基于Mifare非接觸式IC卡的射頻識別系統(tǒng)研究與實現(xiàn)_圖文

1、武漢理工大學碩士學位論文基于Mifare非接觸式IC卡的射頻識別系統(tǒng)研姓名：嚴雄武申請學位級別：碩士專業(yè)：通信與信息系統(tǒng)指導教師：梁楚樵20050601摘要射頻識別（，簡稱）技術(shù)是最近幾年發(fā)展起來的一門新的自動識別技術(shù)。它利用射頻方式在非接觸式射頻（、和凄寫器之間進行無線雙向通信，完成目標識別和數(shù)據(jù)交換。而卡卜的電黼作電源由讀寫器發(fā)出的電磁波能量提供，非接觸式射頻卡與傳統(tǒng)的接觸式卡相比，具有可靠性高、保密性強、方便快捷等特點。射頻識別系統(tǒng)主要由應答器和閱讀器，通信模塊，人機接口組成。應警器和閱讀器是射頻識別系統(tǒng)的重要組成部分，應答器也稱鄰近卡一甲（），是射頻識別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體，即射頻卡。在

2、閱讀器響心范陽之外，應答器處于無源狀態(tài)。只是在閱讀器響應范圍之內(nèi)，應答器才是有源的。應答器工作所需的能量，如同時鐘脈沖和數(shù)據(jù)一樣，是通過耦合單元傳輸給應答器的。閱讀器也稱鄰近耦設備（），具有讀寫功能，即讀寫器。本文先從總體上闡述了射頻識別系統(tǒng)的分類、結(jié)構(gòu)和工作原理。研究了射頻識別系統(tǒng)中信號的編碼和調(diào)制的相關(guān)理論。探討了在射頻識別通信過樣，蜘何保持數(shù)據(jù)傳輸完整性的問題，保持數(shù)據(jù)傳輸完整性的常用的方法主要有校驗年【法和多路存取法。然后介紹了非接觸式卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理射頻別技術(shù)應用的關(guān)鍵是非接觸式讀寫器的設計。文中介紹的非接觸式史寫器是將公司的￥射頻卡作為系統(tǒng)應答器來設計的。該讀寫器采用串行異步通

3、信方式，具有功耗低、抗干擾能力強等特點。非接觸式卡讀寫器是以射頻識別技術(shù)為基礎，以卡作為非接觸式讀寫器以別對象，根據(jù)協(xié)議，采用非接觸式卡讀寫器核心讀寫模塊和指令單片機來設計的。最后詳細闡述了非接觸式卡讀寫器硬件電路設計和軟件設計。關(guān)鍵詞：射頻識別系統(tǒng)，閱讀器，應答器，非接觸式卡，：，：，武漢理人學碩士學位論文第章緒論課題研究的背景和意義自動識別技術(shù)是一種自動識別特定載體上的身份信息的技術(shù)。近印求，在：多領域得到了迅速普及和廣泛應用。自動識別系統(tǒng)的任務就是自動攤供滅個人、動物、貨物和商品的信息，以達到數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)汁或監(jiān)控管理的。自動識別方法包括許多技術(shù)，有條形碼技術(shù)、磁條磁卡技術(shù)、光學字符！）川

4、支術(shù)（）、生物統(tǒng)計識別方法、接觸式及非接觸式卡技術(shù)等。（）磁卡技術(shù)。磁卡由于采用讀寫方便、低成本的磁記錄方式而被泛應用，給金融界和用戶帶來很大的便利，但因磁介質(zhì)存貯性不夠穩(wěn)定、壽命短、容量小，在強磁場環(huán)境中可能發(fā)生信息丟失。更主要是其保密性差，所以容易被篡改和仿造。（）條形碼技術(shù)。條形碼技術(shù)是一種信息存貯和傳遞技術(shù)，準確性禹，靠性強，傳遞速度快。條形碼編碼時采用了起始字符和終止字符以及自校驗等技術(shù)措施，保證了讀取數(shù)據(jù)的可靠，另外條形碼閱讀器的性能不斷改善，提高了采集數(shù)據(jù)的準確性。條形碼制作容易，成本低，容易操作。但它的不足之處是存儲能力小且不易改寫。（）接觸式卡技術(shù)。接觸式卡技術(shù)是目前比較成熟

5、且應用。泛的技術(shù)，作為一種數(shù)據(jù)存儲器系統(tǒng)，它內(nèi)有，可防止數(shù)據(jù)被更改，識別時問短，簡單、安全。接觸式卡識別系統(tǒng)存在觸點對腐蝕和污染缺乏抵抗能力的缺點。（）生物鑒別技術(shù)。生物鑒別技術(shù)如語音識別、指紋識別等是利用了生物統(tǒng)計學的規(guī)律，技術(shù)比較復雜，仿造困難。增加了該識別技術(shù)的唯。、防偽性，安全性。目前，如何降低拒識率、誤識率，縮短識別時怛成為該披術(shù)進步推廣的關(guān)鍵。射頻識別（）技術(shù)是一種無線、非接觸式的自動識別技術(shù)，可以實現(xiàn)自動識別和遠程實時監(jiān)控和管理。通信距離可以從幾厘米至幾十米遠。其三要優(yōu)點是環(huán)境適應性強、可全天候、無接觸地完成自動識別、跟蹤與管明！¨可穿透非金屬物體進行識別，抗干擾能力強

6、。因此，技術(shù)已在世界各地甜到廣泛應用。而我國在這方面則處于起步階段，大多數(shù)設備仍需采用引進的技術(shù)成果。因此，研究該技術(shù)己成為當今國民經(jīng)濟發(fā)展的必需。武漢理人學碩十學位論文國內(nèi)外研究現(xiàn)狀射頻識別（）技術(shù)是從上世紀年代走向成熟的一項自動識別技術(shù)，近年來發(fā)展十分迅速。技術(shù)可以用來識別和跟蹤幾乎所有物理對象，并由此可以構(gòu)建一個容納和連結(jié)世界上所有物品的廣泛的智能網(wǎng)絡，【）披術(shù)發(fā)展帶來的影響將改變我們的生活，給全世界帶來一場新的技術(shù)革命。證為技術(shù)有如此多的優(yōu)點，所以它得到了廣泛的應用。下面是技術(shù)的北典型應用：（）身份識別。電子標簽可以通過嵌入到身份證、護照、工作證的各種證件中，用作人員身份識別：也可以發(fā)

