無人超市讓RFID技術迎來了第二春

無人超市，這個在近期漸有趕超“共享單車”的熱詞，已經成為了大家眼前的一個亮點。阿里巴巴的操盤者馬云在近期提出了“新零售”的概念，認為超市、便利店形式的零售店可以不借助收銀員來達到“無人超市”。伴隨著上海楊浦區(qū)歐尚超市長陽路店的停車場附近的無人超市的出現，繽果盒子、羅森、阿里巴巴……諸多企業(yè)宣布開啟或將開啟“無人超市”項目。在上海，這種新業(yè)態(tài)悄然落地。

無人超市并非是空穴來風!

國際巨頭亞馬遜收購線下零售超市(以 137 億美元收購美國全食超市)刺激傳統(tǒng)商超大鱷沃爾瑪神經(股價反映當日交易跌幅7%)動作之前，去年年底就哄搶線下零售的細分場景，放出了一個憋了四年的超級大招——全新的線下商店 Amazon Go。無須排隊結賬的實體店：刷手機進店、選品、拿貨，然后走人!亞馬遜無人超市讓人大開眼界，不排隊不結賬，拿了東西就走人，Amazon Go購物簡直一氣呵成。

Amazon Go的成功自然讓阿里巴巴等巨頭企業(yè)動了心，通過與高科技企業(yè)公司的合作，各大企業(yè)也逐漸地讓無人超市這一新零售概念成為了現實，無人超市的出現與RFID技術的運用密不可分。根據上海當地用戶的體驗發(fā)現，無人超市中的商品都被貼上了一種標簽。

這種標簽就是電子標簽，也是RFID系統(tǒng)中的重要組成部分，該超市中采用了inlay系列中全向標簽H47標簽，該標簽 采用了impinj最新的true 3D技術，H47采用標簽雙天線，讀取效果不受讀寫器天線的限制，可以在空間360度被很好地識別，是超高頻RFID領域的一次重大創(chuàng)新技術。電子標簽結合自動收銀臺中的讀寫系統(tǒng)，幫助消費者完成付費。

RFID技術作為一項無線通訊技術非常合適投入了新零售的概念之中。因此將RFID技術成為無人超市背后的功臣亦無可厚非。在結合RFID相關技術的情況下，無人超市還結合電子監(jiān)控等技術，盡可能完美的讓一個真正的無人超市呈現在人們的面前。也許無人超市的誕生會如同共享單車一般，存在著許許多多的需要解決的問題，但是更為便捷的經濟生活方式已然成為一種時代的趨勢。

對一個RFID系統(tǒng)來說，它的頻段概念是指讀寫器通過天線發(fā)送、接收并識讀的標簽信號頻率范圍。從應用概念來說，射頻標簽的工作頻率也就是射頻識別系統(tǒng)的工作頻率，直接決定系統(tǒng)應用的各方面特性。在RFID系統(tǒng)中，系統(tǒng)工作就像我們平時收聽調頻廣播一樣，射頻標簽和讀寫器也要調制到相同的頻率才能工作。

射頻標簽的工作頻率不僅決定著射頻識別系統(tǒng)工作原理(電感耦合還是電磁耦合)、識別距離，還決定著射頻標簽及讀寫器實現的難易程度和設備成本。RFID應用占據的頻段或頻點在國際上有公認的劃分，即位于ISM波段。典型的工作頻率有：125kHz、133kHz、13.56MHz、27.12MHz、433MHz、902MHz～928MHz、2.45GHz、5.8GHz等。

按照工作頻率的不同，RFID標簽可以分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)和微波等不同種類。不同頻段的RFID工作原理不同，LF和HF頻段RFID電子標簽一般采用電磁耦合原理，而UHF及微波頻段的RFID一般采用電磁發(fā)射原理。目前國際上廣泛采用的頻率分布于4種波段，低頻(125KHz)、高頻(13.54MHz)、超高頻(850MHz～910MFz)和微波(2.45GHz)。每一種頻率都有它的特點，被用在不同的領域，因此要正確使用就要先選擇合適的頻率。

低頻段射頻標簽，簡稱為低頻標簽，其工作頻率范圍為30kHz～300kHz。典型工作頻率有125KHz和133KHz。低頻標簽一般為無源標簽，其工作能量通過電感耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場中獲得。低頻標簽與閱讀器之間傳送數據時，低頻標簽需位于閱讀器天線輻射的近場區(qū)內。低頻標簽的閱讀距離一般情況下小于1米。低頻標簽的典型應用有：動物識別、容器識別、工具識別、電子閉鎖防盜(帶有內置應答器的汽車鑰匙)等。

