无线射频识别技术-第二章

无线射频识别技术——RadioFrequencyIdentification(RFID)ZTE回顾：上节课知识点：

什么是RFID技术？

RFID是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，可快速地进行物品追踪和数据交换，且其识别工作无须人工干预，可工作于各项恶劣环境。

RFID系统的组成部分有哪些？读写器（Reader)，电子标签（Tag），RFID中间件和应用系统软件构成，一般把中间件和应用系统软件称为应用系统第二章RFID技术基础1.数字通信基础2.信号的编码与调制3.

RFID数据传输的完整性4.

RFID数据安全性2.1数字通信基础※2.1.1数字通信模型ZTE数字信号通常是指二进制编码信号，信号波形有两个振幅，即0和1。ZTE数字通信就是将信源信息转换成二进制形式传输。其通信模型如图2-2所示。信源—被传输的信息，模拟信号/数字信号信源编码—将模拟信号转换成数字信号信道编码—将已经形成的二进制编码再次编码调制—将数字信号加载到适合传输的频带上ZTE加密通信模型如图2-3所示。图2-3加密数字通信模型ZTE※2.1.2数字通信的特点和主要性能指标

1.数字通信的特点在传输过程中可实现无噪声积累

2.数字通信的主要性能指标便于加密处理便于设备的集成和微型化占用信道频带宽数据传输速率信道频带宽度误码率ZTE※2.1.3RFID通信方式

RFID通信是指读写器与标签之间的信息传输，传输的是无线电信号，其主要特点是通信距离很短。

标签向读写器传输数据的方式：读写器同其构成天线向标签发射载波能量P，标签天线接收载波能量后，一部分变成标签的电能，另外一部分向外反射。RFID系统通信结构框图（以读写器向电子标签发送数据为例）

ZTE2.2信号的编码与调制※2.2.1信号与信道

信号—消息的载体，在通信系统中消息以信号的形式从一点传送到另一点。

信道—信号的传输媒质，信道的作用是把携有信息的信号从它的输入端传递到输出端。

1.信号信号分为模拟信号和数字信号，RFID系统主要处理的是数字信号。信号可以从时域和频域两个角度来分析，在RFID传输技术中，对信号频域的研究比对信号时域的研究更重要。ZTE读写器与电子标签之间传输的信号有其自身的特点，常需要讨论信号工作方式和通信握手等问题。信号的工作方式读写器与电子标签之间的工作方式可以分为时序系统、全双工系统和半双工系统，下面就读写器与电子标签之间的工作方式予以讨论。

(1)读写器在时序系统中，从电子标签到读写器的信息传输是在电子标签能量供应间歇进行的，读写器与电子标签不同时发射，这种方式可以改善信号受干扰的状况，提高系统的工作距离。时序系统的工作过程如下：ZTE

①读写器先发射射频能量，该能量传送到电子标签，给电子标签的电容器充电，将能量用电容器存储起来，这时电子标签的芯片处于省电模式或备用模式。

②读写器停止发射能量，电子标签开始工作，电子标签利用电容器的储能向读写器发送信号，这时读写器处于接收电子标签响应的状态。

③能量传输与信号传输交叉进行，一个完整的读出周期由充电阶段和读出阶段两个阶段构成。ZTE

(2)全双工系统中，电子标签与读写器之间可以在同一时刻互相传送信息。

(3)半双工系统中，电子标签与读写器之间可以双向传送信息，但在同一时刻只能向一个方向传送信息。通信握手

通信握手是指读写器与电子标签在通信开始、结束和通信过程中的基本沟通，通信握手要解决双方的工作状态、数据同步和信息确认等问题。

①优先通信问题。对于无源和半有源系统，都是读写器先讲;对于有源系统，双方都有可能先讲。②数据同步问题。③信息确认。自动连续重发ZTE信道可以分为两大类，一类是电磁波在空间传播的渠道，如短波信道、微波信道等；另一类是电磁波的导引传播渠道，如电缆信道、波导信道等。RFID的信道具有各种传播特性的自由空间，所以RFID采用无线信道。

2.信道

1）信道带宽

信号所拥有的频率范围叫做信号的频带宽度，简称带宽。模拟信道的带宽为BW=f2-f1其中，f1是信号在信道中能够通过的最低频率；f2是在信道中能够通过的最高频率ZTE