7、在管中植入動物皮下來跟蹤，研究和保護動物。通常這些用途的電子標簽中除編碼外還會存入與識別對琢州）：的特征信息如指紋、掌紋或體貌圖片等?！皯迷谏矸葑R別的產(chǎn)品一般使用以下或的上作頻率，這是因為這些頻段的電磁輻射對人體或動物的影響較小，而且技術(shù)成熟，成本低廉?，F(xiàn)在中國正在試用的二代身份證就是基于一標準的的非接觸卡產(chǎn)品；國內(nèi)教育部使用的學生證上嵌入的則是：（標準的非接觸芯片?，F(xiàn)在美國以及許多困家已經(jīng)丌始嘗過給所有的蓄養(yǎng)動物植入電子標簽加強管理和來防止疫情?？梢哉f身份識別是目技術(shù)應用最為廣泛和成熟的領域之。（）防偽應用。防偽是技術(shù)的另一個重要應用。將電子標簽懂用在防偽的領域中具有識別。陜速、偽造難、成

8、本低等優(yōu)點，。目前，日本和歐洲正在嘗試在日元和歐元中嵌入的電了標簽，返做的的不僅在于防止偽鈔，還可以方便鈔票交易處理。做到手拿一個讀卡機就可以在移過一疊鈔票的瞬時識別出中的假幣，同時得到鈔票的總數(shù)并記錄下所有鈔票號碼便于記錄和管理。（）公共交通管理應用。公交管理是應用技術(shù)最早的，也足最成功的領域之一。主要涉及三個方面的應用：電子車票、爿；停車收貲和鈉鈴刪。目前中國有許多城市如上海在使用非接觸式卡作為地鐵、出租【、公交的電子車票，這些電子標簽使用的是頻率下的：標準。因為電子車票由于具有交易便捷，快速通過，可靠性高等優(yōu)點，所以越來越多的武漢理人學碩十學位論文城市正準備使用電子車票并準備給它加更多的

9、功能。在不停車收費系統(tǒng)特別是是高速公路自動收費應用上，技術(shù)川以充分體現(xiàn)出它的優(yōu)勢：在讓車輛高速通過完成自動收費的同時，還可以解決原來收費成本高，管理混亂以及停車排隊引起得交通擁堵等問題。目前在這方應用的電子標簽因為要求能夠遠距離和快速識別，所以多工作在或微波螄段。在中國，許多城市都在建設和應用技術(shù)進行著高速公路的小停年收貲系統(tǒng)管理。而在海關(guān)的通關(guān)中，不少地區(qū)如深圳也已經(jīng)使用了頻段的系統(tǒng)來提高效率。隨著社會的發(fā)展，行駛在城市道路上的車輛越來越多，引起了嚴重的交通擁堵。因此需要對車流量進行實時監(jiān)控、統(tǒng)計、調(diào)度。另外，車輛劃糾燈記錄報警；被盜（可疑）車輛報警、跟蹤；特殊車輛跟蹤；肇事逃逸車輛排卉等也

10、都是需要認真對待的問題。通過在每輛車上裝上可遠距離識別的電予標簽，在每個路口設立讀卡機來識別通過的車輛就可以實時的完成交通流量的統(tǒng)口以通過智能軟件來自動的控制交通燈來達到監(jiān)控道路。疏導交通的目的。同時，也可以方便從車流中的找出特定的車輛。在這一方面，國內(nèi)外一直在進仃著例究和試驗，希望能應用技術(shù)來較好的解決交通擁堵這一世界性的交通難題。（）物流管理。為了保證物品的在運輸流通中不會被誤送或丟失，或者為了降低物流成本，提高運輸?shù)男?，需要對整個物流過程進行監(jiān)控和管電。目前技術(shù)在物流領域中應用主要集中在以下幾個方面：鐵路和公路的貨延淵度，集裝箱識別和跟蹤，物品、包裹的自動識別等在火車上安裝電子標簽，而

11、把讀寫器安在鐵路沿線，就可實時得到火車的運行情況和車廂內(nèi)裝的物品信息，通過動態(tài)的調(diào)度火車運行，就可以捉商鐵路運能和運輸?shù)男?。同樣的技術(shù)也可以應用在公路運輸上以提高效率，降低運輸?shù)臅r間和成本。本文主要研究內(nèi)容（）對基于非接觸式卡的射頻識別系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進行了研究。（）對射頻識別系統(tǒng)的理論知識進行了研究。（）對射頻卡技術(shù)及其通信協(xié)議進行了研究。（）對非接觸式卡讀寫器的軟硬件設計、調(diào)試及實際應用。武漢理一人學碩七學位論文第章射頻識別系統(tǒng)理論射頻識別系統(tǒng)的分類。系統(tǒng)的分類方法主要有以下幾種：按工作方式分類可分為主動式系統(tǒng)和被動式系統(tǒng)。主動式系統(tǒng)中別頻用自身的能量主動地發(fā)送數(shù)據(jù)給讀寫器，被動式系統(tǒng)中射頻

12、卡是在收到讀，器發(fā)的射頻信號后才被喚醒。這樣可以避免互相之間的干擾。按射頻卡有無電池可分為無源系統(tǒng)和有源系統(tǒng)。無源系統(tǒng)一般識別距離短，使用壽命較長。有源系統(tǒng)一般識別距離長，使用壽命取決于電池容量。按讀寫方式將射頻卡分為三種：可讀寫（）、一次寫入多次讀出（，）和只讀（）。卡成本比卡和卡高，卡是用戶可以一次寫入的，入后數(shù)據(jù)不能改變。卡存有唯一的號碼，不能更改。按工作距離分為遠程、近程和超近程系統(tǒng)。識別距離在以，系統(tǒng)稱遠程系統(tǒng)；識別距離至的系統(tǒng)稱近程系統(tǒng)：識別距離在乍【的系統(tǒng)統(tǒng)稱超近程系統(tǒng)。射頻識別系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)示意蚓武漢理：人學碩士學位論文典型系統(tǒng)（如圖一）由應答器（）、讀寫器（）以

