基于Mifare非接触式IC卡的射频识别系统研究与实现_图文

1、武汉理工大学硕士学位论文基于Mifare非接触式IC卡的射频识别系统研姓名：严雄武申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：梁楚樵20050601摘要射频识别（，简称）技术是最近几年发展起来的一门新的自动识别技术。它利用射频方式在非接触式射频（、和凄写器之间进行无线双向通信，完成目标识别和数据交换。而卡卜的电黼作电源由读写器发出的电磁波能量提供，非接触式射频卡与传统的接触式卡相比，具有可靠性高、保密性强、方便快捷等特点。射频识别系统主要由应答器和阅读器，通信模块，人机接口组成。应警器和阅读器是射频识别系统的重要组成部分，应答器也称邻近卡一甲（），是射频识别系统真正的数据载体，即射频卡。在

2、阅读器响心范阳之外，应答器处于无源状态。只是在阅读器响应范围之内，应答器才是有源的。应答器工作所需的能量，如同时钟脉冲和数据一样，是通过耦合单元传输给应答器的。阅读器也称邻近耦设备（），具有读写功能，即读写器。本文先从总体上阐述了射频识别系统的分类、结构和工作原理。研究了射频识别系统中信号的编码和调制的相关理论。探讨了在射频识别通信过样，蜘何保持数据传输完整性的问题，保持数据传输完整性的常用的方法主要有校验年【法和多路存取法。然后介绍了非接触式卡内部结构和工作原理射频别技术应用的关键是非接触式读写器的设计。文中介绍的非接触式史写器是将公司的￥射频卡作为系统应答器来设计的。该读写器采用串行异步通

3、信方式，具有功耗低、抗干扰能力强等特点。非接触式卡读写器是以射频识别技术为基础，以卡作为非接触式读写器以别对象，根据协议，采用非接触式卡读写器核心读写模块和指令单片机来设计的。最后详细阐述了非接触式卡读写器硬件电路设计和软件设计。关键词：射频识别系统，阅读器，应答器，非接触式卡，：，：，武汉理人学硕士学位论文第章绪论课题研究的背景和意义自动识别技术是一种自动识别特定载体上的身份信息的技术。近印求，在：多领域得到了迅速普及和广泛应用。自动识别系统的任务就是自动摊供灭个人、动物、货物和商品的信息，以达到数据采集、统汁或监控管理的。自动识别方法包括许多技术，有条形码技术、磁条磁卡技术、光学字符！）川

4、支术（）、生物统计识别方法、接触式及非接触式卡技术等。（）磁卡技术。磁卡由于采用读写方便、低成本的磁记录方式而被泛应用，给金融界和用户带来很大的便利，但因磁介质存贮性不够稳定、寿命短、容量小，在强磁场环境中可能发生信息丢失。更主要是其保密性差，所以容易被篡改和仿造。（）条形码技术。条形码技术是一种信息存贮和传递技术，准确性禹，靠性强，传递速度快。条形码编码时采用了起始字符和终止字符以及自校验等技术措施，保证了读取数据的可靠，另外条形码阅读器的性能不断改善，提高了采集数据的准确性。条形码制作容易，成本低，容易操作。但它的不足之处是存储能力小且不易改写。（）接触式卡技术。接触式卡技术是目前比较成熟

5、且应用。泛的技术，作为一种数据存储器系统，它内有，可防止数据被更改，识别时问短，简单、安全。接触式卡识别系统存在触点对腐蚀和污染缺乏抵抗能力的缺点。（）生物鉴别技术。生物鉴别技术如语音识别、指纹识别等是利用了生物统计学的规律，技术比较复杂，仿造困难。增加了该识别技术的唯。、防伪性，安全性。目前，如何降低拒识率、误识率，缩短识别时怛成为该披术进步推广的关键。射频识别（）技术是一种无线、非接触式的自动识别技术，可以实现自动识别和远程实时监控和管理。通信距离可以从几厘米至几十米远。其三要优点是环境适应性强、可全天候、无接触地完成自动识别、跟踪与管明！¨可穿透非金属物体进行识别，抗干扰能力强

6、。因此，技术已在世界各地甜到广泛应用。而我国在这方面则处于起步阶段，大多数设备仍需采用引进的技术成果。因此，研究该技术己成为当今国民经济发展的必需。武汉理人学硕十学位论文国内外研究现状射频识别（）技术是从上世纪年代走向成熟的一项自动识别技术，近年来发展十分迅速。技术可以用来识别和跟踪几乎所有物理对象，并由此可以构建一个容纳和连结世界上所有物品的广泛的智能网络，【）披术发展带来的影响将改变我们的生活，给全世界带来一场新的技术革命。证为技术有如此多的优点，所以它得到了广泛的应用。下面是技术的北典型应用：（）身份识别。电子标签可以通过嵌入到身份证、护照、工作证的各种证件中，用作人员身份识别：也可以发

