วัชรากร หนูทอง และ อนุกูล น้อยไม้
ศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ (NECTEC)

สวัสดีท่านผู้อ่านทุกท่านครับ พบกันอีกครั้งในตอนที่ 2 ของ RFID เทคโนโลยีอัจฉริยะแห่งอนาคต ซึ่งผู้อ่านคงได้ทำความรู้จักกับเทคโนโลยีดังกล่าวไม่มากก็น้อยในตอนนี้ เรารู้จักประเภทของระบบ RFID ว่ามีอะไรบ้าง เหมาะสมกับการนำไปประยุกต์ใช้งานแบบใดบ้าง ข้อเด่น ข้อด้อย ในแต่ละประเภท

จากนั้นทำความรู้จักแบบเจาะลึกลงไปในรายละเอียดของป้ายอิเล็กทรอนิกส์แบบต่าง ๆ และเครื่องอ่าน และสุดท้ายจะเรียนรู้ถึงหลักการและเทคนิคการรับส่งข้อมูลในการสื่อสารระหว่างป้ายอิเล็กทรอนิกส์กับเครื่องอ่าน เช่น การเข้ารหัสข้อมูล (Coding) การมอดูเลต (Modulation) เราไปเจาะลึกในหัวข้อต่าง ๆ กันเลยครับ

ประเภทของระบบ RFID

การแบ่งประเภทของระบบ RFID อาจถูกจัดจำแนกได้หลายอย่างขึ้นอยู่กับคุณสมบัติใดที่นำมาจำแนกประเภทของระบบ RFID เช่น 
- ขนาดของหน่วยความจำ 
- ความสามารถของระบบ 
- ย่านความถี่ที่ใช้งาน 
- มาตรฐานที่ใช้งาน
เห็นไหมครับว่ามีการจำแนกประเภทของระบบ RFID ได้หลายอย่าง เราไปดูรายละเอียดกันทีละอย่างกันเลยครับ

การจำแนกโดยใช้ขนาดของหน่วยความจำของป้าย

ป้ายชนิด 1 บิต หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า EAS เป็นป้ายที่ไม่มีไมโครชิปฝังอยู่มีเพียงสายอากาศกับตัวเก็บประจุเท่านั้น หรือเทียบได้ว่ามีเป็นรหัสดิจิตอลเพียง 0 หรือ 1 หรือมี หรือไม่มีป้ายอยู่ในบริเวณที่เครื่องอ่านที่ทำการตรวจจับสัญญาณ โดยส่วนใหญ่จะใช้เป็นป้ายสำหรับการกันขโมย ในห้างร้านต่าง ๆ

โดยป้ายจะติดอยู่กับตัวสินค้าหรือซ่อนอยู่ที่หลังบาร์โค้ดอีกที โดยป้าย EAS มีทั้งแบบอ่อนที่ซ้อนอยู่หลังบาร์โค้ด CD และแบบแข็งที่ทำการพลาสติกในรูปแบบต่าง ๆ พิจารณาจากรูปที่ 1

ส่วนเครื่องอ่านจะถูกออกแบบให้เป็นโครงสร้างเสาอากาศสูงประมาณ 1-1.2 เมตร ติดตั้งอยู่บริเวณทางออกจากห้างร้านนั้น ๆ พิจารณาจากรูปที่ 2 โดยการทำงานของระบบ EAS มีดังนี้คือ เมื่อนำสินค้าที่มีป้ายดังกล่าวติดอยู่ ผ่านบริเวณเครื่องอ่าน เครื่องอ่านจะทำการตรวจจับป้าย ถ้ามีป้ายที่ไม่ได้ทำการทำลายความเป็นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เคาน์เตอร์ชำระเงินที่ถูกต้อง เครื่องอ่านจะส่งเสียงเตือน

ส่วนถ้าป้ายใดทำการทำลายสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเรียบร้อยแล้ว เมื่อเดินออกจากร้านเครื่องอ่านจะไม่ส่งเสียงเตือน ซึ่งป้ายพวกนี้มีราคาค่อนข้างถูกมากกว่าป้ายชนิดอื่น ๆ แต่ข้อเสียไม่สามารถที่จะเก็บข้อมูลต่าง ๆ ได้เนื่องจากไม่มีหน่วยความจำภายใน 