13、及數(shù)據(jù)交換、管理系統(tǒng)等組成。應答器也稱射頻卡、電子標簽，它其千】智能讀寫及加密通信的能力，是射頻識別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體，在閱讀器的山應范圍之外，應答器處于無源狀態(tài)，只有在閱讀范圍之內(nèi)，應答器才是有源勺。應答器工作所需的能量，如同時鐘脈沖和數(shù)據(jù)一樣，是通過耦合單元（非接觸）傳輸給應答器的。讀寫器由無線收發(fā)模塊、天線、控制模塊及接口電路等組成，應答器如果是無源系統(tǒng)，即應答器內(nèi)不含電池，則應答器丁作的能員是讀乓器發(fā)出的射頻脈沖提供。射頻識別系統(tǒng)的工作原理實用系統(tǒng)為無源系統(tǒng)，即射頻卡內(nèi)不含電池，射頻卡的能量是山讀寫器發(fā)出的射頻脈沖提供。系統(tǒng)工作過程如下：）讀寫器在一個區(qū)域內(nèi)發(fā)射能量形成電磁場，區(qū)域大小

14、取決于發(fā)劓助率、工作頻率和天線尺寸。）射頻卡進入這個區(qū)域時，接收到讀寫器的射頻脈沖，經(jīng)過橋式整流后給電容充電。電容電壓經(jīng)過穩(wěn)壓后作為工作電壓。）數(shù)據(jù)解調(diào)部分從接收到的射頻脈沖中解調(diào)出命令和數(shù)據(jù)并送到控制邏輯，控制邏輯接受指令完成存儲、發(fā)送數(shù)據(jù)或其他操作。）如需要發(fā)送數(shù)據(jù)，則將數(shù)據(jù)調(diào)制后從收發(fā)模塊發(fā)送出去。）讀寫器接收到返回的數(shù)據(jù)后，解碼并進行錯誤校驗來決定數(shù)據(jù)的有效性，然后進行處理，必要時可通過，或無線接口將數(shù)據(jù)傳送到計蜉機。讀寫器發(fā)送的射頻信號除提供能量外，通常還提供時鐘信號，使數(shù)據(jù)保持同步。射頻識別系統(tǒng)中信號的編碼和調(diào)制圖是個典型的數(shù)字通信系統(tǒng)模型，與數(shù)字通信系統(tǒng)相類似，射頻識別系統(tǒng)中閱讀

15、器和應答器之間的數(shù)據(jù)傳輸，需要三個主要的功能塊：按從閱讀器到應答器的數(shù)據(jù)傳輸方向，它們是閱讀器（發(fā)送器）中的信號編碼（信處彈）和調(diào)制器（載波信號處理電路）、傳輸介質(zhì)（信道）、以及應答器（接收器）卜的解調(diào)器（載波回路）和信號譯碼（信號處理）。信號編碼系統(tǒng)的作用是使傳輸?shù)男畔⒑退男盘柋硎颈M可能最佳的，傳輸通道的性能相匹配，也就是將發(fā)送的數(shù)據(jù)信息變換為適合于信道傳輸特的頻武漢理工人學碩士學位論文譜結(jié)構(gòu)。這樣的處理對信息提供某種程度的保護，以防止信息受二擾或午¨儺摭以及對某些信號特性的蓄意改變。匕糾船舟船圖數(shù)字通信系統(tǒng)中的信號和數(shù)據(jù)流調(diào)制是對信號源的編碼信息進行處理，使其轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合傳輸?shù)男?/p>

16、式，般是將基帶信號轉(zhuǎn)交為個相對基帶頻率而言頻率非常高的帶通信號。傳輸介質(zhì)（信道）把信息傳輸過一段預定的距離，射頻識別系統(tǒng)中采用的傳輸介質(zhì)是磁場！感耦合）或電磁波（微波）。解調(diào)是一種另外的調(diào)制過程，以再生基帶：。解碼的任務也就是從基帶編碼的接收信號中恢復的原來的信息，并識別和標識出傳輸錯誤?；鶐Ь幋a常用的編碼有（反相不歸零制）編碼、曼徹斯特（）編碼、單極性歸零制編碼（）、差動雙相編碼（）、米勒（、）編碼、差動編碼。）編碼：在這種編碼中“高”信號表示二進制，“低”信號嵌，進制，在整個碼元區(qū)間電平保持不變。）曼徹斯特編碼：在半個比特周期時的負邊沿便是二進制】，半個比特周期中的正邊沿表示二進制。由于曼

17、徹斯特編碼在每個碼元刈隔的中心肯分都存在電平跳變，因此在頻譜中存在很強的定時分量。此外，由于方波周期內(nèi)、負電平各占一半，因此也不存在直流分量。曼徹斯特編碼在采用副載波負載調(diào)制時經(jīng)常用于從應答器到閱讀的數(shù)據(jù)傳輸。武漢理二人學碩：學位論文）單極歸零制編碼：在第一個比特周期中的“高”信號表，：續(xù)整個比特周期的“低”信號表示二進制的。）差動雙向編碼：在半比特周期中任意的邊沿跳變表示二進制，而沒有邊沿持續(xù)整個比特周期表示二進制，在每一個比特周期丌始時，電平要反相。）米勒編碼：在半個比特周期內(nèi)的任意邊沿表示二進制，而經(jīng)過卜¨。個比特周期中的電平表示二進制。一連串的在比特周期丌始時產(chǎn)生乜平交換。）