7、在管中植入动物皮下来跟踪，研究和保护动物。通常这些用途的电子标签中除编码外还会存入与识别对琢州）：的特征信息如指纹、掌纹或体貌图片等。“应用在身份识别的产品一般使用以下或的上作频率，这是因为这些频段的电磁辐射对人体或动物的影响较小，而且技术成熟，成本低廉。现在中国正在试用的二代身份证就是基于一标准的的非接触卡产品；国内教育部使用的学生证上嵌入的则是：（标准的非接触芯片。现在美国以及许多困家已经丌始尝过给所有的蓄养动物植入电子标签加强管理和来防止疫情。可以说身份识别是目技术应用最为广泛和成熟的领域之。（）防伪应用。防伪是技术的另一个重要应用。将电子标签懂用在防伪的领域中具有识别。陕速、伪造难、成

8、本低等优点，。目前，日本和欧洲正在尝试在日元和欧元中嵌入的电了标签，返做的的不仅在于防止伪钞，还可以方便钞票交易处理。做到手拿一个读卡机就可以在移过一叠钞票的瞬时识别出中的假币，同时得到钞票的总数并记录下所有钞票号码便于记录和管理。（）公共交通管理应用。公交管理是应用技术最早的，也足最成功的领域之一。主要涉及三个方面的应用：电子车票、爿；停车收赀和钠铃删。目前中国有许多城市如上海在使用非接触式卡作为地铁、出租【、公交的电子车票，这些电子标签使用的是频率下的：标准。因为电子车票由于具有交易便捷，快速通过，可靠性高等优点，所以越来越多的武汉理人学硕十学位论文城市正准备使用电子车票并准备给它加更多的

9、功能。在不停车收费系统特别是是高速公路自动收费应用上，技术川以充分体现出它的优势：在让车辆高速通过完成自动收费的同时，还可以解决原来收费成本高，管理混乱以及停车排队引起得交通拥堵等问题。目前在这方应用的电子标签因为要求能够远距离和快速识别，所以多工作在或微波蛳段。在中国，许多城市都在建设和应用技术进行着高速公路的小停年收赀系统管理。而在海关的通关中，不少地区如深圳也已经使用了频段的系统来提高效率。随着社会的发展，行驶在城市道路上的车辆越来越多，引起了严重的交通拥堵。因此需要对车流量进行实时监控、统计、调度。另外，车辆划纠灯记录报警；被盗（可疑）车辆报警、跟踪；特殊车辆跟踪；肇事逃逸车辆排卉等也

10、都是需要认真对待的问题。通过在每辆车上装上可远距离识别的电予标签，在每个路口设立读卡机来识别通过的车辆就可以实时的完成交通流量的统口以通过智能软件来自动的控制交通灯来达到监控道路。疏导交通的目的。同时，也可以方便从车流中的找出特定的车辆。在这一方面，国内外一直在进仃着例究和试验，希望能应用技术来较好的解决交通拥堵这一世界性的交通难题。（）物流管理。为了保证物品的在运输流通中不会被误送或丢失，或者为了降低物流成本，提高运输的效率，需要对整个物流过程进行监控和管电。目前技术在物流领域中应用主要集中在以下几个方面：铁路和公路的货延渊度，集装箱识别和跟踪，物品、包裹的自动识别等在火车上安装电子标签，而

11、把读写器安在铁路沿线，就可实时得到火车的运行情况和车厢内装的物品信息，通过动态的调度火车运行，就可以捉商铁路运能和运输的效率。同样的技术也可以应用在公路运输上以提高效率，降低运输的时间和成本。本文主要研究内容（）对基于非接触式卡的射频识别系统体系结构进行了研究。（）对射频识别系统的理论知识进行了研究。（）对射频卡技术及其通信协议进行了研究。（）对非接触式卡读写器的软硬件设计、调试及实际应用。武汉理一人学硕七学位论文第章射频识别系统理论射频识别系统的分类。系统的分类方法主要有以下几种：按工作方式分类可分为主动式系统和被动式系统。主动式系统中别频用自身的能量主动地发送数据给读写器，被动式系统中射频