รูปที่ 1 ป้ายแบบ EAS ชนิดอ่อน (ซ้าย) ชนิดแข็ง (ขวา)

รูปที่ 2 เครื่องอ่านของระบบ EAS

ป้ายชนิดนี้จะมีไมโครชิปและหน่วยความจำอยู่ภายใน ทำให้ราคาจะสูงกว่าป้ายแบบ EAS โดยหน่วยความจำสามารถเก็บข้อมูลสูงสุดที่ 64 กิโลไบต์ มีทั้งแบบมีหน่วยความจำแบบอย่างเดียว หรือมีส่วนของวงจรคอนโทรลเลอร์ฝังอยู่ด้วย หรือป้ายที่มีความซับซ้อนสูงจะมีวงจรไมโครโปรเซสเซอร์ขนาด 8, 16 หรือ 32 บิตฝังอยู่ภายใน ที่เราเรียกกันว่า สมาร์ตการ์ดไร้สัมผัส (Contactless Smartcard)

รูปที่ 3 โครงสร้างภายในของป้ายแบบสมาร์ตการ์ดไร้สัมผัส

การจำแนกโดยความสามารถของระบบ

รูปที่ 4 ระบบ RFID ที่จำแนกตามความสามารถของระบบ

จากรูปที่ 4 เราอาจจำแนกประเภทของ RFID จากความสามารถของระบบโดยรวมได้ดังนี้

- ระบบอ่านได้อย่างเดียว (Read-only)
- ระบบอ่านและเขียนข้อมูลได้ (Read-write)
- ระบบอ่านได้หลายป้ายพร้อม ๆ กัน (Anti-collision)
- ระบบที่สามารถเข้ารหัสลับได้ (Encryption)
- ระบบที่มีไมโครโปรเซสเซอร์และระบบปฏิบัติการอยู่ภายใน (Smart Card Operation System)
-  ระบบที่มีหน่วยประมวลในการเข้ารหัสลับรวมกับไมโครโปรเซสเซอร์อยู่ภายใน (Cryptographic Coprocessor)

โดยระบบอ่านได้อย่างเดียวจะถือว่าเป็นระบบที่ Low-end ที่สุด โดยส่วนใหญ่จะเป็นระบบ EAS ที่ใช้กันขโมยสินค้า หรือระบบที่ต้องการอ่านอย่างเดียว โดยข้อมูลภายในป้ายจะมีเพียงรหัสหรือไอดีของป้ายเท่านั้น ไม่สามารถเขียนข้อมูลได้เนื่องจากป้ายถูกออกแบบขึ้นด้วยเทคโนโลยี ROM เหมาะกับงานที่ต้องการอ่านเพียงอย่างเดียว

ส่วนระบบอ่านและเขียนซ้ำได้ เนื่องจากป้ายจะถูกออกแบบขึ้นด้วยเทคโนโลยี EEPROM จึงสามารถเขียนข้อมูลลงไปได้ หรือระบบที่สูงขึ้นกว่านั้นจะเป็นระบบที่มีการป้องการชนของข้อมูลที่เรียกกันว่า Anticollision

โดยคุณสมบัติของเทคนิคนี้จะทำให้ระบบสามารถอ่านป้ายได้หลาย ๆ ป้ายพร้อมกัน เหมาะกับงานที่ต้องการอ่านป้ายหลาย ๆ ป้ายพร้อมกัน ซึ่งจำนวนกี่ป้ายนั้นขึ้นอยู่หลายปัจจัย เช่น ความถี่ที่ใช้งาน (จะก็กล่าวต่อไปในรายละเอียด) มาตรฐานที่ใช้งาน (จะก็กล่าวต่อไปในรายละเอียด) และเทคนิคในการสร้างระบบป้องกันการชนของข้อมูล