18、變形米勒編碼：也就是在米勒編碼的基礎上有一些細微的變化，存侮個邊沿都有一個“負”脈沖所取代。這種編碼在電感耦合的射頻識別系統(tǒng)用于從閱讀器到應答器的數(shù)據(jù)傳輸，很短的脈沖持續(xù)時間就可以完成，在數(shù)掘傳輸過程中保證從閱讀器的高頻場中連續(xù)供給應答器能量。）差動編碼：在差動編碼中，用電平的跳變表示二進制，信號保持卅變表示二進制。由于它的電平與信號、之間不存在絕對的關(guān)系，而是用電平的相對變化來傳輸信息，因此，它可以用來解決相位鍵控同步解調(diào)時因接收端本地載波相位倒置而引起的信息、倒換問題。在為射頻識別系統(tǒng)挑選合適的信號編碼系統(tǒng)時，應當考慮每種編碼的邊界條件，最重要的是調(diào)制后的信號頻譜，以及對傳輸故障的敏感度。

19、另外對于無源應答器來說，不允許由于信號編碼與調(diào)制方法的不適當?shù)慕M合而導致能暈轉(zhuǎn)化的中斷。射頻識別系統(tǒng)一般采用曼徹斯特（）編碼和編碼。數(shù)字調(diào)制技術(shù)調(diào)制就是用基帶信號對載波波形的某些參量進行控制，這些參量隨魁帶信號的變化而變化。未經(jīng)過調(diào)制的電磁波被稱作載波，調(diào)制的載波可以分為兩大類：用弦信號作為載波和用脈沖或一組數(shù)字信號作為載波。調(diào)制在通信系統(tǒng)中具有十分重要的作用，通過調(diào)制不僅可以進行頻譜搬移，把調(diào)制信號的頻潛搬移到所希望的位置上，將調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成合適信道傳輸或便于信道多足并復用的已調(diào)信號。而且調(diào)制對系統(tǒng)的傳輸有效，匪和傳輸?shù)目煽啃杂泻艽蟮挠绊?，調(diào)制的方式往往決定了一個通信系統(tǒng)的性能。數(shù)字信號一般

20、調(diào)制方法有三種：對載波振幅調(diào)制稱為振幅鍵控（），對載波頻率調(diào)制稱為頻移鍵控（），對載波相位調(diào)制稱為相移鍵控（）的數(shù)字調(diào)制法。射頻識別系統(tǒng)中常常采用調(diào)制方法是也就是這三種。武漢理工人學碩士學位論文振幅鍵控（）振幅鍵控也就是用振幅調(diào)制方式來傳輸數(shù)據(jù)基帶信號，常常刖矩彤的占帶脈沖去控制正弦載波的振幅，簡稱。當調(diào)制信號為二進制數(shù)字信號時，柏：為二進制振幅鍵控（）。最簡單的的形式是載波在二進制調(diào)制情或的控制下通斷，載波為（¨，輸出信號為（¨，調(diào)制信號為（，如果口（）的二進制信號空時載波全通全斷，則在，碼時發(fā)送載波（甜。¨，在。碼時不發(fā)送載波信號，這種調(diào)制又稱（、天鍵控，其時

21、域表達式為：（）口。（）（）這里，彳為載波幅度，國為載波頻率，口為二進制數(shù)字。在一般情況下，調(diào)制信號是具有一定波形形狀的二進制系統(tǒng)（兒南帶信號），即：（）（卜）一（）這里，丁為信號間隔，（為調(diào)制信號的時間波形。二進制振幅鍵控信號的一般時域表達式為：只卜莓（）（剛）若二進制系列的功率譜密度為（），則二進制振幅鍵控信號的功率譜密度兀（）為只（）阮（徹。）瓦（彩飛）】、因此，二進制振幅鍵控信號的頻譜寬度是二進制帶信號頻港寬度的，從理論上來說這種信號的頻譜寬度是無窮大，為了限制頻帶，可以采用限帶信號作為基帶信號。振幅調(diào)制信號通常是以鍵控的方式產(chǎn)生的。實際上相當于用一個單極性基帶脈沖與弦載波信號相乘，因

22、此二進制振幅鍵控的調(diào)制器可以用一個丌關(guān)路來實現(xiàn)。頻移鍵控（）頻移鍵控（）是用不同頻率的載波來傳送數(shù)字信號。二進制頻移鍵挖（簡武漢理火學碩士學位論文稱）頻率的載波來代表數(shù)字信號的兩種電平。接收嘣收到不同的找波信寫再進行逆變換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，完成信息的傳輸過程。在二進制頻移鍵控中，載波信號的頻率隨著調(diào)制信號或而變，刈、載波頻率，對應于載波頻率。二進制頻移鍵控的信號表達式為：廠：。（）吼（）一，（卜）（：，），“（）這里，萬：峨礬，是口”反碼，在通常情況下，（，）為單個矩形脈沖。二進制頻移鍵控己調(diào)信號可以看成是兩個不同載波的振幅鍵控已調(diào)信號之和，因此它的頻帶寬度是兩倍基帶信號寬度與，：一，的絕對值

23、之和，即：，厶一一圖為信號的產(chǎn)生電路，這里數(shù)字信號控制兩個單獨的振蕩器控制門電路（與）按數(shù)字信號的變化規(guī)律分別通斷，若門捫丌，則天閉，此時輸出為，；反之，輸出，。其特點是速度快，波形好，頻率穩(wěn)定度高，但設備復雜；由于在兩個振蕩器之間進行鍵控，使輸出的信號失去了柏位的連續(xù)性，數(shù)字信輸圖信號的產(chǎn)生電路相移鍵控（）二進制相移鍵控（也稱）用一個載波的兩種相位末代表數(shù)字信號。是將編碼信號的二進制狀態(tài)和轉(zhuǎn)變成載波振蕩相對基準相位的相應棚位狀念，通過用相位。和。來分別表示或。二進制相移鍵控己謂信號的時域表達式為：廠（）（）（）”（）其中“，的取值為或一，因此在某個信號間隔內(nèi)觀察己調(diào)信號時，若是幅度為，寬度為