12、卡是在收到读，器发的射频信号后才被唤醒。这样可以避免互相之间的干扰。按射频卡有无电池可分为无源系统和有源系统。无源系统一般识别距离短，使用寿命较长。有源系统一般识别距离长，使用寿命取决于电池容量。按读写方式将射频卡分为三种：可读写（）、一次写入多次读出（，）和只读（）。卡成本比卡和卡高，卡是用户可以一次写入的，入后数据不能改变。卡存有唯一的号码，不能更改。按工作距离分为远程、近程和超近程系统。识别距离在以，系统称远程系统；识别距离至的系统称近程系统：识别距离在乍【的系统统称超近程系统。射频识别系统的典型结构图系统体系结构示意蚓武汉理：人学硕士学位论文典型系统（如图一）由应答器（）、读写器（）以

13、及数据交换、管理系统等组成。应答器也称射频卡、电子标签，它其千】智能读写及加密通信的能力，是射频识别系统真正的数据载体，在阅读器的山应范围之外，应答器处于无源状态，只有在阅读范围之内，应答器才是有源勺。应答器工作所需的能量，如同时钟脉冲和数据一样，是通过耦合单元（非接触）传输给应答器的。读写器由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路等组成，应答器如果是无源系统，即应答器内不含电池，则应答器丁作的能员是读乓器发出的射频脉冲提供。射频识别系统的工作原理实用系统为无源系统，即射频卡内不含电池，射频卡的能量是山读写器发出的射频脉冲提供。系统工作过程如下：）读写器在一个区域内发射能量形成电磁场，区域大小

14、取决于发劓助率、工作频率和天线尺寸。）射频卡进入这个区域时，接收到读写器的射频脉冲，经过桥式整流后给电容充电。电容电压经过稳压后作为工作电压。）数据解调部分从接收到的射频脉冲中解调出命令和数据并送到控制逻辑，控制逻辑接受指令完成存储、发送数据或其他操作。）如需要发送数据，则将数据调制后从收发模块发送出去。）读写器接收到返回的数据后，解码并进行错误校验来决定数据的有效性，然后进行处理，必要时可通过，或无线接口将数据传送到计蜉机。读写器发送的射频信号除提供能量外，通常还提供时钟信号，使数据保持同步。射频识别系统中信号的编码和调制图是个典型的数字通信系统模型，与数字通信系统相类似，射频识别系统中阅读

15、器和应答器之间的数据传输，需要三个主要的功能块：按从阅读器到应答器的数据传输方向，它们是阅读器（发送器）中的信号编码（信处弹）和调制器（载波信号处理电路）、传输介质（信道）、以及应答器（接收器）卜的解调器（载波回路）和信号译码（信号处理）。信号编码系统的作用是使传输的信息和它的信号表示尽可能最佳的，传输通道的性能相匹配，也就是将发送的数据信息变换为适合于信道传输特的频武汉理工人学硕士学位论文谱结构。这样的处理对信息提供某种程度的保护，以防止信息受二扰或午¨傩摭以及对某些信号特性的蓄意改变。匕纠船舟船图数字通信系统中的信号和数据流调制是对信号源的编码信息进行处理，使其转变为适合传输的形

16、式，般是将基带信号转交为个相对基带频率而言频率非常高的带通信号。传输介质（信道）把信息传输过一段预定的距离，射频识别系统中采用的传输介质是磁场！感耦合）或电磁波（微波）。解调是一种另外的调制过程，以再生基带：。解码的任务也就是从基带编码的接收信号中恢复的原来的信息，并识别和标识出传输错误。基带编码常用的编码有（反相不归零制）编码、曼彻斯特（）编码、单极性归零制编码（）、差动双相编码（）、米勒（、）编码、差动编码。）编码：在这种编码中“高”信号表示二进制，“低”信号嵌，进制，在整个码元区间电平保持不变。）曼彻斯特编码：在半个比特周期时的负边沿便是二进制】，半个比特周期中的正边沿表示二进制。由于曼

17、彻斯特编码在每个码元刈隔的中心肯分都存在电平跳变，因此在频谱中存在很强的定时分量。此外，由于方波周期内、负电平各占一半，因此也不存在直流分量。曼彻斯特编码在采用副载波负载调制时经常用于从应答器到阅读的数据传输。武汉理二人学硕：学位论文）单极归零制编码：在第一个比特周期中的“高”信号表，：续整个比特周期的“低”信号表示二进制的。）差动双向编码：在半比特周期中任意的边沿跳变表示二进制，而没有边沿持续整个比特周期表示二进制，在每一个比特周期丌始时，电平要反相。）米勒编码：在半个比特周期内的任意边沿表示二进制，而经过卜¨。个比特周期中的电平表示二进制。一连串的在比特周期丌始时产生乜平交换。）