ส่วนระบบที่สูงกว่านั้นเราจะถือเป็นระบบ Hi-end หรือมีเรื่องการรักษาความปลอดภัยในการอ่านเขียนข้อมูล เช่นการพิสูจน์ตัวจริง (Authentication) ระหว่างเครื่องอ่านกับป้าย การเข้ารหัสข้อมูล (Encryption) จนถึงมีระบบปฏิบัติการ (Operation System) ฝังอยู่ในป้าย สามารถรองรับการทำงานได้หลากหลาย เช่น ระบบสมาร์ตการ์ดแบบไร้สาย (Smartcard Contactless) บัตรเดบิต/เครดิต ตั๋วอิเล็กทรอนิกส์ เป็นต้น

การจำแนกโดยความถี่ใช้งาน

ในปัจจุบันคลื่นความถี่ที่ใช้งานกันในระบบ RFID จะอยู่ในย่านความถี่ ISM (Industrial-Scientific-Medical) ซึ่งเป็นย่านความถี่ที่กำหนดในการใช้งานในเชิงการแพทย์ วิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรม สามารถใช้งานได้โดยไม่ตรงกับย่านความถี่ที่ใช้งานในการสื่อสารโดยทั่วไป โดยมี 4 ย่านความถี่ใช้งาน คือสำหรับคลื่นพาหะที่ใช้กันในระบบ RFID อาจแบ่งออกได้เป็น 4 ย่านหลักได้แก่

• ย่านความถี่ต่ำ (Low Frequency: LF) 125/134 kHz
• ย่านความถี่สูง (High Frequency: HF) 6.8/13.56 MHz
• ย่านความถี่สูงยิ่ง (Ultra High Frequency: UHF) 433/868/915 MHz
• ย่านความถี่ไมโครเวฟ (Microwave Frequency) 2.45/5.8 GHz

รูปที่ 5 แสดงกราฟความถี่ที่ใช้งานในระบบ RFID

ป้ายย่านความถี่ต่ำที่มีใช้อยู่ในปัจจุบันจะอยู่ที่ 125 KHz จนถึง 134.2 KHz ส่วนป้ายในความถี่จะถูกใช้ในงานปศุสัตว์ เนื่องจากมาตรฐานว่าด้วยการอ่านค่าประจำตัวสัตว์ (Animal Identification) หรือ ISO 11784/85 กำหนดในใช้ในย่านความถี่ 134.2 KHz เนื่องจากป้ายความถี่จะอ่านผ่านน้ำและเนื้อเยื้อของสัตว์ได้ ในกรณีฝังลงในผิวหนัง หรือถูกใช้เป็นป้ายในระบบควบคุมการเข้าออกอาคาร ที่จอดรถ หรือสายการผลิตในโรงงานอุตสาหกรรม  

โดยป้ายส่วนใหญ่จะเป็นแบบ Passive (ไม่มีแบตเตอรี่) แบบทั้งอ่านได้อย่างเดียวจนถึงอ่านและเขียนได้ มีหลายรูปแบบ (พิจารณาจากรูปที่ 6) ข้อด้อยคือ ป้ายย่านความถี่นี้จะมีสายอากาศค่อนข้างยาว (ขดลวด 10-100 รอบ) ทำให้ราคาต่อตัวค่อนข้างแพงถ้าเปรียบเทียบกับป้ายความถี่อื่น ๆ ประมาณ 100-300 บาท มีอัตราการส่งข้อมูลต่ำ (ระหว่าง 1-4 Kbps) ระยะอ่านสูงสุดประมาณ 10 เซนติเมตร (ขึ้นกับกำลังส่งของเครื่องอ่านและขนาดของสายอากาศในป้าย)

รูปที่ 6 ตัวอย่างป้ายความถี่ต่ำที่ใช้ในงานปศุสัตว์

ป้ายในย่านความถี่สูงส่วนใหญ่จะใช้ย่านความถี่ 13.56 MHz ซึ่งเป็นย่านความถี่ที่นิยมใช้กันทั่วโลก ถูกใช้เป็นบัตร (Smartcard Contactless) หรือในรูปแบบฉลากสินค้าหรือป้ายสินค้า ที่เรียกกันว่า Smart Label พิจารณาจากรูปที่ 7 โดยคุณสมบัติของป้ายย่านความถี่สูงนี้ จะมีระบบป้องกันการชนกันของข้อมูล ทำให้สามารถอ่านได้หลาย ๆ ป้ายพร้อม ๆ กัน

