FRID原理及應用

1、.一. RFID系統(tǒng)（Radio Frequency Identification）1. 定義：RFID作為一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀取相關數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學接觸。常用的有低頻（125134.2K）、高頻（13.56Mhz）、超高頻、微波等技術。2. 系統(tǒng)組成：由閱讀器、電子標簽、RFID中間件和應用系統(tǒng)軟件4部分構成。3. 基本原理：利用射頻信號耦合或雷達反射的傳輸特性實現(xiàn)對被識別物體的自動識別。4. 工作原理：閱讀器通過天線向周圍空間發(fā)送一定頻率的射頻信號；標簽一旦進入閱讀器天線的作用區(qū)域將產生感應電流，獲得能量被激活;激活標簽將自身信息編

2、碼后經(jīng)天線發(fā)送出去；閱讀器接收該信息，經(jīng)過解碼后必要時送至后臺網(wǎng)絡；后臺網(wǎng)絡中主機鑒定標簽身份的合法性，只對合法標簽進行相關處理，通過向前端發(fā)送指令信號控制閱讀器對標簽的讀寫操作。5. 工作方式：1）全雙工系統(tǒng)；2）半雙工系統(tǒng)；3）時序系統(tǒng)。6. 系統(tǒng)分類：1）EAS系統(tǒng)；2）便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；3）物流控制系統(tǒng)；4）定位系統(tǒng)。7. 系統(tǒng)構架：根據(jù)選定的電子標簽、讀寫器，加上中間件、數(shù)據(jù)集成環(huán)境和上層的應用系統(tǒng)，一個典型的RFID系統(tǒng)就構建好了。8. 注意問題：1） 避免沖突 ；2）讀識距離 ；3） 安全要求。9. 發(fā)展勢趨：1）系統(tǒng)的高頻化；2）系統(tǒng)的網(wǎng)絡化；3）系統(tǒng)的兼容性更好；4）系統(tǒng)的

3、數(shù)據(jù)量更大。10. 性能指標：有效，可靠，適應，標準，經(jīng)濟，易維護性。11. 項目實施4階段：1）起步；2）測試和驗證；3）試點實施；4）實施。逐漸實現(xiàn)平穩(wěn)緩慢的過渡。12. 技術特點（優(yōu)點）：（1）快速掃描；（2）體積小型化、形狀多樣化；（3）抗污染能力和耐久性；（4）可重復使用；（5）穿透性和無屏障閱讀；（6）數(shù)據(jù)的記憶容量大；（7）安全性。13. 技術現(xiàn)狀和面臨的主要問題（缺點）：（1）標簽成本問題；（2）標準制訂問題；（3）公共服務體系問題；（4）產業(yè)鏈形成問題；（5）技術和安全問題。14. RFID技術發(fā)展歷程：19411950雷達催生RFID，奠定了理論基礎，主要處于實驗室實驗階段

4、；19511960技術理論得到發(fā)展，開始應用嘗試；19611970處于大發(fā)展時期，各項測試技術得到加速發(fā)展；19711980商業(yè)應用階段，封閉應用系統(tǒng)出現(xiàn)；19811990技術標準化，產品得到廣泛采用；19912000產品種類更加豐富；2001至今，有源、無源和半有源電子標簽均得到發(fā)展，電子標簽成本不斷降低。二. RFID標準體系1 RFID標準體系: RFID技術標準；RFID應用標準；RFID數(shù)據(jù)內容標準；RFID性能標準。2 三大編碼體系：UID泛在識別中心標準體系；EPC global標準體系；ISO/IEC標準體系。3 物聯(lián)網(wǎng)標準體系：應用層、網(wǎng)絡層、感知層、傳輸層。三. RFID安

5、全分析1. 安全攻擊：RFID主要的安全攻擊可以簡單的分為 主動攻擊 和 被動攻擊 兩種類型。應對主動攻擊的重要技術是認證技術，應對被動攻擊的主要技術手段是加密。2. 安全風險：保密性(最主要)；拒絕服務和偽造標簽(常見)；位置保密或跟蹤。3. 安全需求：（1）機密性；（2）完整性；（3）可用性；（4）真實性；（5）隱私性。4. 威脅方式：(1)物理環(huán)境，如電磁干擾、斷電、設備故障等威脅。(2)人工威脅，如（前）管理者攻擊、（前）用戶攻擊、外部人員攻擊。四. RFID常用的編碼方法，及其選擇因素編碼是RFID系統(tǒng)的一項重要工作，二進制編碼是用不同形式的代碼來表示二進制的1和0。1. 方法有：(

