RFID開發(fā)技術(shù)及實(shí)踐(西電版)第1章射頻識別技術(shù)課件

RFID開發(fā)技術(shù)及實(shí)踐（西電版）第1章射頻識別技術(shù)RFID開發(fā)技術(shù)及實(shí)踐（西電版）第1章射頻識別技術(shù)1.1射頻識別技術(shù)簡介

射頻識別(RadioFrequencyIdentification，RFID)技術(shù)是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識別技術(shù)。在RFID系統(tǒng)中，識別信息存放在電子數(shù)據(jù)載體中，電子數(shù)據(jù)載體稱為應(yīng)答器，應(yīng)答器中存放的識別信息由閱讀器讀寫。目前，射頻識別技術(shù)最廣泛的應(yīng)用是各類RFID標(biāo)簽和卡的讀寫及管理。

本章將從射頻識別技術(shù)的發(fā)展歷史開始，詳細(xì)講解其技術(shù)原理、標(biāo)準(zhǔn)以及與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系等內(nèi)容。1.1射頻識別技術(shù)簡介

射頻識別(Radi1.1.1射頻識別技術(shù)的發(fā)展歷史

顧名思義，射頻識別技術(shù)就是以射頻為載體的一項(xiàng)識別技術(shù)。無線電的出現(xiàn)和發(fā)展是該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的前提。限于技術(shù)等原因，早期的射頻識別技術(shù)更多地應(yīng)用在大型的、特定的行業(yè)和場合。1.1.1射頻識別技術(shù)的發(fā)展歷史

顧名思義，射頻識別1.?IFF系統(tǒng)

射頻識別技術(shù)最早的應(yīng)用可追溯到第二次世界大戰(zhàn)期間。當(dāng)時(shí)為了避免誤傷友機(jī)，開發(fā)出了飛機(jī)的敵我目標(biāo)識別(IdentificationFriendorFoe，IFF)系統(tǒng)。IFF的原理是利用射頻電波攜帶一段加密的編碼，當(dāng)友機(jī)收到后，立刻利用加密機(jī)制解碼并發(fā)回“我是朋友”的信息，而敵機(jī)則無法回應(yīng)。目前，這種飛機(jī)身份無線識別系統(tǒng)依然應(yīng)用在民用航空領(lǐng)域，也仍被稱為IFF。1.?IFF系統(tǒng)

射頻識別技術(shù)最早的應(yīng)用可追溯到第2.?AIS系統(tǒng)

船舶自動(dòng)識別(AutoIdentificationSystem，AIS)系統(tǒng)是射頻識別技術(shù)在海事領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。該系統(tǒng)經(jīng)IFF發(fā)展而來，由岸基(基站)設(shè)施和船載設(shè)施共同組成。船載設(shè)備配合全球定位系統(tǒng)(GPS)，可將船位、船速、改變航向率及航向等船舶動(dòng)態(tài)資料結(jié)合船名、呼號、吃水及危險(xiǎn)貨物等船舶靜態(tài)資料由甚高頻(VHF)頻道向附近水域及基站廣播，使鄰近船舶及基站能及時(shí)掌握附近海面所有船舶的動(dòng)、靜態(tài)資訊。如果發(fā)現(xiàn)周圍海域船舶出現(xiàn)異?；蛴邢嘧参ｋU(xiǎn)，可以立刻互相通話協(xié)調(diào)，采取必要避讓行動(dòng)，這對船舶安全和管理有很大幫助。2.?AIS系統(tǒng)

船舶自動(dòng)識別(AutoIden3.發(fā)展趨勢

近年來，隨著大規(guī)模集成電路、網(wǎng)絡(luò)通信、信息安全等技術(shù)的發(fā)展，射頻識別技術(shù)逐漸小型化、集成化，不再局限于特定行業(yè)的應(yīng)用，而進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段。如目前被廣泛使用的公交卡、門禁卡和二代身份證等就是射頻識別技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用?？ê蜆?biāo)簽類的應(yīng)用逐漸被民眾所熟悉和接受，以至于成為RFID的代名詞。

在物聯(lián)網(wǎng)興起的背景下，射頻識別技術(shù)由于具有高速移動(dòng)物體識別、多目標(biāo)識別和非接觸識別等特點(diǎn)，顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿εc應(yīng)用空間，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一。3.發(fā)展趨勢

近年來，隨著大規(guī)模集成電路、網(wǎng)絡(luò)通信1.1.2射頻識別技術(shù)的特征

射頻識別技術(shù)作為一種特殊的識別技術(shù)，區(qū)別于傳統(tǒng)的條形碼、插入式IC卡和生物(如指紋)識別技術(shù)，具有下述特征：

是通過電磁耦合方式實(shí)現(xiàn)的非接觸自動(dòng)識別技術(shù)。

需要利用無線電頻率資源，并且須遵守?zé)o線電頻率使用的眾多規(guī)范。

存放的識別信息是數(shù)字化的，可通過編碼技術(shù)方便地實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用。