24、丁的矩形脈沖，則有：武漢理大學碩十學位論文±（。）（。，）：）這里一”或。這種調(diào)制方式稱為“絕對移相”。兩種相位的取值是對固定的參考棚晰的。信號沒有直流分量，因而是抑制載波的雙邊帶調(diào)制，所以號的功率與信號的功率相同，只是少了一個離散的載波分量。和絕對調(diào)相相比，還有一種叫做相對移相，即，也稱差分訓相這種方式用載波的相位變化來傳送數(shù)字信號。在絕對碼出現(xiàn)時，的載波相位改變石，出現(xiàn)時載波相位不變。實際上是以一個固定參考相位的裁波為基準的，因此，解調(diào)時，也必須要有一個參考相位固定的載波。如果參考斗日位發(fā)生了“倒相”，則恢復的數(shù)字信號就會發(fā)生和碼反相這種情況稱為反相作。然而，在系統(tǒng)中，只與相對相

25、位有關(guān)，而與絕對相位無關(guān)，敞解科。不存在反相工作的問題（即相位模糊）。所以，在實際工程中大多采用”山。式。射頻識別系統(tǒng)的副載波調(diào)制就射頻識別系統(tǒng)而言，用副載波的調(diào)制法主要用在頻率范圍、卅或的電感耦合系統(tǒng)中，而且是從應答器到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸。電感耦合的射頻識別系統(tǒng)的負載調(diào)制有著與閱讀天線上高頻電樂振鍵控（）調(diào)制相似的效果。代替在基帶編碼的信號節(jié)拍中對負載電阻的切換，用基帶編碼的數(shù)據(jù)信號首先調(diào)制低頻率的副載波?？梢赃x擇振幅鍵控（）、頻移鍵控（）或相移鍵控（）調(diào)制作為副載波調(diào)制方法。副載波頻率本身通常是通過對操作頻率的二進制分頻產(chǎn)生的。對的系統(tǒng)來沈，人多數(shù)使用的副載波頻率為（）、（）或（），已調(diào)的副

26、載波信號則用于切換負載電阻。副載波進行負載調(diào)制時，首先在圍繞操作頻率副載波，”的兩側(cè)的距離卜，”生兩條譜線。真實的信息隨著基帶編碼的數(shù)據(jù)流對副載波的調(diào)制被傳輸?shù)絻蓷l副載波譜線的邊帶中。另一方面，如果采用的是在基帶中進行的負載凋制時，數(shù)據(jù)流的邊帶將直接圍繞著工作頻率的載波信號。射頻識別系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?。，使用非接觸技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)時，很容易遇上干擾，使傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生意外！政變武漢理：人學碩七學位論文從而導致傳輸錯誤。此類問題通常是由外界的各種于擾和多個應答烈。信道發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生碰撞造成的，針對這兩種情況，常用的處理方法是采川校驗和法和多路存取法。對于系統(tǒng)，由于信息碼元序列是一種隨機序列接收端無法預知

27、比無法識別其中有無錯碼。為了解決這個問題，常常采用在發(fā)送端或電子標簽信息、碼元中增加一些監(jiān)督（糾錯）碼元，這些糾錯碼元和信息、碼元之間有一疋的關(guān)系，使接收端或閱讀器可以利用這些關(guān)系由信道解碼器來發(fā)現(xiàn)或糾可能存在的錯誤碼元。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，不的編碼方法有著不同的檢錯或糾錯能力。在射頻識別系統(tǒng)中常用的糾錯編碼是校驗和法，最常用的校驗和法是奇偶校驗、縱向冗余校驗（）法和循環(huán)冗余碼校驗（）法。校驗和法（）奇偶校驗奇偶校驗是一種很簡單的而廣泛使用的校驗和法。這科方法足把個，偶校驗位組合到每一字節(jié)中，并被傳輸，即每字節(jié)發(fā)送九位。在數(shù)據(jù)傳輸必須確定：是用偶數(shù)校驗還是用奇

28、數(shù)校驗，以保證發(fā)送器和接收器二者都用同樣的方法進行校驗。奇偶校驗值是這樣設定的：奇校驗時，若每字節(jié)的數(shù)抓：化的個數(shù)為奇數(shù)時則奇偶校驗儉之值為，反之，則為；偶校驗時，則當每字節(jié)的數(shù)據(jù)位中的個數(shù)為奇數(shù)時，則奇偶校驗位之值為，反之，！為。梢校驗位也可以解釋為數(shù)據(jù)位的水平校驗和模值。這種水平校驗和可用”異或”門（邏輯門）從數(shù)據(jù)位算得，總之，奇校驗是使用校驗位在內(nèi)的九位中的個數(shù)為奇數(shù)：而偶校驗則是使之為偶數(shù)。然而，這種簡單方法的缺點是識別錯誤的能力低，奇數(shù)位的改變（、文¨）總是可以檢出的；而對偶數(shù)值（、）的改變，錯誤互相抵消了，可奇偶位看來似乎是正確的。偶校驗的奇偶校驗發(fā)生器可以通過對字節(jié)內(nèi)所

29、有數(shù)據(jù)位的邏輯束實現(xiàn)，的操作順序是任意的。對奇校驗來說，奇偶校驗發(fā)生器的輸出是反川的。（）縱向冗余校驗（）法被稱作縱向冗余校驗（）的校驗和可以既簡便而又快速地算米。把武漢理一大學碩十學位論文一個數(shù)據(jù)塊的所有數(shù)據(jù)字節(jié)遞歸經(jīng)選通后即可產(chǎn)生校驗和。字¨剛字節(jié)經(jīng)門選通結(jié)果再用字節(jié)經(jīng)門選通如此等等。蟲¨果數(shù)拋傳輸時把縱向冗余碼校驗值附在數(shù)據(jù)塊后面一起傳輸那么在接收器中對數(shù)據(jù)塊加字節(jié)產(chǎn)生后就可以對傳輸錯誤進行簡單的校核。其結(jié)糶總鷹為零，任何其它結(jié)果都表示出現(xiàn)了傳輸錯誤。然而并很口靠，多個錯誤能相互抵消，在一個數(shù)據(jù)塊內(nèi)字節(jié)順序的互換根本識別不出來。主要剛于陜速校驗很小的數(shù)據(jù)塊。（例如個字

