RFIDの通信距離とは、距離が長いことのメリットや測定方法を解説
Contents
RFIDとは
RFID（Radio Frequency Identification）とは、電波のやりとりを通じてデータを読み書きするためのシステムです。RFIDタグにリーダをかざすだけで、非接触でスキャンすることができます。
これまで小売店や物流倉庫などで使われてきたバーコードとの違いは、複数のタグの読み取りや、10メートル程度の距離が離れたタグの読み取りが可能な点にあります。特にRFIDならではの通信距離の長さは、レジ業務や入退室管理、物流業務、交通系ICカードなど、さまざまなシーンで役立っています。
RFIDの通信距離を決める要因とは
通信方式の種類
RFIDの通信距離は、10～50センチメートルと近距離のものから、5～10メートルと比較的長距離なものまでさまざまです。RFIDの通信距離を決める要因は3つあります。そのなかでも、特に通信距離への影響が大きいのがRFIDの通信方式です。
RFIDの通信方式は「電磁誘導方式」「電波方式」の2種類です。電磁誘導方式は、さらにLF帯（Low Frequency）を使うものとHF帯（High Frequency）を使うものに分かれます。通信方式ごとの通信距離を表にまとめました。
【TABLE】
電磁誘導方式は、電磁コイルのアンテナが生み出す電流（誘導起電力）を活用し、データの読み書きをおこなう通信方式です。近年普及しつつある「ワイヤレス給電」にも電磁誘導方式が用いられています。
電磁誘導方式は、LF帯（長波帯）とHF帯（短波帯）の2種類の周波数帯で通信します。LF帯の場合は主に130～135kHz、HF帯の場合は13.56MHzの周波数帯が使われることが一般的です。LF帯は古くから使われてきた通信方式ですが、近年はHF帯のRFIDがよく利用されています。
HF帯は通信距離が約50センチメートル以下と短いものの、RFIDタグの小型化や薄型化が可能なため、交通系ICカードや電子マネーカードに搭載されています。
一方、電磁誘導方式よりも通信距離が長いのが電波方式のRFIDです。電波方式は放射電磁波を活用し、RFIDタグへの電力供給とデータの送受信をおこなっています。電波方式のRFIDが使用する周波数帯は、主に周波数860～960MHzのUHF帯（極超短波帯）です。UHF帯ではなく、2.45GHzのマイクロ波が使われる場合もあります。
UHF帯の通信距離は約5～10メートル、マイクロ波の通信距離は数メートルと比較的長く、電磁誘導方式よりも長距離のデータ通信が可能です。そのため、比較的距離のあるRFIDタグを読み取りたい場合や、複数のタグを同時に読み取りたい場合に電波方式のRFIDが役立ちます。
リーダーライターの電波出力の強さ
RFIDの通信距離に影響する要因の一つが、「リーダーライターの電波出力の強さ」です。RFIDタグを読み取る際は、対応したリーダーライターを付近にかざし、電波のやりとりをおこないます。リーダーライターの電波出力が大きければ大きいほど、遠くに離れたRFIDタグを読み取ることができます。
タグやリーダーライターのアンテナ利得状況
さらにもう一つの要因が、RFIDタグやリーダーライターの「アンテナ利得状況」です。RFIDは通信電波を効率よく読みとるため、FIDタグやリーダーライターに内蔵されたアンテナで電波を集束させます。
アンテナの利得（ゲイン）とは、アンテナが電波を受け取るときのロスの少なさを意味する言葉です。アンテナ利得状況はデシベル（dB）で表され、感度が高ければ高いほど効率的に電波を受信することができます。ただし、利得が大きすぎるとアンテナの指向性が高くなり、狭い範囲の電波しか受信できなくなる可能性があります。
また、アンテナが直接受信した「直接波」だけでなく、遮蔽物に反射した「反射波」もキャッチしてしまう場合があるため、事前にアンテナの現場テストを実施することが大切です。
リーダーライターの使い方は距離によって異なる
リーダーライターの電波出力は、RFIDの通信距離に影響を与えると解説しました。しかし、ただ電波出力を大きくすればよいわけではなく、利用シーンに合わせて調整することが大切です。
例えば、長距離や広域の通信が必要な場合は電波出力を大きく、近距離や狭域の通信で問題ない場合は電波出力を弱くすることで、効率的にRFIDを運用できます。
UHF帯RFIDの電波出力の種類
UHF帯のRFIDは、大きく分けて「特定小電力（250mW）」「高出力（1W）」の2種類の電波出力に対応しています。
海外には1Wを超える電波出力のRFIDリーダーライターも存在しますが、日本国内では電波法によって認められていません。電波出力の種類によって、RFIDタグの通信距離のほか、電波利用申請や電波利用料の有無などの違いがあります。
【TABLE】
特定小電力
特定小電力とは、電波出力が250mW以下のRFIDリーダーライターを指す分類です。リーダーライターの電波出力が小さいため、他のUHF帯のRFIDよりも通信距離が小さく、狭い範囲の通信をおこなう場合に使われます。
通信可能な距離は最大で約1メートルです。特定小電力のリーダーライターを使うメリットは、電波出力が小さいため比較的省電力なほか、「電波利用申請や電波利用料の支払いが不要になる」という点にあります。
高出力
一方、高出力のRFIDリーダーライターは、電波出力が250mWを超え1W（1,000mW）を下回るものを指します。特定小電力のリーダーライターよりも電波出力が大きく、最大で数メートルの通信が可能です。
