環境，如環境溫度、振盪情況 等。至於資料的傳輸，還是會等待讀取器發出射頻喚醒，才回送信號。

表2-2.2 被動式標籤與主動式標籤之比較

項目 被動式標籤 半被動式標籤 主動式標籤

電力來源 依靠讀取器電源感應 讀取器/電池 內含電池 讀寫距離 數十公分至數公尺 介於兩者間 超過100公尺

產品成本 低 介於兩者間 高

使用壽命 約20 年 介於兩者間 約2-7 年

產品體積 輕小 介於兩者間 笨重

醫療界之應用 病人辨識 --- 病人追蹤、接觸史

由於一開始的電子標籤製造廠商都使用自己開發的通訊協定，導致不同廠牌

(1) 固定式：固定式的讀取機可置於賣場出口、賣場貨架、倉庫出入口、貨 車、貨櫃場出入口、機場與機艙出入口或用於門禁系統。

(2) 手持式：較固定式輕巧許多，具方向性而且感應距離不長。依據頻率與 功率之不同，讀取機天線的感應距離可為一英吋到100 公尺以上。

3. 天線（antenna）：

為電子標籤與讀取器之間傳遞無線射頻電波的溝通橋樑，RFID 系統至少須一 根天線來完成發射與接收電波的工作。被動式標籤的內建天線用以感應和產生無 線電波以收發資料，讀取器的天線一般設置於讀取器內部，但當讀取距離較長，

所需要的能量較大時，天線會單獨存在並與讀取器相連接。

4. 電腦應用系統：

電腦以有線或無線方式讀取器相連接，並以其內之應用系統控制讀取器的資 料傳輸，以將RFID 系統所獲取之資料利用中介軟體來進行整合之工作，與資料 庫作有效連結，將資料作有效的運用，可提供及時的監控及管理之效。

2-2.3 RFID 系統的操作頻率

RFID系統的操作頻率除了決定可讀取到電子標籤的距離外，亦關係到資料 的傳輸率，也就是越高的傳輸率需要有越高的操作頻率。經過多年的發展，

13.56MHz以下的低頻RFID技術已相對成熟，目前業界最關注的是位於中高頻段 的RFID技術，特別是860MHz至960MHz(UHF頻段)的遠距離RFID技術發展最 快，而2.45GHz和5.8GHz頻段由於產品擁擠、易受干擾、技術相對複雜，其相關 的研究和應用仍處於探索的階段。每個國家所使用的頻帶不盡相同，視所在地電 信 法 規 而 定 。 例 如 在 美 國 ， 頻 率 的 使 用 是 由 聯 邦 通 訊 委 員 會(Federal Communications Commission, FCC)所制訂，而在歐洲則是遵循由歐盟電信標準協 會(European Telecommunications Standards Institute, ETSI) 訂定規範。而各頻帶的 特性整理如表2-2.4，較低頻率的標籤讀取較不易受金屬干擾，但讀取速率則不及 高頻率。RFID操作頻率的選擇，可依據讀取器與電子標籤之間的距離，以及各

國家所開放的頻帶來決定。(Chawla et al., 2007)

表2-2.4 RFID 的操作頻帶與特性

所屬頻帶 LF（低頻） HF（高頻） UHF（超高頻） MW（微波）

頻率 125─135KHz 13.56MHz 400MHz─1GHz 2.45─5.8GHz 傳輸距離 0.5 公尺以下 1.5 公尺以下 約10 公尺 10 公尺以上 (barcode)、光學符號識別(OCR)、IC 卡以及生物識別(biometrics authentication)如 語音辨識與指紋辨識等。其中barcode 條碼技術在過去的 20 年間，一直是所有

RFID 系統可以重複使用、可辨識距離長、速度快，沒有讀寫方向性的限制且穿 500 Bytes，二維條碼約 3000 Bytes

都可見到RFID 的蹤跡，在國內最常見的應用就是寵物植入 RFID 晶片、台北捷