30、節(jié)）。（）循環(huán)冗余碼校驗（）法循環(huán)冗余碼校驗（）法原來用于磁盤驅(qū)動器中。即使數(shù)據(jù)量很大也能得出有足夠可靠往的校驗和數(shù)。這種方法也特別適用于傳輸數(shù)據(jù)經(jīng)有線（電話）或無線接口（無線電技術(shù)，）時識別錯誤。法能夠以很大的可靠性識別傳輸錯誤，然而不能校正錯誤。法的計算是一種循環(huán)過程。于是，的計算包括了要計算其值的數(shù)據(jù)字節(jié)以及所有前面的數(shù)據(jù)字節(jié)的值。數(shù)據(jù)塊中的每一被校驗過的字節(jié)都用來計算整個數(shù)據(jù)塊的值。從數(shù)字角度來看，校驗和是用所謂的生成多項式去除一個多項式（數(shù)據(jù)字節(jié)）即可求得，值為相除后所得余項，整個相除的過程采用計算。如果采用編碼校驗，發(fā)送方和接收方必須事先約定一個生成多項式引，生成多項式的高位和低位

31、必須是。要計算聊位的幀（）的校驗和，個成多項式必須比該多項式短。基本思想是：將校驗和加在幀的末尾，使這個帶校驗和幀的多項式能被（除盡；當接收方收到帶校驗和幀時，用（）去除它，如果有余數(shù)，則傳輸出錯。為了說明這一操作，計算一個數(shù)據(jù)塊的位檢驗和，數(shù)據(jù)塊的第一個字節(jié)是，生成多項式協(xié)）。為了計算位的，把數(shù)據(jù)字節(jié)向左移位（一時移位）。川的起始位值填入變空的位，本例中是?，F(xiàn)在將生成多項式按下面的艦則重復地經(jīng)門用數(shù)據(jù)字節(jié)選通：“如果數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位用邏輯選通了生成多項式。則中間結(jié)果的起始位零被刪除，并從右面用數(shù)據(jù)字節(jié)或起始值位填補，以便與生成多項式執(zhí)行新的選通，這種操作將重復進行，直到留下位余數(shù)為止。這個余

32、數(shù)就是數(shù)據(jù)字節(jié)的值”。為了計算整個數(shù)據(jù)塊的伉，前面的數(shù)據(jù)字節(jié)的值就用作后繼數(shù)據(jù)字節(jié)的起始值。當數(shù)據(jù)幀被傳輸時在發(fā)送器內(nèi)計算數(shù)據(jù)的值，并將此值附在數(shù)據(jù)塊后武漢理丁大學碩十學位論文一起傳輸，在接收器中計算接收數(shù)據(jù)（包括附加字節(jié)）的值，結(jié)果總為零。否則在接收字塊中出現(xiàn)了傳輸錯誤。用零校驗能夠容易地分析校驗和，并避免代價很高的校驗和比較過程。這里應當注意雙方的訓算都應從相同的的起始值開始。的一大優(yōu)點是識別錯誤的可靠性，即使在有多重錯洪叫，也？；嬰少鞋的操作就可以識別。位的就適用于校驗千字節(jié)長的數(shù)據(jù)塊的數(shù)槲完整性，在系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊明顯的比千字節(jié)短，因此除了位外，還可以使用位和位的。以下三個項式已成為

33、國際標準：一”一用后向耦合移位寄存器和門可組成處理器。當用移位寄存器計算一時，首先將位長的移位寄存器設定在它的起始值上，然后從數(shù)拱；移位開始計算，將數(shù)據(jù)位（從低位的數(shù)據(jù)位開始）逐位移入反向耦合移位寄仃器，反向耦合或多項式除法是建立在用邏輯選通位基礎上的；當所彳位被移入寄存器，計算結(jié)束，位寄存器的內(nèi)容就表示所需的的值。多路存取法在射頻識別系統(tǒng)工作時，可能會有一個以上的應答器同時處在閱讀器的作斤范圍內(nèi)，這樣如果有兩個或兩個以上的應答器同時發(fā)送數(shù)據(jù)時就會出現(xiàn)通信沖突，數(shù)據(jù)相互的干擾（碰撞）；同樣有時也有可能多個應答器處在多個閱讀器的工作范圍內(nèi)，他們之間的數(shù)據(jù)通信也會引起數(shù)據(jù)干擾，不過我們一般很少考慮

34、后面的這種情況。為了防止這些沖突的產(chǎn)生，射頻識別系統(tǒng)中需要設置一定的相關(guān)命令，解決沖突問題，這些命令被稱為防沖突命令或算法（）對于射頻識別系統(tǒng)中存的的不同通信形式一般有三種。第一種是“無線“播”式，即在一個閱讀器的閱讀范圍內(nèi)存在多個應答器，閱讀器發(fā)出的數(shù)據(jù)流用時被多個應答器接收。這可以同數(shù)百個無線電廣播接收機同時接收一個發(fā)逆竹息類似，而信息是由一個無線電廣播發(fā)射機發(fā)射的。第二種是在閱讀器的用范圍有多個應答器同時傳輸數(shù)據(jù)給閱讀器，這種通信形式稱為多路存取通信。第武漢理：大學碩十學位論文三種是多個閱讀器同時給多個應答器發(fā)送數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在射頻識別系統(tǒng)中這個情況很少遇到，我們常常遇到“多路存取”這種通信方

