RFID行业新阶段：攻克UHF RFID芯片技术，5G-A无源物联网带来新机会

电子发烧友网报道（文/莫婷婷）无源物联网以其自身不需要配备电池，可以直接从外界环境获取能量表现出来的潜力被业界关注。其在功耗、尺寸以及成本等方面具备优势。在整个物联网市场中，被认为是一个千亿级市场的细分领域。业内人士普遍认为，物联网金字塔基石以RFID、PIOT等为代表的低成本千亿量级应用的无源物联感知标签。

RFID技术作为无源物联网的关键技术，其应用领域也在不断扩大，对RFID芯片的需求不断增长。此前，超高频RFID芯片一直由国际厂商占据主流地位，如今国产RFID芯片厂商在技术上进展如何，5G-A技术与RFID技术融合能够具备哪些技术优势？


国产UHF RFID芯片迎来技术突破

当前，RFID市场海外需求稳步增长，国内需求阶段性不足但潜力巨大。从鞋服、快消品零售、物流包裹领域这三大领域来看，平头哥半导体产品经理宋海龙认为未来的增长重点是在物流包裹领域。

“近两年来部分欧美大牌的物流公司已经实现了物流包裹级的规模化应用。今年也有部分客户找我们做定制，希望在物流包裹领域进行试点。如果能够把物流包裹领域来打开，我们相信这个市场会有更大的发展”，他在IOTE 2024 深圳RFID无源物联网生态研讨会上表示。

RFID根据频率高低，可以分为低频、高频、超高频及微波，前面三种属于无源的形式，微波以有源的形式存在。随着技术发展，消费者对超高频（UHF）RFID的需求也不断增加，成为RFID快速增长的频段。

超高频RFID的产品主要以标签、读写器两大类为主。根据AIoT星图研究院的调研数据，2021年全球UHF RFID标签的出货量为300亿个，预计今年将增长至540个。2021年全球UHF RFID读写器的出货量为83万台，预计今年将增长至150万台。

AIoT星图研究院负责人张中良在RFID无源物联网生态研讨会上表示，全球UHF RFID标签芯片还是以国外厂商占据主流市场。在芯片分布统计中，预计2024年国外芯片将超过500亿颗，NXP和英频杰是两大巨头；国内芯片将达到30亿颗，凯路威、复旦微、智汇芯联、上海坤锐、平头哥半导体等国内芯片厂商也已形成规模化应用。


宋海龙在会上提到，当前RFID技术实现了明显的提升，国内芯片公司技术能力有了长足进步，多数芯片可以转型到超高频RFID芯片，并且灵敏度都能够达到-24dbm。例如平头哥半导体的宇阵611系列的灵敏度达到了-25dbm。

宋海龙也透露，公司的新一代通用超高频RFID电子标签芯片即将发布，将采用全新芯片架构、工艺，在性能、成本，以及环境适应性上都有一定的突破。

电子发烧友在IOTE 2024上了解到，复旦微的超高频标签芯片FM13UF0051E以及坤锐电子的超高频RFID标签芯片Qstar-7U现已经通过 GS1 认证。

复旦微的FM13UF0051E采用了创新的FDT技术，在灵敏度设计、低功耗设计、高可靠性设计等方面具备技术优势，配合RD1616读写器芯片，能够提升识读率，拓展读写距离。此外，公司第二代多协议超高频读写器芯片持续优化中。

复旦微FM13UF0051E（电子发烧友网摄）

随着上述两款超高频RFID芯片获得国际认证，国产RFID芯片厂商也将能够进一步提升在全球市场的竞争力，加速国产化替代的进程。


无源物联网发展至3.0时代，5G-A迎来发展潜力

在技术的演进下，无源物联技术经历了点对点近域时代、用户局域网时代、蜂窝网广域时代。从采用传统RFID一体式，只能进行点对点的扫描，再往后发展，RFID采用了基于蓝牙、WiFi、NBIOT、LoRa等局域网协议，实现室内中等距离无源通讯，可以规模盘点。再到蜂窝网广域时代建立基于基站和云平台的万物互联新业态，如PIOT，实现远距离全产品全周期追溯。在不同应用场景，厂商会选择运用不同的技术和方案。也就是说，上述无源物联技术是同时存在的。