6、1)反向不歸零編碼；(2)曼徹斯特編碼；(3)單極性歸零編碼；(4)差動雙相編碼；(5)密勒編碼；(6)變形密勒編碼；(7)差動編碼。2. 編碼方式的選擇因素：要考慮電子標簽(1) 能量的來源 ；(2) 檢錯的能力 ；(3) 時鐘的提取 。3. 反向不歸零：高電平表示二進制1，反之為0；曼徹斯特：從高到低的電壓跳變表示1，反之為0；單極性歸零：發(fā)出窄脈沖為1，不發(fā)送電流為0；差動雙相：在半個位周期中的任意邊沿表示二進制0，沒有邊沿跳變表示1；密勒：半個位周期任意邊沿為1，下一個位周期電平不變?yōu)?；變形密勒：每個邊沿都采用負脈沖代替；差動：每個零傳輸?shù)亩M制1都會引起信號電平的變化，對于二進制0

7、，信號電平保持不變。五. 天線1. 定義：天線是一種能將接收到的電磁波轉換為電流信號，或將電流信號轉換成電磁波發(fā)射出去的裝置。凡是利用電磁波來傳遞信息和能量的，都依靠天線來進行工作，天線是用來發(fā)射或接收無線電波的裝置和部件。2. 作用：在RFID系統(tǒng)中，閱讀器必須通過天線發(fā)射能量，形成電磁場，通過電磁場對電子標簽進行識別，所以，閱讀器上的天線所形成的電磁場范圍就是閱讀器的可讀區(qū)域。3. 分類：1）按照波段分類：長波天線、中波天線、短波天線、超短波天線和微波天線等。2）按照結構分類：線狀天線、面狀天線、縫隙天線和微帶天線等。線狀天線是指線半徑遠小于線本身的長度和波長，且載有高頻電流的金屬導線。

8、3）按照用途分類：廣播天線、通信天線、雷達天線、導航天線和RFID天線等。4. 天線周圍的場區(qū)根據(jù)觀測點與天線的距離劃分為三個區(qū)域：(1)無功近場區(qū)；(2)輻射近場區(qū)；(3)輻射遠場區(qū)。六. 電子標簽1. 定義：也稱為智能標簽，是指由IC芯片和無線通信天線組成的超微型的小標簽，其內置的射頻天線用于和閱讀器進行通信。根據(jù)工作原理的不同，分為利用物理效應進行工作和以電子電路為理論基礎的數(shù)據(jù)載體。2. 組成：從功能上來說，一般由 天線 、 調試器 、 編輯發(fā)生器 、 時鐘 、 存儲電路 組成。3. 分類：（1）按照標簽獲取能量分類：分為有源標簽、半有源標簽和無源標簽。（2）按照標簽工作頻率分類：分為

9、低頻、高頻、超高頻和微波標簽。（3）按照數(shù)據(jù)調制方式分類：分為主動式、半主動式和被動式標簽。（4）按照標簽作用距離分類：分為密耦合、近耦合、疏耦合和遠耦合四類。（5）按照標簽封裝材質分類：分為紙標簽、塑料標簽和玻璃標簽（6）按照存儲器類型的分類：分為只讀標簽、一次寫入多次讀取標簽和可讀寫標簽。4. 發(fā)展趨勢：1）作用距離更遠；2）無源可讀寫性能更加完善；3）適合高速移動物體識別；4）快速多標簽讀/寫功能；5）一致性更好；6）強磁場下的自保護功能更完善；7）智能性更強、加密特性更完善；8）帶有傳感器功能的標簽；9）帶有其他附屬功能的標簽；10）具有殺死功能的標簽；（1）新的生產工藝；12）體積更