มีระยะอ่านที่ไกลกว่าป้ายความถี่ต่ำ อยู่ที่ประมาณ 30-120 เซนติเมตร (ขึ้นกับกำลังส่งของเครื่องอ่านและขนาดของสายอากาศในป้าย) ส่วนใหญ่ป้ายจะเป็นแบบไม่มีแบตเตอรี่ สามารถอ่านและเขียนข้อมูลลงไปได้ มีอัตรารับส่งข้อมูลสูงกว่าป้ายความถี่ต่ำ อยู่ที่ 10-100 Kbps ส่วนสายอากาศจะมีขนาดสั้นกว่าป้ายความถี่สูงประมาณ 3-6 รอบ ทำให้ราคาถูกกว่าป้ายความถี่ต่ำ ราคาอยู่ที่ 20-120 บาท

ข้อเด่น สามารถอ่านผ่านกระดาษ หรือพลาสติก ได้ ส่วนข้อด้อยคือ จะไม่สามารถอ่านได้บริเวณที่มีน้ำและโลหะ เหมาะสมกับการประยุกต์ใช้ในงาน เช่น ฉลากสินค้าอิเล็กทรอนิกส์ หนังสือเดินทางอิเล็กทรอนิกส์ (e-Passport) ฉลากที่ติดกับสัมภาระบนเครื่องบิน บัตรเข้าออกสำนักงาน ห้องสมุดอัจฉริยะ (e-Library) ใช้ติดในหนังสือ เพื่อป้องกันขโมยและสามารถทำระบบยืมคืนอัตโนมัติได้ เป็นต้น

รูปที่ 7 ตัวอย่างป้ายย่านความถี่สูงแบบบัตรและ Smart label รูปแบบต่าง ๆ

ป้ายย่านความถี่สูงยิ่ง (Ultra High Frequency)

ป้ายในย่านความถี่สูงยิ่งนี้จะมีช่วงความถี่ตั้งแต่ 433, 868-915 MHz ซึ่งมีความแตกต่างกันในแต่ละประเทศที่ใช้งานขึ้นกับกฎเกณฑ์และข้อกำหนดต่าง ๆ ของแต่ละประเทศที่ไม่เหมือนกัน ซึ่งทาง ITU: International Telecommunication Union กำหนดออกแบบ 3 โซน ได้แก่ ยุโรป อเมริกา เอเชียและออสเตรเลีย และเรียกได้ว่าในแต่ละประเทศของแต่ละโซนก็มีกฎเกณฑ์และข้อกำหนดที่แตกต่างกันในรายละเอียด ขอยกตัวอย่างเช่น

- ยุโรปกำหนดให้ใช้ในย่านความถี่ที่  865-869 MHz สำหรับ RFID ย่านความถี่สูงยิ่งโดยกำส่งไม่เกิน 2W (e.r.p.*) ตามสูงกว่าที่กำหนดต่อทำการขออนุญาตติใช้งานเป็นกรณีพิเศษ
- อเมริกากำหนดให้ใช้ในย่านความถี่ที่  902-928 MHz กำส่งไม่เกิน 4W (e.i.r.p.**)
- ญี่ปุ่นให้ใช้ในย่านความถี่ที่ 952-955 MHz กำส่งไม่เกิน 0.02W (e.i.r.p.)
- สิงค์โปร์ให้ใช้ในย่านความถี่ที่ 866-869 หรือ 923-925 MHz กำส่งไม่เกิน 0.5W
- ประเทศไทยให้ใช้ในย่านความถี่ที่ 920-925 MHz กำส่งไม่เกิน 4W (e.i.r.p)

ประกาศคณะกรรมการกิจการโทรคมนาคมแห่งชาติ ลงในราชกิจจานุเบกษา
เล่มที่ ๑๒๓ ตอนพิเศษ ๑๐ ง เมื่อวันที่ ๒๔ มกราคม ๒๕๔๙
* e.r.p. = effective radiated power
** e.i.r.p. = effective isotropic radiated power