作为一个千亿级市场，无源物联网吸引了业内的关注。产业链厂商持续探索RFID技术的迭代。那么，无源物联网在技术上还能有哪些升级？

华为正在尝试推进5G-A技术在无源物联网中的发展。华为无线标准与产业发展高级专家许海平在研讨会上表示，RFID大部分的应用场景集中在商超、鞋服等行业中，在RFID可能做的不够好或者做不了的场景，就是5G无源物联网需要去探索的场景。“我们希望这不是跟RFID形成一种竞争关系，而是我们去通过技术的升级去探索一个新的业务场景，去创造另外一个千亿连接的市场空间。”



与传统无源物联网相比，5G-A无源物联网具备哪些特点呢？

传统RFID主要是采用单点式结构，Unlicensed频段，采用RFID协议，读取范围为3-8m，短距。随着技术的演进，RFID采用了分离式架构，上行灵敏度提升，读取范围提升至5-10m。而采用了5G-A蜂窝技术的无源物联网采用PIOT协议，在室内的读取距离提升10-24m，室外长距可以达到300-500m，能够多场景组网。

许海平介绍，相比传统无源物联，5G-A无源物联具备5大优势：

一是标准协议版本，全球统一技术自主。为了提升芯片的性能，芯片厂商不断地迭代增益技术，“当我们想把技术性能进一步提升时，发现没有标准化的技术。这是很难在物联网行业实现规模商用的”，他提到，5G无源物联网采用的是3GPP标准，这是全球统一的标准，也有利于未来厂商推进国际业务。

二是频谱功率方面，功率大，可以实现比原有RFID更大的性能；干扰可控。三是覆盖远，抗干扰。四是连续组网，全自动化。连续组网的能力可以带来更多应用场景的拓展。五是支持3类标签更多场景。

3GPP定义了无源物联三类标签，分别为A类标签、B类标签、C类标签。A类标签支持无线供能，B类标签依赖环境供能，覆盖距离更长，C类标签的功耗比NB-IOT低100倍，可支持环境供能，但覆盖比NB-1OT差20~40dB。

当前3GPP标准R19版本Ambient loT立项范围主要是基于室内场景，未来在R20标准冻结后，可以同时支持手机网络、无源物联的技术。R19标准版本提及的拓扑结构或将有两种形式，一是室内基站标签直连，二是室内UE中继。关于中继的方式，不同的厂商有不同的看法，一种是做成基站的形态，功率可以更大；另一种是做成网关的形态，可以更加灵活，最后的结果还得等标准最终发布。

在覆盖能力和组网能力等关键技术指标上，收发一体式RFID的综合覆盖能力为5到8米，Ambient loT蜂窝无源物联(A/B类)综合覆盖能力可以达到70到200米，且组网能力强、抗干扰能力更强。

除了华为，中国移动也在推进5G-A无源物联网，其发展规划将分为三个阶段，近期将打造组网式样板方案，推动蜂窝式技术验证；中期将完成组网式方案商用部署，开展蜂窝式典型场景试点；远期则是持续完善多场景解决方案，全面推进各行业规模商用。

目前，业内已有厂商推出5G-A无源解决方案，包括智汇芯联推出的5G-A PIoT Pegasus无源物联网芯片，坤锐电子推出的5G-A广域无源物联硬件解决方案——5G-A标签仿真器，中移芯昇推出了自研的ARP无源数据路由平台，并且在今年3月助力中国移动广西公司5G-A无源物联网（3.0）项目顺利完成试点验证。

Pegasus系列样品套件（图源：智汇芯联）

根据坤锐电子副总经理杨林丽介绍，公司主要研发B类5G-A无源物联标签，5G-A PIOT标签仿真器将蜂窝技术和传统射频标准支持反向信号增强、环境能量收集，标签灵敏度达到-50dBm，反向放大增益10dB。“我们接下来的任务就是把这个仿真器芯片化，芯片产品预计明年推出”，杨林丽表示。

值得一提的是，坤锐携手中移动、华为完成全球首个基于5G-A无源物联的环境实时监测应用，在2023年5月杭州亚运上，实现了基于无源物联网的百米级覆盖，以及对车辆电池温度的远程自动监测和充电管理，对车辆的定位和实时调度。

将5G无源物联网打造成室内室外无缝连接的骨干是产业的最终目标。当然，在实现这个目标之前，RFID技术还在可靠性&一致性、极限性能、复杂场景识别率等方面存在痛点，在接下来的发展阶段还需要上下游企业联合攻关。