10、小；13）成本更低。5. 電子標簽天線的設計步驟：1）選定應用的種類，確定電子標簽天線需要的參數(shù)；2）確定天線采用的材料；3）確定電子標簽天線的結構；4）ASIC封裝后，確定天線的阻抗；5）綜合優(yōu)化天線參數(shù)，使天線參數(shù)滿足技術指標；6）用網(wǎng)絡分析檢測天線的各項指標。七. EPC電子產品代碼1. 原則：1.唯一性；2.永久性；3.簡單性；4.可擴展性；5.保密性與安全性；6.無含義。2. 優(yōu)點：1.無接觸讀??；2.遠距離讀??；3.動態(tài)讀??；4.多數(shù)量、品種讀??；5.標簽無源；6.海量存儲量等優(yōu)勢。 這些都是條碼無法比擬的。條碼缺點：(1)條碼只能識別一類產品，而無法識別單品。(2)條碼是可視傳播

11、技術。人們必須將條碼對準掃描儀才有效。(3)如果印有條碼的橫條被撕裂、污損或脫落，就無法掃描這些商品。(4)傳統(tǒng)一維條碼是索引代碼，必須實時和數(shù)據(jù)庫聯(lián)系，從數(shù)據(jù)庫中尋找完整的描述數(shù)據(jù)。八. 串聯(lián)諧振回路1. 特性：（1）諧振時，回路電抗X=0，阻抗Z=R為最小值，且為純阻。（2）諧振時，回路電流最大，且與電壓同相。（3）電感與電容兩端電壓的模值相等，且等于外加電壓的Q倍。2. 條件：X=L-1C導出回路產生串聯(lián)諧振的角頻率和頻率分別為0=1LC , f0=12LC3. 優(yōu)點：在閱讀器中，具有電路簡單、成本低，激勵可采用低內阻的恒壓源，諧振時可獲得最大的回路電流等特點，因而被廣泛采用。適用于恒壓

12、源，即信號源內阻很小的情況。九. 波特率、比特率和信道傳輸速率1. 概念：碼元，波特率，比特率1) 在信息傳輸通道中，攜帶數(shù)據(jù)信息的信號單元叫碼元。2) 每秒鐘通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)稱為碼元傳輸速率，簡稱波特率。波特率是指數(shù)據(jù)信號對載波的調制速率，用單位時間內載波調制狀態(tài)改變的次數(shù)表示。3) 每秒鐘通過信道傳輸?shù)男畔⒘糠Q為位傳輸速率，簡稱比特率。比特率是數(shù)據(jù)傳輸速率，表示單位時間內可傳輸二進制位的位數(shù)。2. 關系：比特率=波特率log2M(如果一個碼元的狀態(tài)數(shù)可以用M個離散電平個數(shù)來表示)。3. 信道傳輸速率：就是數(shù)據(jù)在傳輸介質(信道)上的傳輸速率，在數(shù)值上等于每秒鐘傳輸數(shù)據(jù)代碼的二進制比特數(shù)。

13、單位是比特/秒，b/s。十. 讀寫器和RFID電子標簽之間數(shù)據(jù)讀取交換方式，傳輸原理1. 交換方式： 負載調制 和 反向散射調制 。1) 讀寫器和標簽之間的天線能量交換方式類似于變壓器結構，稱為負載調制。2) 讀寫器和射頻標簽之間的能量傳遞方式為反向散射調制。2. 傳輸原理：讀寫器和標簽之間的通信通過電磁波實現(xiàn)，按照通信距離可分為近場和遠場。十一. 電感耦合方式1. RFID系統(tǒng)的兩種耦合方式：電感耦合（磁耦合）式 和 電磁反向散射耦合（電磁場耦合）式 。電感耦合方式依據(jù)是電磁感應定律，一般適用于高、低頻率工作的近距離RFID系統(tǒng)；電磁反向散射耦合式依據(jù)是雷達原理，一般適用于超高頻、微波工作頻

14、率的遠距離RFID系統(tǒng)。2. 兩種耦合方式的異同 異：使用的無線電射頻的頻率和作用距離的遠近不同。同：都采用無線電射頻技術。3. 采用電感耦合方式時，應答器向閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸采用 負載調制技術 。在電感耦合方式的FRID系統(tǒng)中，負載調制有 電阻負載調制 和 電容負載調制 兩種方式。4. 電感耦合方式下閱讀器向應答器提供能量的過程當時變磁場通過閱讀器線圈時，在線圈上會產生感應電壓，并在線圈中產生電流，當應答器進入閱讀器產生的交變磁場時，應答器的電感線圈上就會產生感應電壓。當距離足夠近，應答器天線電路所截獲的能量可以供應答器芯片正常工作時，閱讀器和應答器才能進入信息交互階段。十二. 混頻器1. 定