中高頻段射頻標簽的工作頻率一般為3MHz～30MHz。典型工作頻率為13.56MHz。該頻段的射頻標簽，因其工作原理與低頻標簽完全相同，即采用電感耦合方式工作，所以宜將其歸為低頻標簽類中。另一方面，根據無線電頻率的一般劃分，其工作頻段又稱為高頻，所以也常將其稱為高頻標簽。鑒于該頻段的射頻標簽可能是實際應用中最大量的一種射頻標簽，因而我們只要將高、低理解成為一個相對的概念，即不會造成理解上的混亂。為了便于敘述，我們將其稱為中頻射頻標簽。中頻標簽一般也采用無源設主，其工作能量同低頻標簽一樣，也是通過電感(磁)耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場中獲得。標簽與閱讀器進行數據交換時，標簽必須位于閱讀器天線輻射的近場區(qū)內。中頻標簽的閱讀距離一般情況下也小于1米。中頻標簽由于可方便地做成卡狀，廣泛應用于電子車票、電子身份證、電子閉鎖防盜(電子遙控門鎖控制器)、小區(qū)物業(yè)管理、大廈門禁系統(tǒng)等。

超高頻與微波頻段的射頻標簽簡稱為微波射頻標簽，其典型工作頻率有433.92MHz、862(902)MHz～928MHz、2.45GHz、5.8GHz。微波射頻標簽可分為有源標簽與無源標簽兩類。工作時，射頻標簽位于閱讀器天線輻射場的遠區(qū)場內，標簽與閱讀器之間的耦合方式為電磁耦合方式。閱讀器天線輻射場為無源標簽提供射頻能量，將有源標簽喚醒。相應的射頻識別系統(tǒng)閱讀距離一般大于1m，典型情況為4m～6m，最大可達10m以上。閱讀器天線一般均為定向天線，只有在閱讀器天線定向波束范圍內的射頻標簽可被讀/寫。由于閱讀距離的增加，應用中有可能在閱讀區(qū)域中同時出現多個射頻標簽的情況，從而提出了多標簽同時讀取的需求。目前，先進的射頻識別系統(tǒng)均將多標簽識讀問題作為系統(tǒng)的一個重要特征。超高頻標簽主要用于鐵路車輛自動識別、集裝箱識別，還可用于公路車輛識別與自動收費系統(tǒng)中。

以目前技術水平來說，無源微波射頻標簽比較成功的產品相對集中在902MHz～928MHz工作頻段上。2.45GHz和5.8GHz射頻識別系統(tǒng)多以半無源微波射頻標簽產品面世。半無源標簽一般采用鈕扣電池供電，具有較遠的閱讀距離。微波射頻標簽的典型特點主要集中在是否無源、無線讀寫距離、是否支持多標簽讀寫、是否適合高速識別應用，讀寫器的發(fā)射功率容限，射頻標簽及讀寫器的價格等方面。對于可無線寫的射頻標簽而言，通常情況下寫入距離要小于識讀距離，其原因在于寫入要求更大的能量。微波射頻標簽的數據存儲容量一般限定在2Kbits以內，再大的存儲容量似乎沒有太大的意義，從技術及應用的角度來說，微波射頻標簽并不適合作為大量數據的載體，其主要功能在于標識物品并完成無接觸的識別過程。典型的數據容量指標有：1Kbits、128Bits、64Bits等。由Auto-ID Center制定的產品電子代碼EPC的容量為90Bits。微波射頻標簽的典型應用包括移動車輛識別、電子閉鎖防盜(電子遙控門鎖控制器)、醫(yī)療科研等行業(yè)。

不同頻率的標簽有不同的特點，例如，低頻標簽比超高頻標簽便宜，節(jié)省能量，穿透廢金屬物體力強，工作頻率不受無線電頻率管制約束，最適合用于含水成分較高的物體，例如水果等;超高頻作用范圍廣，傳送數據速度快，但是比較耗能，穿透力較弱，作業(yè)區(qū)域不能有太多干擾，適用于監(jiān)測港口、倉儲等物流領域的物品;而高頻標簽屬中短距識別，讀寫速度也居中，產品價格也相對便宜，比如應用在電子票證一卡通上。

目前，不同的國家對于相同波段，使用的頻率也不盡相同。歐洲使用的超高頻是868MHz，美國則是915MHz。日本目前不允許將超高頻用到射頻技術中。

目前在實際應用中，比較常用的是13.56MHz、860MHz～960MHz、2.45GHz等頻段。近距離RFID系統(tǒng)主要使用125KHz、13.56MHz等LF和HF頻段，技術最為成熟;遠距離RFID系統(tǒng)主要使用433MHz、860MHz～960MHz等UHF頻段，以及2.45GHz、5.8GHz等微波頻段，目前還多在測試當中，沒有大規(guī)模應用。