18、变形米勒编码：也就是在米勒编码的基础上有一些细微的变化，存侮个边沿都有一个“负”脉冲所取代。这种编码在电感耦合的射频识别系统用于从阅读器到应答器的数据传输，很短的脉冲持续时间就可以完成，在数掘传输过程中保证从阅读器的高频场中连续供给应答器能量。）差动编码：在差动编码中，用电平的跳变表示二进制，信号保持卅变表示二进制。由于它的电平与信号、之间不存在绝对的关系，而是用电平的相对变化来传输信息，因此，它可以用来解决相位键控同步解调时因接收端本地载波相位倒置而引起的信息、倒换问题。在为射频识别系统挑选合适的信号编码系统时，应当考虑每种编码的边界条件，最重要的是调制后的信号频谱，以及对传输故障的敏感度。

19、另外对于无源应答器来说，不允许由于信号编码与调制方法的不适当的组合而导致能晕转化的中断。射频识别系统一般采用曼彻斯特（）编码和编码。数字调制技术调制就是用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，这些参量随魁带信号的变化而变化。未经过调制的电磁波被称作载波，调制的载波可以分为两大类：用弦信号作为载波和用脉冲或一组数字信号作为载波。调制在通信系统中具有十分重要的作用，通过调制不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频潜搬移到所希望的位置上，将调制信号转换成合适信道传输或便于信道多足并复用的已调信号。而且调制对系统的传输有效，匪和传输的可靠性有很大的影响，调制的方式往往决定了一个通信系统的性能。数字信号一般

20、调制方法有三种：对载波振幅调制称为振幅键控（），对载波频率调制称为频移键控（），对载波相位调制称为相移键控（）的数字调制法。射频识别系统中常常采用调制方法是也就是这三种。武汉理工人学硕士学位论文振幅键控（）振幅键控也就是用振幅调制方式来传输数据基带信号，常常刖矩彤的占带脉冲去控制正弦载波的振幅，简称。当调制信号为二进制数字信号时，柏：为二进制振幅键控（）。最简单的的形式是载波在二进制调制情或的控制下通断，载波为（¨，输出信号为（¨，调制信号为（，如果口（）的二进制信号空时载波全通全断，则在，码时发送载波（甜。¨，在。码时不发送载波信号，这种调制又称（、天键控，其时

21、域表达式为：（）口。（）（）这里，彳为载波幅度，国为载波频率，口为二进制数字。在一般情况下，调制信号是具有一定波形形状的二进制系统（儿南带信号），即：（）（卜）一（）这里，丁为信号间隔，（为调制信号的时间波形。二进制振幅键控信号的一般时域表达式为：只卜莓（）（刚）若二进制系列的功率谱密度为（），则二进制振幅键控信号的功率谱密度兀（）为只（）阮（彻。）瓦（彩飞）】、因此，二进制振幅键控信号的频谱宽度是二进制带信号频港宽度的，从理论上来说这种信号的频谱宽度是无穷大，为了限制频带，可以采用限带信号作为基带信号。振幅调制信号通常是以键控的方式产生的。实际上相当于用一个单极性基带脉冲与弦载波信号相乘，因

22、此二进制振幅键控的调制器可以用一个丌关路来实现。频移键控（）频移键控（）是用不同频率的载波来传送数字信号。二进制频移键挖（简武汉理火学硕士学位论文称）频率的载波来代表数字信号的两种电平。接收嘣收到不同的找波信写再进行逆变换，转换为数字信号，完成信息的传输过程。在二进制频移键控中，载波信号的频率随着调制信号或而变，刈、载波频率，对应于载波频率。二进制频移键控的信号表达式为：厂：。（）吼（）一，（卜）（：，），“（）这里，万：峨矾，是口”反码，在通常情况下，（，）为单个矩形脉冲。二进制频移键控己调信号可以看成是两个不同载波的振幅键控已调信号之和，因此它的频带宽度是两倍基带信号宽度与，：一，的绝对值

23、之和，即：，厶一一图为信号的产生电路，这里数字信号控制两个单独的振荡器控制门电路（与）按数字信号的变化规律分别通断，若门扪丌，则天闭，此时输出为，；反之，输出，。其特点是速度快，波形好，频率稳定度高，但设备复杂；由于在两个振荡器之间进行键控，使输出的信号失去了柏位的连续性，数字信输图信号的产生电路相移键控（）二进制相移键控（也称）用一个载波的两种相位末代表数字信号。是将编码信号的二进制状态和转变成载波振荡相对基准相位的相应棚位状念，通过用相位。和。来分别表示或。二进制相移键控己谓信号的时域表达式为：厂（）（）（）”（）其中“，的取值为或一，因此在某个信号间隔内观察己调信号时，若是幅度为，宽度为