จะเห็นได้ว่ามีความหลากหลายความถี่ที่ใช้งานมาก ส่วนป้ายในย่านนี้มี ส่วนจุดเด่นทั้งแบบ Passive และ Active จุดเด่นของป้ายในความถี่สูงยิ่งนี้ อยู่ตรงระยะอ่านค่อนไกลกว่าความถี่อื่น ๆ ที่กล่าวมา โดยระยะอ่านประมาณ 3-7 เมตร (Passive) และประมาณ 10-30 เมตร (Active) และขนาดของสายอากาศค่อนข้างสั้นประมาณ 16 เซนติเมตร และสามารถทำจากเทคโนโลยีการพิมพ์ได้ (ต้องใช้เป็นน้ำหมึกที่มีส่วนผสมของโลหะ) พิจารณารูปที่ 7

ทำให้ราคาต่อป้ายค่อนข้างจะถูก อยู่ที่ประมาณ 5-12 บาท มีอัตรารับส่งข้อมูลค่อนเร็วประมาณ 100-256 Kbps มีระบบป้องกันการชนกันของข้อมูล เหมาะอย่างยิ่งกับการประยุกต์ใช้งาน เช่น ระบบ Supply Chain Management, Logistics, Pallet Tagging เป็นต้น

ที่สำคัญในอนาคตอีกไม่นานสินค้าในห้างสรรพสินค้าจะมีป้าย RFID แบบ UHF ติด เพื่อให้ลูกค้าได้รับความสะดวกรวดเร็วในชำระค่าบริการ เพียงแค่เข็นรถเข็นผ่านเครื่องอ่าน ราคาสินค้าก็จะถูกอ่านขึ้นมาทั้งหมด ไม่ต้องรอชำระเงินนานเหมือนในปัจจุบัน แต่จะต้องราคาต่ำมาก ๆ ถึงจะคุ้มในการติดสินค้าเป็นรายชิ้น นั้นก็คืออยู่กับจำนวนของการใช้งานของป้ายและการแข่งขันในเชิงธุรกิจ

รูปที่ 8 ตัวอย่างป้ายย่านความถี่สูงยิ่ง

ป้ายความถี่ไมโครเวฟเป็นป้ายความถี่ประเภทสุดท้ายที่กล่าวถึงโดยจะใช้ความถี่ที่ 2.4 GHz โดยป้ายส่วนใหญ่ในย่านความถี่นี้มักจะเป็นแบบ Active แต่ในปัจจุบันก็เริ่มมีป้ายแบบ Passive ให้ใช้งานมากขึ้น โดยจุดเด่นระยะอ่านไกลที่สุดอยู่ที่ประมาณ 100 เมตร (ถ้าเป็น Active) และที่ 3 เมตร (ถ้าเป็น Passive) มีอัตรารับส่งข้อมูลสูงที่สุดประมาณ 1 Mbps

ใช้หลักการสะท้อนกลับของสัญญาณ (Backscattering) ส่วนให้ใช้ในงานที่ต้องการอ่านระยะไกล เช่น ระบบชำระเงินบนทางด่วน ระบบที่ตามตู้สินค้า ส่วนจุดด้อย เนื่องจากใช้คลื่นไมโครเวฟ ทำให้สามารถถูกดูดกลืน และสะท้อนกลับด้วยน้ำได้

ดังนั้นจึงต้องคำนึงถึงสภาพแวดล้อมในการใช้งานด้วย และที่สำคัญความถี่ช่วงนี้มีหลายเทคโนโลยีใช้งานกัน ตัวอย่างเช่น Bluebooth, Wi-Fi เป็นต้น ซึ่งอาจส่งผมกระทบในการลบกวนการทำงานกันและกันได้ ถ้าอยู่บริเวณหลายเดียวกัน โดยป้ายความถี่ไมโครเวฟมีหลายลักษณะ แต่มีรูปร่างค่อนข้างใหญ่ กว่าป้ายความถี่อื่น ๆ เนื่องจากในป้ายมีแบตเตอรี่อยู่ภายใน พิจารณาจากรูปที่