我國在LF和HF頻段RFID標簽芯片設計方面的技術比較成熟，HF頻段方面的設計技術接近國際先進水平，已經自主開發(fā)出符合ISO14443 Type A、Type B和ISO15693標準的RFID芯片，并成功地應用于交通一卡通和第二代身份證等項目中。

海峽兩岸RFID相關專利分析

在RFID系統(tǒng)研究與實踐過程中，必然會遇到知識產權問題。一方面，相應的專利與知識產權體現出當前的研究水平，為實踐提供參考與借鑒;另一方面，通過對相關專利與知識產權的分析，可以為進一步的研究提供新的方向與思路。這里僅以海峽兩岸RFID相關專利為例加以說明。

海峽兩岸RFID相關專利數量較多，涉及到RFID系統(tǒng)鏈上的各個環(huán)節(jié)，我們取1996年截止到2004年6月這段期間兩岸的專利情況來分析RFID的發(fā)展，并指出從專利層面所體現出的有待著重發(fā)展和解決的問題。

臺灣RFID相關專利檢索

臺灣方面在1996年到2004年6月這段期間共有相關專利28項，涉及到標簽、讀寫器、天線、系統(tǒng)布置的方法信息處理、網絡應用及系統(tǒng)應用等方面(如圖1所示)。

其中，讀寫器類占6項，標簽類——包括其生產、制造、封裝、應用設計以及發(fā)明占12項，天線類1項，系統(tǒng)方法類占2項，RFID系統(tǒng)應用類5項，防碰撞2項。

大陸RFID相關專利

大陸方面在1996年到2004年6月這段期間有相關專利106項，涉及到標簽、讀寫器、天線、信息處理、網絡應用和信息處理及系統(tǒng)應用等方面(如圖2所示)。

其中，讀寫器類占18項，標簽類(包括其生產、制造、封裝、應用設計以及發(fā)明)占53項，天線類6項，RFID系統(tǒng)應用及方法類占18項，防碰撞2項，大陸在網絡應用及信息處理方面有9項專利。

通過分析知道，大陸和臺灣RFID的相關專利主要集中在標簽的設計、制造封裝等方面，其次就是讀寫器類包括其電路設計及一些應用RFID的閉環(huán)系統(tǒng)，或一些簡單應用;而對RFID應用鏈上的軟件部分，比如結合網絡的信息處理，大規(guī)模范圍的開環(huán)應用及一些關鍵問題如防碰撞問題，與條形碼的兼容性問題等方面則鮮有專利。即使RFID的應用專利也大體上都是RFID的簡單應用例子，沒有在一個大的系統(tǒng)上形成體系?；蛘哒f在RFID的整個后臺處理、數據庫管理、編碼規(guī)則、調度問題等方面鮮有相關的知識產權及專利申請，另外在RFID應用的測試策略方面知識產權相對也較少。而這對于實現RFID更廣泛應用是非常關鍵的。今后我們的研究方向可以結合大的系統(tǒng)應用提出整套方案及框架，同時研究有效的基于網絡的后臺信息處理系統(tǒng)的構建。另外RFID技術實際應用中的一些關鍵問題也是我們應該共同研究攻關的方向，比如防碰撞問題、電磁兼容問題等等。

無人超市也讓RFID煥發(fā)了第二春?；赗FID技術的無人店目前主要有以下三種模式，按使用流程來分主要分成：

1、預識別(身份)模式

2、免識別(身份)模式

3、全開放模式

預識別(身份)模式是指用戶在打開智能商品柜或無人店大門時需先進行身份識別后方可進行商品購物的。如歐尚引入的無人店，首先需掃描二維碼(身份認證)后方可進入，即屬于一種典型的預識別(身份)應用，如不能完成識別，則消費者無法進行購物動作! (商品均配有RFID標簽，并形成相應電子賬單)。

免識別(身份)模式是指用戶無需進行身份識別即可進行商品購物。一般此類無人店都會設有門禁系統(tǒng)，消費者通過物理開關可以直接進入店內，在消費者進入后，門禁自動鎖死，消費者在購物完成且支付成功后，門禁方可重新開啟。 (商品均配有RFID標簽，并形成相應電子賬單)。

全開放模式是指用戶可自由出入店內，并可自由選擇商品，商品帶有RFID及二維碼支付標簽，消費者在選擇商品并掃碼完成支付后即可出店。但如未完成支付而出店時，門禁系統(tǒng)會自動檢測并報警。全開放模式的優(yōu)點在于，可以解決多點購物結算問題，同時門店改造相對可控。該模式如加以配備少量服務人員并結合前兩種模式的應用設備組合的話，則特別適合便利店、超市形成有人、無人結合應用的新模式。

不管無人超市是否這個商業(yè)模式是否成功，但是RFID從新成為熱門的物聯網的連接方式再次走進人們的視野。