24、丁的矩形脉冲，则有：武汉理大学硕十学位论文±（。）（。，）：）这里一”或。这种调制方式称为“绝对移相”。两种相位的取值是对固定的参考棚晰的。信号没有直流分量，因而是抑制载波的双边带调制，所以号的功率与信号的功率相同，只是少了一个离散的载波分量。和绝对调相相比，还有一种叫做相对移相，即，也称差分训相这种方式用载波的相位变化来传送数字信号。在绝对码出现时，的载波相位改变石，出现时载波相位不变。实际上是以一个固定参考相位的裁波为基准的，因此，解调时，也必须要有一个参考相位固定的载波。如果参考斗日位发生了“倒相”，则恢复的数字信号就会发生和码反相这种情况称为反相作。然而，在系统中，只与相对相

25、位有关，而与绝对相位无关，敞解科。不存在反相工作的问题（即相位模糊）。所以，在实际工程中大多采用”山。式。射频识别系统的副载波调制就射频识别系统而言，用副载波的调制法主要用在频率范围、卅或的电感耦合系统中，而且是从应答器到阅读器的数据传输。电感耦合的射频识别系统的负载调制有着与阅读天线上高频电乐振键控（）调制相似的效果。代替在基带编码的信号节拍中对负载电阻的切换，用基带编码的数据信号首先调制低频率的副载波。可以选择振幅键控（）、频移键控（）或相移键控（）调制作为副载波调制方法。副载波频率本身通常是通过对操作频率的二进制分频产生的。对的系统来沈，人多数使用的副载波频率为（）、（）或（），已调的副

26、载波信号则用于切换负载电阻。副载波进行负载调制时，首先在围绕操作频率副载波，”的两侧的距离卜，”生两条谱线。真实的信息随着基带编码的数据流对副载波的调制被传输到两条副载波谱线的边带中。另一方面，如果采用的是在基带中进行的负载凋制时，数据流的边带将直接围绕着工作频率的载波信号。射频识别系统数据传输的完整性。，使用非接触技术传输数据时，很容易遇上干扰，使传输数据发生意外！政变武汉理：人学硕七学位论文从而导致传输错误。此类问题通常是由外界的各种于扰和多个应答烈。信道发送数据产生碰撞造成的，针对这两种情况，常用的处理方法是采川校验和法和多路存取法。对于系统，由于信息码元序列是一种随机序列接收端无法预知

27、比无法识别其中有无错码。为了解决这个问题，常常采用在发送端或电子标签信息、码元中增加一些监督（纠错）码元，这些纠错码元和信息、码元之间有一疋的关系，使接收端或阅读器可以利用这些关系由信道解码器来发现或纠可能存在的错误码元。在信息码元中加入监督码元被称为差错控制编码或纠错编码，不的编码方法有着不同的检错或纠错能力。在射频识别系统中常用的纠错编码是校验和法，最常用的校验和法是奇偶校验、纵向冗余校验（）法和循环冗余码校验（）法。校验和法（）奇偶校验奇偶校验是一种很简单的而广泛使用的校验和法。这科方法足把个，偶校验位组合到每一字节中，并被传输，即每字节发送九位。在数据传输必须确定：是用偶数校验还是用奇

28、数校验，以保证发送器和接收器二者都用同样的方法进行校验。奇偶校验值是这样设定的：奇校验时，若每字节的数抓：化的个数为奇数时则奇偶校验俭之值为，反之，则为；偶校验时，则当每字节的数据位中的个数为奇数时，则奇偶校验位之值为，反之，！为。梢校验位也可以解释为数据位的水平校验和模值。这种水平校验和可用”异或”门（逻辑门）从数据位算得，总之，奇校验是使用校验位在内的九位中的个数为奇数：而偶校验则是使之为偶数。然而，这种简单方法的缺点是识别错误的能力低，奇数位的改变（、文¨）总是可以检出的；而对偶数值（、）的改变，错误互相抵消了，可奇偶位看来似乎是正确的。偶校验的奇偶校验发生器可以通过对字节内所

29、有数据位的逻辑束实现，的操作顺序是任意的。对奇校验来说，奇偶校验发生器的输出是反川的。（）纵向冗余校验（）法被称作纵向冗余校验（）的校验和可以既简便而又快速地算米。把武汉理一大学硕十学位论文一个数据块的所有数据字节递归经选通后即可产生校验和。字¨刚字节经门选通结果再用字节经门选通如此等等。虫¨果数抛传输时把纵向冗余码校验值附在数据块后面一起传输那么在接收器中对数据块加字节产生后就可以对传输错误进行简单的校核。其结粜总鹰为零，任何其它结果都表示出现了传输错误。然而并很口靠，多个错误能相互抵消，在一个数据块内字节顺序的互换根本识别不出来。主要刚于陕速校验很小的数据块。（例如个字