รูปที่ 9 ตัวอย่างป้ายย่านความถี่ไมโครเวฟ

สรุปถ้าเปรียบเทียบป้ายคลื่นความถี่ที่ใช้งานย่านความถีต่าง ๆ ในด้านของระยะการอ่าน อาจสามารถสรุปได้ดังตารางต่อไปนี้

โดยหน้าที่ของเครื่องอ่านก็คือ การเชื่อมต่อเพื่ออ่านหรือเขียนข้อมูลลงในป้ายด้วยสัญญาณความถี่วิทยุ ภายในเครื่องอ่านจะประกอบด้วย เสาอากาศที่ทำจากขดลวดทองแดง เพื่อใช้รับส่งสัญญาณ ภาครับและภาคส่งสัญญาณวิทยุ และวงจรควบคุมการอ่าน-เขียนข้อมูลซึ่งมักจะเป็นวงจรจำพวกไมโครคอนโทรลเลอร์ และส่วนของการติดต่อกับคอมพิวเตอร์

โดยการทำงานเครื่องอ่านที่ออกแบบมาที่ย่านความถี่ใดความถี่หนึ่งก็จะสามารถอ่านหรือเขียนข้อมูลของป้ายในย่านความถี่นั้น ๆ ไม่สามารถอ่านหรือเขียนข้อมูลในป้ายย่านความถี่อื่น ๆ ได้ และในรายละเอียดของเครื่องอ่านในความถี่เดียวกันอาจไม่สามารถอ่านป้ายย่านความถี่นั้นได้เนื่องจากอาจไม่ตรงกับ Protocol ในแต่ละมาตรฐานได้

ดังนั้นผู้ใช้จะต้องทำความเข้าใจว่าระบบที่จะนำมาใช้งานเป็นระบบประเภทไหน ย่านความถี่อะไร จงจำไว้ว่า ไม่มีเครื่องอ่านเครื่องไหน สามารถอ่านป้ายได้ทุกป้ายนะครับ เราลองมาเจาะลึกภายในวงจรของเครื่องอ่านกันว่ามีอะไรกันบ้าง ซึ่งทางเราได้ทำการออกแบบเครื่องอ่าน RFID ย่านความถี่สูง และความถี่ต่ำ โดยตัวอย่างที่อยู่ในบทความนี้ขอยกตัวอย่างเครื่องอ่านย่านความถี่สูง พิจารณาจากรูปที่ 10

รูปที่ 10 แสดงโครงสร้างของเครื่องอ่านย่านความถี่สูง

จากรูปที่ 10 จะมีองค์ประกอบหลักเริ่มจาก ส่วนกำเนิดสัญญาณรูปเหลี่ยม (Pulse Generator) ความถี่ 13.56 เมกะเฮิรตซ์ (MHz) ผลิตสัญญาณส่งผ่านไปยังภาคขับ (Driver) เพื่อเพิ่มสมรรถนะในการขับภาคขยายกำลัง (Power Amplifier: PA) ซึ่งทำหน้าที่ขับกระแสสัญญาณต่อไปยังขดลวดเพื่อเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็กเชื่อมโยงไปยังส่วนป้าย

ขณะเดียวกัน ส่วนขดลวดดังกล่าวก็จะทำหน้าที่เสมือนเป็นสายอากาศรับสัญญาณสนามแม่เหล็กความถี่คลื่นพาห์ 13.56 เมกะเฮิรตซ์ที่ถูกมอดูเลตเชิงขนาดจากข้อมูลจำเพาะของส่วนป้ายชื่อ 1  

จากนั้นส่วนตรวจจับขอบ (Envelope Detector) ที่ทำงานร่วมกับส่วนขยายสัญญาณแบบต่ำผ่าน (Filter and Limiter) ก็จะทำการแยกข้อมูลออกจากสัญญาณคลื่นพาห์และขยายจนกระทั่งได้ระดับศักดาของข้อมูลตามมาตรฐานลอจิก เพื่อส่งต่อเข้าส่วนประมวลผลข้อมูล (Processing Unit) ต่อไป พิจารณาจากรูปที่ 11,12 ซึ่งเป็นวงจรที่ออกแบบ