15、義：混頻器是射頻系統(tǒng)中用于頻率變換的部件，具有廣泛的應用領域，可以將輸入信號的頻率升高或降低而不改變原信號的特性。2. 作用：可以將輸入信號的頻率升高或降低而不改變原信號的特性?；祛l器的典型應用是在射頻的接收系統(tǒng)中，混頻器可以將較高頻率的射頻輸入信號變換為頻率較低的中頻輸出信號，以便更容易對信號進行后續(xù)的調整和處理。十三. 射頻前端1. 定義：實現(xiàn)射頻能量和信息傳輸?shù)碾娐贩Q為射頻前端電路，簡稱為射頻前端。2. 組成電路：串聯(lián)、并聯(lián)振諧回路，具有初級和次級線圈的耦合電路。3. 射頻前端采用了負載調制器或反向散射調制器等多種工作方式。4. 射頻前端（模擬前端）電路主要有電感耦合和微波電磁反向散射兩

16、種工作方式。5. RFID的射頻前端電路的作用是 實現(xiàn)射頻能量和信息傳輸 。其中讀寫器的射頻前端常采用 串聯(lián)諧振電路 ，電子標簽的射頻前端常采用 并聯(lián)諧振電路 。十四. 差錯控制在信息碼元中加入監(jiān)督碼元被稱為差錯控制編碼或糾錯編碼。（用途分類：檢錯碼和糾錯碼）檢錯碼以檢錯為目的，不一定糾錯；糾錯碼以糾錯為目的，一定能檢錯。1. 常用的差錯控制方式主要有 檢錯重發(fā) 、 前向糾錯 、 混合糾錯 。2. 常用的糾錯編碼是校檢和法，包括 奇偶校驗 、縱向冗余校驗(LRC) 、 循環(huán)冗余碼校驗(CRC) 。3. 奇偶校驗：在傳輸?shù)?個字節(jié)8位上附加一個校驗位，形成9位數(shù)碼的傳輸。十五. 調制和解調調制：

17、將基帶信號的頻譜搬移到信道通帶中的過程。解調：將信道中的頻帶信號恢復為基帶信號的過程。目的：把傳輸?shù)哪M信號或數(shù)字信號變換成適合信道傳輸?shù)男盘枺馕吨?信源的基帶信號，轉變?yōu)橐粋€相對基帶頻率而言非常高的帶通信號。原因：1.工作頻率越高寬帶越大；2. 工作頻率越高天線尺寸越小。RFID常用的信號調制方法： 載波 、幅移鍵控ASK 、頻移鍵控FSK 、相移鍵控PSK 、副載波調制。調幅是指載波的頻率和相位不變，載波的振幅隨調制信號的變化而變化。有模擬和數(shù)字調幅兩種。調頻是利用載波的頻率變化來傳遞信息，是對載波的頻率進行鍵控。調相是利用載波的相位變化來傳遞數(shù)字信號，是對載波的相位進行鍵控。十六.

18、 密碼和加密1. 常見的密碼算法體制（加密技術）有 對稱密碼體制 (計算開銷小，速度快)和 非對稱密碼體制 兩種。區(qū)別：前者加密和解密密匙相同，后者加密和解密密匙不同。對稱密碼體制分為：分組密碼（分為DES和CES）和序列密碼。非對稱密碼體制有RSA算法。2. FRID加密機制：主要采用三種傳輸信息保護方式。（1）認證傳輸方式：不保密，糾錯。（2）加密傳輸方式：保密，不糾錯。（3）混合傳輸方式：保密，糾錯。十七. 巴特沃斯濾波器如果濾波器在通帶內的插入損耗隨頻率的變化是最平坦的，這種濾波器稱為巴特沃斯濾波器，也稱為最平坦濾波器。 濾波器類型：低通濾波器，高通濾波器，帶通濾波器，帶阻濾波器。十八. 多路存取法SDMA, FDMA, TDMA, CDMA在無線通信技術中，解決通信沖突問題的方法?；旧嫌?種不同的方法：空分多路法（SDMA）；頻分多路法（FDMA）；時分多路法（FDMA）；碼分多路法（CDMA）三大通信標準：頻分多路法（