30、节）。（）循环冗余码校验（）法循环冗余码校验（）法原来用于磁盘驱动器中。即使数据量很大也能得出有足够可靠往的校验和数。这种方法也特别适用于传输数据经有线（电话）或无线接口（无线电技术，）时识别错误。法能够以很大的可靠性识别传输错误，然而不能校正错误。法的计算是一种循环过程。于是，的计算包括了要计算其值的数据字节以及所有前面的数据字节的值。数据块中的每一被校验过的字节都用来计算整个数据块的值。从数字角度来看，校验和是用所谓的生成多项式去除一个多项式（数据字节）即可求得，值为相除后所得余项，整个相除的过程采用计算。如果采用编码校验，发送方和接收方必须事先约定一个生成多项式引，生成多项式的高位和低位

31、必须是。要计算聊位的帧（）的校验和，个成多项式必须比该多项式短。基本思想是：将校验和加在帧的末尾，使这个带校验和帧的多项式能被（除尽；当接收方收到带校验和帧时，用（）去除它，如果有余数，则传输出错。为了说明这一操作，计算一个数据块的位检验和，数据块的第一个字节是，生成多项式协）。为了计算位的，把数据字节向左移位（一时移位）。川的起始位值填入变空的位，本例中是。现在将生成多项式按下面的舰则重复地经门用数据字节选通：“如果数据字节的最高位用逻辑选通了生成多项式。则中间结果的起始位零被删除，并从右面用数据字节或起始值位填补，以便与生成多项式执行新的选通，这种操作将重复进行，直到留下位余数为止。这个余

32、数就是数据字节的值”。为了计算整个数据块的伉，前面的数据字节的值就用作后继数据字节的起始值。当数据帧被传输时在发送器内计算数据的值，并将此值附在数据块后武汉理丁大学硕十学位论文一起传输，在接收器中计算接收数据（包括附加字节）的值，结果总为零。否则在接收字块中出现了传输错误。用零校验能够容易地分析校验和，并避免代价很高的校验和比较过程。这里应当注意双方的训算都应从相同的的起始值开始。的一大优点是识别错误的可靠性，即使在有多重错洪叫，也？；婴少鞋的操作就可以识别。位的就适用于校验千字节长的数据块的数槲完整性，在系统中传输的数据块明显的比千字节短，因此除了位外，还可以使用位和位的。以下三个项式已成为

33、国际标准：一”一用后向耦合移位寄存器和门可组成处理器。当用移位寄存器计算一时，首先将位长的移位寄存器设定在它的起始值上，然后从数拱；移位开始计算，将数据位（从低位的数据位开始）逐位移入反向耦合移位寄仃器，反向耦合或多项式除法是建立在用逻辑选通位基础上的；当所彳位被移入寄存器，计算结束，位寄存器的内容就表示所需的的值。多路存取法在射频识别系统工作时，可能会有一个以上的应答器同时处在阅读器的作斤范围内，这样如果有两个或两个以上的应答器同时发送数据时就会出现通信冲突，数据相互的干扰（碰撞）；同样有时也有可能多个应答器处在多个阅读器的工作范围内，他们之间的数据通信也会引起数据干扰，不过我们一般很少考虑

34、后面的这种情况。为了防止这些冲突的产生，射频识别系统中需要设置一定的相关命令，解决冲突问题，这些命令被称为防冲突命令或算法（）对于射频识别系统中存的的不同通信形式一般有三种。第一种是“无线“播”式，即在一个阅读器的阅读范围内存在多个应答器，阅读器发出的数据流用时被多个应答器接收。这可以同数百个无线电广播接收机同时接收一个发逆竹息类似，而信息是由一个无线电广播发射机发射的。第二种是在阅读器的用范围有多个应答器同时传输数据给阅读器，这种通信形式称为多路存取通信。第武汉理：大学硕十学位论文三种是多个阅读器同时给多个应答器发送数据。现在射频识别系统中这个情况很少遇到，我们常常遇到“多路存取”这种通信方

35、式。每个通信通路有规定的通路容量。这种通路容量是由这个通信通！址人数据率以及供给它使用的是时间片确定的。分配每个应答器的通嗡容量必钡满足：当多个应答器同时把数据传输给一个单独的阅读器时不能出现互相干扰（碰撞）。对于电感耦合的系统来说，只有阅读器中的接收部分作为共同的通路，供阅读器作为范围的所用应答器将数据传输给阅读器使用。最大数据率是由应答器天线的有效带宽和阅读器得出的。对于微波的系统来说，最大的数掘率较大。在无线通信技术中，通信冲突的问题是长久以来存在的问题，但同时也研究出许多相应的解决方法。基本上有四种不同的方法：空分多路法（）、频分多路法（）、码分多路法（）和时分多路法（），下面分别介绍