数字通信系统中“带宽”的含义完全不同于模拟系统，它通常是指数字系统中数据的传输速率。

2）信道传输速率信道传输速率就是数据在传输介质（信道）上的传输速率。数据传输速率在数值上等于每秒钟传输数据代码的二进制比特数，数据传输速率的单位为比特/秒（b/s）。ZTE

3）波特率与比特率

在信息传输通道中，携带数据信息的信号单元叫码元，每秒钟通过信道传输的码元数称为码元传输速率，简称波特率。比特率是数据传输速率，表示单位时间内可传输二进制位的位数。如果一个码元的状态数可以用M个离散电平个数来表示，有如下关系：ZTE※2.2.2编码与调制

数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统，其涉及的技术问题很多，其中主要有信源编码与解码、加密与解密、信道编码与解码、数字调制与解调以及同步等。1.编码与解码编码是为了达到某种目的而对信号进行的一种变换。其逆变换称为解码或译码。根据编码的目的不同，编码理论有信源编码、信道编码和保密编码三个分支。ZTE2.调制与解调调制的目的是把传输的模拟信号或数字信号，变换成适合信道传输的信号，意味着要把信源的基带信号，转变为一个相对基带频率而言非常高的带通信号。调制的过程用于通信系统的发送端，调制就是将基带信号的频谱搬移到信道通带中的过程，经过调制的信号称为已调信号，已调信号的频谱具有带通的形式，已调信号称为带通信号或频带信号。在接收端需将已调信号还原成原始信号，解调是将信道中的频带信号恢复为基带信号的过程。ZTE数字调制的方法通常称为键控法，常用的数字调制解调方式有幅移键控（AmplitudeShiftKeying，ASK）、频移键控（FrequencyShiftKeying，FSK）和相移键控（PhaseShiftKey，PSK）等方式。为简化射频标签设计并降低成本，多数射频识别系统采用ASK调制方式。ZTE1.编码格式※2.2.3

RFID常用的编码方法这是一种简单的数字基带编码方式，反向不归零编码用高电平表示二进制的1，用低电平表示二进制的0。1）反向不归零编码ZTE曼彻斯特编码也称为分相编码（Split-PhaseCoding）。在曼彻斯特编码中，用电压跳变的相位不同来区分1和0，其中从高到低跳变表示1，从低到高跳变表示0。2）曼彻斯特编码ZTE3）单极性归零编码对于单极性归零码，当发1码时发出正电流，但正电流持续的时间短于一个码元宽度，即发出一个窄脉冲；当发0码时，仍然完全不发送电流。ZTE4）差动双相编码差动双相编码在半个位周期中的任意边沿表示二进制0，而没有边沿跳变表示二进制1。此外，在每个位周期开始时，电平都要反相。差动双相编码对接收器来说较容易重建。ZTE5）密勒编码密勒编码在位周期开始时产生电平交变，对接收器来说，位节拍比较容易重建。密勒编码在半个位周期内的任意边沿表示二进制1，而经过下一个位周期中不变的电平表示二进制0。Biti−1Biti

编码规则00Biti的起始位置发生跳变，中间位置不跳变01Biti的起始位置不跳变，中间位置发生跳变10Biti的起始位置不跳变，中间位置也不跳变11Biti的起始位置不跳变，中间位置发生跳变

密勒解码方法：以2倍时钟频率读入位值后再判决解码。首先，读出0→1的跳变后，表示获得了起始位，然后每两位进行一次转换：01和10都译为1，00和11都译为0。密勒码停止位的电位随前一位的不同而变化，即可能为00，也可能为11，因此，为保证起始位的一致，停止位后必须规定位数的间歇。此外，在判别时若结束位为00，后面再读入也为00，则可判知前面一个00为停止位。但若停止位为11，则再读入4位才为0000，而实际上，停止位为11，而不是第一个00。解决此问题的办法就是预知传输的位数或以字节为单位传输，这两种方法在RFID系统中均可实现。ZTE6）变形密勒编码变形密勒编码是ISO/IEC14443（Type-A）规定使用的从读写器到电子标签的数据传输编码。相对于密勒编码来说，将其每个边沿都用负脉冲代替。由于负脉冲的时间较短，可以保证数据在传输过程中，能够从高频场中持续为射频标签提供能量。变形密勒编码在电感耦合的射频识别系统中，主要用于从读写器到射频标签的数据传输。ZTE7）差动编码对于差动编码，每个要传输的二进制1都会引起信号电平的变化，而对于二进制0，信号电平保持不变。ZTE典型编码方式：ZTE2.编码方式的选择因素1）电子标签能量的来源2）电子标签检错的能力3）电子标签时钟的提取※2.2.4