ただし、高出力のRFIDリーダーライターを運用する場合、あらかじめ総務省に電波利用申請をおこない、所定の電波利用料を支払う必要があります。仮にリーダーライターの運用時に電波出力を制限しても、導入した段階で電波利用申請が必要です。
通信距離が長いRFIDのメリット
複数のタグを同時にスキャンし、読み取り作業を効率化できる
長距離・広域の通信が可能なUHF帯のRFIDを利用すれば、複数のタグを同時に読み取ることが可能です。バーコードのようにタグを1枚ずつ読み取る場合と比較して、読み取り作業を大幅に省力化できます。
特に導入効果が期待されているのが、検品やピッキング、棚卸しや入出庫などの作業をおこなう物流倉庫です。「RFIDタグを段ボールごと読み取る」「パレットごと一括で商品を検品する」ことも可能なため、業務効率化につながります。
高所作業などに従事する従業員の安全を確保できる
工場や倉庫、物流センターでは、商品を2メートル以上の高所に保管する場合があります。通信距離が長いRFIDを導入すれば、従業員がはしごや脚立を登って作業する必要がないため、安全を確保できます。
例えば、UHF帯のRFIDを導入し、高出力タイプのリーダーライターを利用すれば、5～10メートルの高さのタグも読み取ることができます。特に倉庫や物流センターでは、転落や転倒、無理な動作などの労働災害が頻発しているため、RFIDの導入を検討しましょう。
商品の位置情報を取得し、ロケーション管理に役立てられる
近年、急速に発展しつつあるのがRFIDを活用した位置特定技術です。RFIDが読み取れるのは、事前に書き込んだ商品の識別情報だけではありません。通信距離が長いRFIDをうまく活用すれば、商品の位置情報を取得し、ロケーション管理に役立てることも可能です。
専用のリーダーライターが必要なものの、位置特定技術に対応したRFIDを使えば、商品がある場所や方向などの位置情報を広範囲で取得できます。倉庫や物流センターにおけるロケーション管理の一環として、RFIDを活用する企業が増えています。
RFIDとの距離の測定方法
ここまで、RFIDの通信方式ごとの通信距離や、リーダーライターの電波出力と通信距離の関係について説明しました。RSSI（Received signal strength indication）と呼ばれる信号を活用すれば、特定のタグとの距離を計算することが可能です。RSSIを活用した距離測定の方法や注意点を解説します。
RSSIとは
RSSI（Received signal strength indication）とは、日本語で「受信信号強度」といい、特定の対象から受信した電波の強度を表します。RSSIを活用し、RFIDタグの電波強度を計測するときの流れは以下の通りです。
1.RFIDリーダーライターから特定のRFIDタグに電波を送信する
2.RFIDタグが電波を受信し、RSSIの数値をメモリ領域に格納する
3.RFIDタグがRFIDリーダーライターに電波を送信し、RSSIの数値を取得する
RSSIの数値の範囲は-20から60です。RSSIを取得したい場合、あらかじめRFIDリーダーライターの設定を変更し、RSSIの読み取りが可能にしておく必要があります。
RSSIを活用した距離測定
RSSIはRFIDタグが受信した電波強度を測定するための信号です。RFIDタグとリーダーライターの距離が離れるほど、RSSIの数値も大きくなります。つまり、RSSIの数値を取得すれば、RFIDタグの距離を測定することが可能です。
RSSIを活用した距離測定は、先ほど紹介したRFIDの位置特定技術にも使われています。また、単にRFIDタグの距離を測定するのではなく、RFIDタグのフィルタリングも可能です。特定のRSSI値のRFIDタグのみ読み取るようにリーダーライターを設定すれば、不要なタグを読み込まずに作業できます。
RSSI活用の注意点
RSSIを活用した距離測定の注意点は、「必ずしも正確なRSSI値を取得できるとは限らない」点です。RSSIの数値は、RFIDタグの周辺環境に大きな影響を受けます。例えば、RFIDタグの周囲に水分や金属物がある場合、正確なRSSI値を測定できない場合があります。
RSSIを活用する場合は、あらかじめ運用場所で読み取りテストを実施し、「正確にRSSI値を取得できているか」「取得したRSSI値と実際の距離は合致しているか」を確認しましょう。
RFIDの導入事例
従来のバーコードに代わって、複数のタグの同時読み取りが可能なRFIDはさまざまなシーンで利用されています。例えば、RFIDを利用したスマートパレットが一例です。RFIDの運用を検討中の企業向けの導入事例は以下のリンクで紹介しています。
まとめ
RFIDの通信距離は、LF帯（長波帯）やHF帯（短波帯）、UHF帯（極超短波帯）などの通信方式によって異なります。また、リーダーライターの種類もRFIDの通信距離に大きく影響します。RFIDの導入目的に合わせて、最適な通信方式やリーダーライターを選ぶことが大切です。
通信距離の長いRFIDを導入すれば、読み取り作業を効率化したり、ロケーション管理に活用したりすることもできます。RFIDの通信距離を測定したい場合は、RSSI（受信信号強度）の活用も検討しましょう。
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