รูปที่ 11 แสดงตัวอย่างวงจรภายในเครื่องอ่านต้นแบบย่านความถี่สูง

รูปที่ 12 แสดงตัวอย่างเครื่องอ่านต้นแบบย่านความถี่สูง

ในปัจจุบันมีบริษัทที่ออกแบบเครื่องอ่านเป็นจำนวนมากส่วนใหญ่จะเป็นของต่างประเทศ มีผู้พัฒนาในประเทศไม่กี่บริษัท ซึ่งทางศูนย์ฯ จึงได้ทำการวิจัยและออกแบบเครื่องอ่าน RFID ย่านความถี่สูงและความถี่ต่ำ และพร้อมที่จะให้สิทธิกับบริษัทที่สนใจนำไปผลิตในเชิงพาณิชย์ต่อไป ถ้าผู้อ่านท่านใดสนใจข้อมูลเพิ่มเติมสามารถอ่านรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่ www.tidi.nectec.or.th และคลิกหน้า Research นะครับ

หลักการและเทคนิคการรับส่งข้อมูลในการสื่อสารระหว่างป้ายอิเล็กทรอนิกส์กับเครื่องอ่าน

กระบวนการส่งสัญญาณระหว่าง RFID และ Reader โดยทั่วไปก็เป็นไปตามกระบานการทางด้าน Digital Communication นั่นคือ การจะต้องเตรียมข้อมูลดิจิตอลที่จะส่งผ่านโดยการทำเข้ารหัสสัญญาณ (Coding) ให้อยู่ในรูปที่เหมาะสมสำหรับการส่งผ่านช่องสัญญาณหรือ Channel

คำว่าเหมาะสมหมายถึงว่าสัญญาณมีโอกาสจะถูกส่งผ่าน Channel ที่มีสัญญาณรบกวน (Noise) โดยมีค่าผิดพลาดน้อยที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ ซึ่งวิธีเข้ารหัสข้อมูล นั้นมีได้หลายแบบโดยการเลือกใช้นั้นขึ้นอยู่กับ Channel ที่จะส่งผ่าน ตัวอย่างเทคนิคการทำเข้ารหัสข้อมูล มีดังเช่น NRZ Coding/Manchester Coding/Miller Coding /Differential Coding เป็นต้น

รูปที่ 13 ตัวอย่างการเข้ารหัสสัญญาณแบบต่าง ๆ ในระบบ RFID

จากรูปที่ 13 เราจะพบว่ามาตรฐานการเข้ารหัสสัญญาณมีอยู่หลายเทคนิคและหลายรูปแบบ โดยที่นิยมใช้งานกันก็คือ NRZ และ Manchester โดยการเข้ารหัสแบบ NRZ (Non-Return to Zero) จะใช้สถานะลอจิก “High” แทนค่าที่เป็น 1 และใช้สถานะลอจิก “Low” แทนค่าที่เป็น 0 การเข้ารหัสสัญญาณวิธีเป็นวิธีที่ง่ายเนื่องจากเป็นการเข้ารหัสสัญญาณที่ใช้ในคอมพิวเตอร์ทั่วไป

แต่จะมีปัญหาเรื่องอัตราการส่งข้อมูลที่ผิดพลาด (Bit Error Rate) ค่อนข้างสูงถ้ามีการส่งข้อมูล 1 หรือ 0 ซ้ำ ๆ กันเป็นระยะเวลานาน และระยะทางไกล ๆ เนื่องจากเครื่องอ่านรับอาจไม่สามารถรับข้อมูลแบบ NRZ ได้ครบทุกบิตที่ส่ง

เนื่องจากปัญหาของการการเข้าจังหวะ (Synchonize) ดังนั้นเทคนิคนี้จึงนิยมใช้กับระบบที่มีระยะอ่านใกล้เท่านั้น ส่วนระบบที่ต้องการระยะอ่านไกล ๆ จะใช้เทคนิคการเข้ารหัสแบบ Manchester เนื่องจากการเข้ารหัสสัญญาณแบบนี้ จะใช้สถานะขอบสัญญาณขาลง (Falling Edge) แทนค่าที่เป็น 1 และใช้สถานะขอบสัญญาณขาขึ้น (Rising Edge) แทนค่าที่เป็น 0