RFID常用的调制方法按照从读写器到电子标签的传输方向，读写器中发送的信号首先需要编码，然后通过调制器调制，最后传送到传输通道上去。用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字已调信号的过程称为数字调制，RFID主要采用数字调制的方式。ZTE1.载波在信号传输的过程中，并不是将信号直接进行传输，而是将信号与一个固定频率的波进行相互作用，这个过程称为加载，这样一个固定频率的波称为载波。在RFID系统中，正弦载波除了是信息的载体外，在无源电子标签中还具有提供能量的作用，这一点与其他无线通信有所不同。ZTE2.振幅键控调幅是指载波的频率和相位不变，载波的振幅随调制信号的变化而变化。振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，在二进制数字调制中，载波的幅度只有两种变化，分别对应二进制信息的1和0。目前电感耦合RFID系统常采用ASK调制方式，如ISO/IEC14443及ISO/IECl5693标准均采用ASK调制方式。ZTEZTE3.频移键控频移键控（FSK）是利用载波的频率变化来传递数字信息，是对载波的频率进行键控。二进制频移键控载波的频率只有两种变化状态，载波的频率在和两个频率点变化，分别对应二进制信息的1和0。ZTEZTE4.相移键控相移键控（PSK）是利用载波的相位变化来传递数字信息，是对载波的相位进行键控。二进制相移键控载波的初始相位有两种变化状态，通常载波的初始相位在0和两种状态间变化，分别对应二进制信息的1和0。ZTE原始信息tt2PSKt载波100110二进制移相键控信号的时间波形ZTE5.副载波调制副载波调制是指首先把信号调制在载波1上，出于某种原因，决定对这个结果再进行一次调制，于是用这个结果去调制另外一个频率更高的载波2。在RFID副载波调制中，首先用基带编码的数据信号调制低频率的副载波，已调的副载波信号用于切换负载电阻，然后采用振幅键控ASK、频移键控FSK或相移键控PSK的调制方法，对副载波进行二次调制。ZTEZTE2.3

RFID数据传输的完整性使用非接触技术传输数据时，很容易遇到干扰，使传输数据发生意外的改变从而导致传输错误。此类问题通常是由外界的各种干扰和多个应答器同时占用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用校验和法和多路存取法。ZTE1.奇偶校验※2.3.1校验和法奇偶校验是一种简单的使用广泛的校验方法。奇偶校验分奇校验和偶校验，收发两端必须约定校验方式。ZTE2.纵向冗余校验冗余校验（LRC）是把传输数据块的所有字节进行按位加（或称异或运算），其结果就是校验字节。在传输数据时，附加传输校验字节。在收端，将数据字节和校验字节进行按位加，如果结果为0，就认为传输正确，否则认为传输错误。纵向冗余校验也称作代码和校验。ZTE3.循环冗余码校验循环冗余码校验是由循环多项式生成的。假如16位的CRC生成多项式是：其二进制序列为10001000000100001（十六进制为11021h）。 被校验二进制序列M(X)除以16位校验多项式G(X)，余数就是16位的CRC值。M(X)=4D6F746Fh，其CRC-16的值是B994h。在传输时将计算结果附加在数据尾部，收端将收到的数据除以11021h，如果余数为0表示正确，否则表示错误。ZTEZTE※2.3.2多路存取法在无线通信技术中，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4种不同的方法：空分多路法（SpaceDivisionMultipleAccess，SDMA）频分多路法（FrequencyDivisionMultipleAccess，FDMA）时分多路法（TimeDivisionMultipleAccess，TDMA）码分多路法（CodeDivisionMultipleAccess，CDMA）ZTE空分多路法（SDMA）：在分离的空间范围内重新使用确定资源（通路容量）的技术。ZTE应用在无线射频识别中，一般有两种方式：

※使用多个读写器，并将它们的天线安置在一个阵列中，当应答器进入不同的天线用在无线作用区内的时候，对应的读写器可以读取应答器中的数据。

※控制天线一次对准每个应答器或者应答器主次对准天线ZTE频分多路法（FDMA）：把若干个使用不同载波频率的传输通道同