36、这四种方法。（）空分多路（）法空分多路（）法可以理解为在分离的空间范围内重新使用确定的资源（通路容量）的技术。一种方法是使单个阅读器的作用距离明显减少，而把大量的阅读器和天线覆盖面积并排地安置在一个阵列之中，因此阅读器的通信容量在相邻的区域内可重新使用。当应答器经过这个阵列时与之最近的阅读器就可以与之进行通信，而因为每个天线的覆盖面积小，所以相邻的阅读器区域内有其他应答器仍然可以相互交换信息而不受到相邻的干扰，这样许多应答器这个阵列中，由于空间分布可以同时读出而不会相互影响。第二种方法是神：阅读器上利用一个电子控制定向天线，该天线的方向图直接对准某个应答器（自适应的）。所以不同的应答器可以根据

37、它的阅读器作用范围内的角度位置区分开来，可以用相控阵天线作为电子控制定向天线，这种天线由若丁个偶极冗纠构成，用各个确定的，独立的相位去控制每个偶极子元件。天线的方向到就是由各个不同方向的偶极子的单个波叠加出来的，某个方向上，偶极子元什的单个场的叠加由于相位关系，得到了加强；在其他方向上，则全部或部分抵消而被削弱。为了改变指向，通过可调的移相器向各个偶极子供给相位可调的高频电压。为了启动某一个应答器，必须使定向天线扫描阅读器周围的空，氲到武汉理人学硕士学位论文此应答器被阅读器的“搜索波束”检测到为止。射频识别系统用的自适应由于天线的结构尺寸，只有当频；苷大：删（典型的是）时才能使用，而且天线系统

38、非常复杂、实施赞用相当高，因此这种方法限制在一些特殊的应用上。（）频分多路（）法频分多路（）法是把若干个使用不同载波频率的传输通路同时；：！给通信用户使用的技术。对于系统来说，可以使用具有可自由调整的、：发送频率谐振的应答器。对应答器的能量供应以及控制信号的传输则使用最佳的使用频率，应答器可以使用若干个供选用的应答频率。因此，对于应答器的传输来说可以使用完全不同的频率。的缺点是阅读器的费用相当高，因为每个接收通路秘须有自己独的接收器提供，所以这种方法只能在少数几种特殊应用上。（）时分多路（）法是把整个可供使用的通路容量按时间分配给多个用户的技术。它在数字移动无线电系统的范围内推广使用，对于系统

39、，成为反碰撞法最大量的一族。这种方法又分为应答器控制（应答器驱动）和阅读器控制（驱动）法。应答器控制法的工作是非同步的，因为这里对阅读器的数据传输没有控制。按照应答器成功地完成数据传输后是否通过阅读的信号而断丌，又可区分为“丌关断开”法和“非开关”法。应答器控制法很慢而且不灵活，因此大多数系统采用由阅读器作为主控制器的控制方法，这种方法可以同步进行观乏、为这里所有的应答器同时由阅读器进行控制和检测。通过一种规定的算泄：，在阅读器的作用范围内，首先选择较大的应答器组中的一个应答器。然后在选择的应答器和阅读器之间进行通信（如鉴别、读出和写入数据）。为了选择另外一个应答器，应该解除原来的通信关系，因

40、为在某一时问内只能建立起唯一的通信关系，也就是单个应答器占用信道通信，可以快速地按时间顺序操作府符器，所以用阅读器控制的方法也称作定时双工传输法。阅读器控制的方法可以每划分为“轮询法”和“二进制搜索算法”所有这些方法都以一个独持的序列号来识别应答器为基础。“轮询”法需要有所有可能用到的应答器序列号清单。所有的序列号依次陂阅读器询问，直至某个有相同序列号的应答器响应时为止。然而，这个过。俄武汉理一人学硕士学位论文赖于应答器的数目，可能会很慢。因此，只适用于作用区中仅有几个己知的成答器的场合。最灵活的和最广泛推广使用的方法是“二进制搜索算法”。对这种方法来说，为了从一组应答器中选择其中之一，阅读器