35、式。每個通信通路有規(guī)定的通路容量。這種通路容量是由這個通信通！址人數(shù)據(jù)率以及供給它使用的是時間片確定的。分配每個應答器的通嗡容量必鋇滿足：當多個應答器同時把數(shù)據(jù)傳輸給一個單獨的閱讀器時不能出現(xiàn)互相干擾（碰撞）。對于電感耦合的系統(tǒng)來說，只有閱讀器中的接收部分作為共同的通路，供閱讀器作為范圍的所用應答器將數(shù)據(jù)傳輸給閱讀器使用。最大數(shù)據(jù)率是由應答器天線的有效帶寬和閱讀器得出的。對于微波的系統(tǒng)來說，最大的數(shù)掘率較大。在無線通信技術(shù)中，通信沖突的問題是長久以來存在的問題，但同時也研究出許多相應的解決方法?；旧嫌兴姆N不同的方法：空分多路法（）、頻分多路法（）、碼分多路法（）和時分多路法（），下面分別介紹

36、這四種方法。（）空分多路（）法空分多路（）法可以理解為在分離的空間范圍內(nèi)重新使用確定的資源（通路容量）的技術(shù)。一種方法是使單個閱讀器的作用距離明顯減少，而把大量的閱讀器和天線覆蓋面積并排地安置在一個陣列之中，因此閱讀器的通信容量在相鄰的區(qū)域內(nèi)可重新使用。當應答器經(jīng)過這個陣列時與之最近的閱讀器就可以與之進行通信，而因為每個天線的覆蓋面積小，所以相鄰的閱讀器區(qū)域內(nèi)有其他應答器仍然可以相互交換信息而不受到相鄰的干擾，這樣許多應答器這個陣列中，由于空間分布可以同時讀出而不會相互影響。第二種方法是神：閱讀器上利用一個電子控制定向天線，該天線的方向圖直接對準某個應答器（自適應的）。所以不同的應答器可以根據(jù)

37、它的閱讀器作用范圍內(nèi)的角度位置區(qū)分開來，可以用相控陣天線作為電子控制定向天線，這種天線由若丁個偶極冗糾構(gòu)成，用各個確定的，獨立的相位去控制每個偶極子元件。天線的方向到就是由各個不同方向的偶極子的單個波疊加出來的，某個方向上，偶極子元什的單個場的疊加由于相位關(guān)系，得到了加強；在其他方向上，則全部或部分抵消而被削弱。為了改變指向，通過可調(diào)的移相器向各個偶極子供給相位可調(diào)的高頻電壓。為了啟動某一個應答器，必須使定向天線掃描閱讀器周圍的空，氳到武漢理人學碩士學位論文此應答器被閱讀器的“搜索波束”檢測到為止。射頻識別系統(tǒng)用的自適應由于天線的結(jié)構(gòu)尺寸，只有當頻；苷大：刪（典型的是）時才能使用，而且天線系統(tǒng)

38、非常復雜、實施贊用相當高，因此這種方法限制在一些特殊的應用上。（）頻分多路（）法頻分多路（）法是把若干個使用不同載波頻率的傳輸通路同時；：！給通信用戶使用的技術(shù)。對于系統(tǒng)來說，可以使用具有可自由調(diào)整的、：發(fā)送頻率諧振的應答器。對應答器的能量供應以及控制信號的傳輸則使用最佳的使用頻率，應答器可以使用若干個供選用的應答頻率。因此，對于應答器的傳輸來說可以使用完全不同的頻率。的缺點是閱讀器的費用相當高，因為每個接收通路秘須有自己獨的接收器提供，所以這種方法只能在少數(shù)幾種特殊應用上。（）時分多路（）法是把整個可供使用的通路容量按時間分配給多個用戶的技術(shù)。它在數(shù)字移動無線電系統(tǒng)的范圍內(nèi)推廣使用，對于系統(tǒng)

39、，成為反碰撞法最大量的一族。這種方法又分為應答器控制（應答器驅(qū)動）和閱讀器控制（驅(qū)動）法。應答器控制法的工作是非同步的，因為這里對閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸沒有控制。按照應答器成功地完成數(shù)據(jù)傳輸后是否通過閱讀的信號而斷丌，又可區(qū)分為“丌關(guān)斷開”法和“非開關(guān)”法。應答器控制法很慢而且不靈活，因此大多數(shù)系統(tǒng)采用由閱讀器作為主控制器的控制方法，這種方法可以同步進行觀乏、為這里所有的應答器同時由閱讀器進行控制和檢測。通過一種規(guī)定的算泄：，在閱讀器的作用范圍內(nèi)，首先選擇較大的應答器組中的一個應答器。然后在選擇的應答器和閱讀器之間進行通信（如鑒別、讀出和寫入數(shù)據(jù)）。為了選擇另外一個應答器，應該解除原來的通信關(guān)系，因

40、為在某一時問內(nèi)只能建立起唯一的通信關(guān)系，也就是單個應答器占用信道通信，可以快速地按時間順序操作府符器，所以用閱讀器控制的方法也稱作定時雙工傳輸法。閱讀器控制的方法可以每劃分為“輪詢法”和“二進制搜索算法”所有這些方法都以一個獨持的序列號來識別應答器為基礎?！拜喸儭狈ㄐ枰兴锌赡苡玫降膽鹌餍蛄刑柷鍐?。所有的序列號依次陂閱讀器詢問，直至某個有相同序列號的應答器響應時為止。然而，這個過。俄武漢理一人學碩士學位論文賴于應答器的數(shù)目，可能會很慢。因此，只適用于作用區(qū)中僅有幾個己知的成答器的場合。最靈活的和最廣泛推廣使用的方法是“二進制搜索算法”。對這種方法來說，為了從一組應答器中選擇其中之一，閱讀器

41、發(fā)出一個請求命令將應答器垮列號傳輸時的數(shù)據(jù)碰撞日導到閱讀器上，在二進制搜索算法的實現(xiàn)中起決定：刖的是：閱讀器所使用的合適的信號編碼必須能夠確定出碰撞的準確的比特位置。（）碼分多路（）法是數(shù)字技術(shù)的分支一擴頻通信技術(shù)發(fā)展起來的一種嶄新的無線通信技術(shù)。技術(shù)的原理是基于擴頻技術(shù)而用戶具有特征碼，即包禽擴頃（）與分碼兩個基本概念。擴頻是信息帶寬的擴展，即把需要傳送的具有定信號帶寬信號的帶寬擴展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出之。接收端使用完全相同的偽隨機碼，與接收的帶寬信號作相關(guān)處理，把寬帶信號轉(zhuǎn)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號即解擴，以實現(xiàn)信息通信。碼分是實現(xiàn)用戶信道和基站的標識問題?？梢杂貌煌葡嗟膫坞S機系列來實現(xiàn)