ซึ่งวิธีนี้จะช่วยเรื่องลดอัตราการส่งข้อมูลผิดพลาดได้มากเนื่องจาก ทุกบิตของข้อมูลมีการเปลี่ยนสถานะตลอดเวลาทำให้ปัญหาของการเข้าจังหวะระหว่างเครื่องอ่านและป้ายทำได้ง่ายขึ้น แต่การออกแบบเครื่องอ่านจะทำได้ยากขึ้น ถ้าเปรียบเทียบกับการเข้ารหัสแบบ NRZ เนื่องจากอัตราการส่งข้อมูลจากป้ายมายังเครื่องอ่านจะเป็น 2 เท่าของอัตราการส่งข้อมูลแบบ NRZ

หลังจากการทำการเข้ารหัสสัญญาณแล้ว สัญญาณจะถูกทำการโมดูเลตแบบดิจิตอล (Digital Modulation) กับคลื่นพาหะย่านที่สูงกว่าเพื่อทำการส่งรับข้อมูลในย่านนั้น ๆ การทำการโมดูเลตนั้นหมายถึง การทำการปรับเปลี่ยนค่าต่าง ๆ ของคลื่นพาหะซึ่งเป็นคลื่นสนามแม่เหล็กไฟฟ้า การโมดูเลตแบบดิจิตอลมี 3 วิธีดังนี้

• Amplitude Shift Keying (ASK) เป็นการโมดูเลตโดยอาศัยการเปลี่ยนแปลงของความสูงของยอดคลื่นพาหะ (Amplitude) โดยทีข้อมูลที่เป็น 0 จะมีความสูงลดลง ขึ้นกับว่ามีการโมดูเลตกี่เปอร์เซ็นต์ เช่น 10%, 20 % หรือ 100% (ถ้าเป็น 100 % จะแสดงดังรูปที่ 14) ส่วนข้อมูลที่เป็น 1 จะมีความสูงเต็มยอดคลื่น หรือว่าเรียกว่า Unmodulate

รูปที่ 14 แสดงการโมดูเลตแบบ ASK แบบ 100%

• Frequency Shift Keying (FSK) เป็นการโมดูเลตที่ใช้การเปลี่ยนแปลงความถี่ของคลื่นพาหะ 2 คลื่นความถี่ มาผสมกับข้อมูล พิจารณาจากรูปที่ 15 โดยถ้าข้อมูลที่เป็น 0 จะมีความถี่ต่ำกว่าช่วงข้อมูลที่เป็น 1 โดยยอดความสูงของคลื่นไม่เปลี่ยนแปลง

รูปที่ 15 แสดงการโมดูเลตแบบ FSK

• Phase Shift Keying (PSK) เป็นการโมดูเลตที่ใช้การเปลี่ยนแปลงเฟส (Phase) ของคลื่นพาหะมาผสมกับข้อมูล พิจารณาจากรูปที่ 16 โดยถ้าข้อมูลเป็น 0 จะกลับเฟสให้ตรงกันข้ามกับข้อมูลที่เป็น 1 (0 องศา กลับเป็น 180 องศา)

รูปที่ 16 แสดงการโมดูเลตแบบ PSK

สุดท้ายนี้ผู้เขียนหวังว่าท่านผู้อ่านคงจะได้เข้าใจกับเทคโนโลยี RFID มากยิ่งขึ้น และตอนหน้าเรามาทำความรู้จักกับมาตรฐานต่าง ๆ ของ RFID ว่ามีอะไรกันบ้าง ถ้าเราจะนำไปใช้ในงานแต่ละประเภทความใช้มาตรฐานไหน จึงจะเหมาะสม และเรื่องของสิทธิส่วนบุคคลและความปลอดภัยของข้อมูลต่าง ๆ แล้วพบกันตอนหน้านะครับ