41、发出一个请求命令将应答器垮列号传输时的数据碰撞日导到阅读器上，在二进制搜索算法的实现中起决定：刖的是：阅读器所使用的合适的信号编码必须能够确定出碰撞的准确的比特位置。（）码分多路（）法是数字技术的分支一扩频通信技术发展起来的一种崭新的无线通信技术。技术的原理是基于扩频技术而用户具有特征码，即包禽扩顷（）与分码两个基本概念。扩频是信息带宽的扩展，即把需要传送的具有定信号带宽信号的带宽扩展，再经载波调制并发送出之。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号转换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。码分是实现用户信道和基站的标识问题。可以用不同移相的伪随机系列来实现

42、基站的码分选址，用一定的算法实现信道的选择，用周期足够长的序列实现用户的误用另多速率业务的识别。缺点是频带利用率低、信道容量小；地址码选择较难；接收时地址码捕获时间较长。其通信频带及其技术复杂性等很难在系统中推广应用。在系统中多路存取有以下特征：阅读器和应答器之间数据包总的传输时间由数据包的大小和波特牢决定，传播延时可忽略不计。系统包括大量的应答器并且是动态的（有可能随时超出阅读器范围），通过竞争激励的办法占用信道进行通信。应答器没有被阅读激活的情况下不能和阅读器进行通信，对于系统这种主从关系是唯一的，一旦应答器被识别，就可以和阅读器之间进行点对点的模式进行通信。相对于稳定方式的多路存取系统，

43、系统仲裁通信过程是短暂的过程。防碰撞算法也就是利用多路存取法，也就是研究的重点，可使射频！刖系统中阅读器与应答器之间数据完整地传输。射频识别系统多路存取技术的实现对应答器和阅读器提出了一些要求，必须可靠的防止由于应答器的数据在阅读器的接收过程中，互相碰撞从而有能泼武汉理人学硕士学位论文或相互干扰。在射频识别技术的发展过程中，防碰撞技术是信号识别。处理关键技术之一。当在读写器的天线区域中有多个应答器时，它乎同时发送信号，产生信道争用的问题，信号互相干扰，即发生了碰撞。而防碰撞技术利用排队论及抗噪声技术解决了这个问题。早期的识别系统一次只能识别一而系统一次可以完成对多个射频卡的识别。防碰撞技术没计

44、的优劣很大程度上决定了系统性能的优劣。防碰撞算法协议（）算法所有的多路存取方法中，最简单的方法是，法。只要有一个数“：也提供使用，这个数据包就立即从应答器发送到阅读器去。因此，这种处理本必与应答器控制的、随机的法有关。这种方法仅用于只读应答器中。这类应答器通常只有一些数据（序列号）传输给阅读器，并且是在一个周期性的循环中将这些数据发送结阅读器的。数据传输时间只是重复时问的，部分，以致在传输之间产生相当长的间歇。此外各个应答器的重复时间之间的差别是微不足道的。所以存在管一定的概率两个应答器可以在个同的时间段上设置它们的数据，使数据包不互相碰撞。在系统中交换的数据包与在确定的时刻同时发送应答器（即

45、、）相符。平均交换的数据包含量与经过一段时间的平均值相符。平均交换的数据包含量可以表示为下式：，。莩等一（。），）、式（）中：表示一个数据包的传输持续时间，、应答器的数量，。、是在观察时闽内由应答器发送的数据包量。吞吐率是一种关于计算机或数据通信系统（如网桥、路由器、网关或广域网连接等）数据传输率的测度。吞吐率通常是对一个系统与它的部件处州传输数据能力的总体评价。在通信系统中，这个测度通常基于每秒能处理的数据仲数或分组的数目，它依赖于网络的带宽和交换部件。对于系统，当吞吐率等于，即是在传输期问无碰撞的传输数据包，等于表示数据没有发送或者是由于碰撞不能准确地读出传输的数据。传输通道的平均吞吐率为

46、：一“武汉理人学硕十学位论文如果将式对求导。可以得出在：时，得到最大吞吐率为，。对较小的交换数据包量来说，传输通路的大部分时间没有被利用；扩大变换的数掘包量时，应答器之白的碰撞立即明显增加，以上的通路容量没有利用。但是法由于它实现起来比较简单，能够作为防碰撞的疗法，很好地适用于只读应答器系统。成功传输数据包的概率，可以从平均的交换的数据包量和吞吐率¨以计算出来：口：旦：石一）（）时隙法使法对比较小的吞吐量最优化的途径就是时隙法，应答器只在规定的同步时隙（）内才传输数据包。在这种情况下，对所有应答器所必须的同步应由阅读器控制。因此。这涉及到一种随机的、阅读器控制的防碰撞法。与简单的法相比，可能出现碰撞的时间只有一半那么多。假设数据包大小一样（因而传输时间相同），并且两个应答器在时间问隔、内要把数据包传输结阅读器，那么在使用简单的法时总会出现相互