42、基站的碼分選址，用一定的算法實現(xiàn)信道的選擇，用周期足夠長的序列實現(xiàn)用戶的誤用另多速率業(yè)務的識別。缺點是頻帶利用率低、信道容量小；地址碼選擇較難；接收時地址碼捕獲時間較長。其通信頻帶及其技術(shù)復雜性等很難在系統(tǒng)中推廣應用。在系統(tǒng)中多路存取有以下特征：閱讀器和應答器之間數(shù)據(jù)包總的傳輸時間由數(shù)據(jù)包的大小和波特牢決定，傳播延時可忽略不計。系統(tǒng)包括大量的應答器并且是動態(tài)的（有可能隨時超出閱讀器范圍），通過競爭激勵的辦法占用信道進行通信。應答器沒有被閱讀激活的情況下不能和閱讀器進行通信，對于系統(tǒng)這種主從關(guān)系是唯一的，一旦應答器被識別，就可以和閱讀器之間進行點對點的模式進行通信。相對于穩(wěn)定方式的多路存取系統(tǒng)，

43、系統(tǒng)仲裁通信過程是短暫的過程。防碰撞算法也就是利用多路存取法，也就是研究的重點，可使射頻！刖系統(tǒng)中閱讀器與應答器之間數(shù)據(jù)完整地傳輸。射頻識別系統(tǒng)多路存取技術(shù)的實現(xiàn)對應答器和閱讀器提出了一些要求，必須可靠的防止由于應答器的數(shù)據(jù)在閱讀器的接收過程中，互相碰撞從而有能潑武漢理人學碩士學位論文或相互干擾。在射頻識別技術(shù)的發(fā)展過程中，防碰撞技術(shù)是信號識別。處理關(guān)鍵技術(shù)之一。當在讀寫器的天線區(qū)域中有多個應答器時，它乎同時發(fā)送信號，產(chǎn)生信道爭用的問題，信號互相干擾，即發(fā)生了碰撞。而防碰撞技術(shù)利用排隊論及抗噪聲技術(shù)解決了這個問題。早期的識別系統(tǒng)一次只能識別一而系統(tǒng)一次可以完成對多個射頻卡的識別。防碰撞技術(shù)沒計

44、的優(yōu)劣很大程度上決定了系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。防碰撞算法協(xié)議（）算法所有的多路存取方法中，最簡單的方法是，法。只要有一個數(shù)“：也提供使用，這個數(shù)據(jù)包就立即從應答器發(fā)送到閱讀器去。因此，這種處理本必與應答器控制的、隨機的法有關(guān)。這種方法僅用于只讀應答器中。這類應答器通常只有一些數(shù)據(jù)（序列號）傳輸給閱讀器，并且是在一個周期性的循環(huán)中將這些數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)閱讀器的。數(shù)據(jù)傳輸時間只是重復時問的，部分，以致在傳輸之間產(chǎn)生相當長的間歇。此外各個應答器的重復時間之間的差別是微不足道的。所以存在管一定的概率兩個應答器可以在個同的時間段上設置它們的數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)包不互相碰撞。在系統(tǒng)中交換的數(shù)據(jù)包與在確定的時刻同時發(fā)送應答器（即

45、、）相符。平均交換的數(shù)據(jù)包含量與經(jīng)過一段時間的平均值相符。平均交換的數(shù)據(jù)包含量可以表示為下式：，。莩等一（。），）、式（）中：表示一個數(shù)據(jù)包的傳輸持續(xù)時間，、應答器的數(shù)量，。、是在觀察時閩內(nèi)由應答器發(fā)送的數(shù)據(jù)包量。吞吐率是一種關(guān)于計算機或數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)（如網(wǎng)橋、路由器、網(wǎng)關(guān)或廣域網(wǎng)連接等）數(shù)據(jù)傳輸率的測度。吞吐率通常是對一個系統(tǒng)與它的部件處州傳輸數(shù)據(jù)能力的總體評價。在通信系統(tǒng)中，這個測度通常基于每秒能處理的數(shù)據(jù)仲數(shù)或分組的數(shù)目，它依賴于網(wǎng)絡的帶寬和交換部件。對于系統(tǒng)，當吞吐率等于，即是在傳輸期問無碰撞的傳輸數(shù)據(jù)包，等于表示數(shù)據(jù)沒有發(fā)送或者是由于碰撞不能準確地讀出傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。傳輸通道的平均吞吐率為

46、：一“武漢理人學碩十學位論文如果將式對求導?？梢缘贸鲈冢簳r，得到最大吞吐率為，。對較小的交換數(shù)據(jù)包量來說，傳輸通路的大部分時間沒有被利用；擴大變換的數(shù)掘包量時，應答器之白的碰撞立即明顯增加，以上的通路容量沒有利用。但是法由于它實現(xiàn)起來比較簡單，能夠作為防碰撞的療法，很好地適用于只讀應答器系統(tǒng)。成功傳輸數(shù)據(jù)包的概率，可以從平均的交換的數(shù)據(jù)包量和吞吐率¨以計算出來：口：旦：石一）（）時隙法使法對比較小的吞吐量最優(yōu)化的途徑就是時隙法，應答器只在規(guī)定的同步時隙（）內(nèi)才傳輸數(shù)據(jù)包。在這種情況下，對所有應答器所必須的同步應由閱讀器控制。因此。這涉及到一種隨機的、閱讀器控制的防碰撞法。與簡單的法相比，可能出現(xiàn)碰撞的時間只有一半那么多。假設數(shù)據(jù)包大小一樣（因而傳輸時間相同），并且兩個應答器在時間問隔、內(nèi)要把數(shù)據(jù)包傳輸結(jié)閱讀器，那么在使用簡單的法時總會出現(xiàn)相互