可以方便地進(jìn)行組合建網(wǎng)，以完成多規(guī)模的系統(tǒng)應(yīng)用。

涉及計(jì)算機(jī)、無線數(shù)字通信、集成電路及電磁場等眾多學(xué)科。1.1.2射頻識別技術(shù)的特征

射頻識別技術(shù)作為一種特1.2RFID技術(shù)原理

RFID技術(shù)涉及無線電的多個(gè)頻段，性能特點(diǎn)不盡相同，所以具體的閱讀器和應(yīng)答器等形式也不相同。而實(shí)用的RFID系統(tǒng)更加復(fù)雜，涉及很多技術(shù)細(xì)節(jié)。其中，編碼與調(diào)制、數(shù)據(jù)校驗(yàn)與防碰撞是幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。1.2RFID技術(shù)原理

RFID技術(shù)涉及無1.2.1RFID系統(tǒng)組成

RFID系統(tǒng)由閱讀器、應(yīng)答器和高層等部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。

最簡單的應(yīng)用系統(tǒng)只有一個(gè)閱讀器，它一次對一個(gè)應(yīng)答器進(jìn)行操作，如公交車上的刷卡系統(tǒng)；較復(fù)雜的應(yīng)用需要一個(gè)閱讀器可同時(shí)對多個(gè)應(yīng)答器進(jìn)行操作，要具有防碰撞(也稱防沖突)的能力；更復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)要解決閱讀器的高層處理問題，包括多閱讀器的網(wǎng)絡(luò)連接等。1.2.1RFID系統(tǒng)組成

RFID系統(tǒng)由閱讀器、應(yīng)圖1-1RFID系統(tǒng)組成圖1-1RFID系統(tǒng)組成1.高層

對于由多閱讀器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)信息系統(tǒng)來說，高層是必不可少的。例如，采用RFID門票的世博會(huì)票務(wù)系統(tǒng)，需要在高層將多個(gè)閱讀器獲取的數(shù)據(jù)有效地整合起來，提供查詢、歷史檔案等相關(guān)管理和服務(wù)。更進(jìn)一步，通過對數(shù)據(jù)的加工、分析和挖掘，為正確決策提供依據(jù)，這就是常說的信息管理系統(tǒng)和決策系統(tǒng)。1.高層

對于由多閱讀器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)信息系統(tǒng)來說2.閱讀器

閱讀器在具體應(yīng)用中常稱為讀寫器(這兩種稱呼本書將不加區(qū)別)，是對應(yīng)答器提供能量、進(jìn)行讀寫操作的設(shè)備。雖然因頻率范圍、通信協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸方法的不同，各種閱讀器在一些方面會(huì)有很大的差異，但通常具有一些相同的功能：

以射頻方式向應(yīng)答器傳輸能量。

讀寫應(yīng)答器的相關(guān)數(shù)據(jù)。

完成對讀取數(shù)據(jù)的信息處理，并實(shí)現(xiàn)應(yīng)用操作。

若有需要，應(yīng)能與高層處理交互信息。2.閱讀器

閱讀器在具體應(yīng)用中常稱為讀寫器(這兩種通常，閱讀器按照頻率分為低頻RFID閱讀器、高頻RFID閱讀器和超高頻RFID閱讀器。本書配套的低頻RFID閱讀器如圖1-2所示。

本書配套的高頻RFID閱讀器如圖1-3所示。

本書配套的超高頻RFID閱讀器如圖1-4所示。通常，閱讀器按照頻率分為低頻RFID閱讀器、高頻RFID圖1-2低頻RFID閱讀器圖1-2低頻RFID閱讀器圖1-3高頻RFID閱讀器圖1-3高頻RFID閱讀器圖1-4超高頻RFID閱讀器圖1-4超高頻RFID閱讀器3.應(yīng)答器

從技術(shù)角度來說，RFID的核心在應(yīng)答器，閱讀器是根據(jù)應(yīng)答器的性能而設(shè)計(jì)的。但是由于封裝工藝等問題，應(yīng)答器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)通常由專業(yè)的設(shè)計(jì)廠商和封裝廠商來完成，普通用戶沒有能力也無法接觸到這一領(lǐng)域。

目前，應(yīng)答器趨向微型化和高集成度，關(guān)鍵技術(shù)在于材料、封裝和生產(chǎn)工藝，重點(diǎn)突出應(yīng)用而非設(shè)計(jì)。應(yīng)答器按照電源形式可以分為如下兩種類型：

有源應(yīng)答器：使用電池或其他電源供電，不需要閱讀器提供能量，通?？块喿x器喚醒，然后切換至自身提供能量。

無源應(yīng)答器：沒有電池供電，完全靠閱讀器提供能量。3.應(yīng)答器

從技術(shù)角度來說，RFID的核心在應(yīng)答器應(yīng)答器按照工作頻率范圍可分為如下三種類型：

低頻應(yīng)答器：低于135kHz。

高頻應(yīng)答器：13.56MHz?±?7kHz。

超高頻應(yīng)答器：工作頻率為433MHz、866～960MHz、2.45GHz和5.8GHz(雖然屬于SHF，但由于性能的相似性，通常將其歸為超高頻應(yīng)答器范圍)。

應(yīng)答器在某些應(yīng)用場合也叫做射頻卡、標(biāo)簽等，但從本質(zhì)而言可統(tǒng)稱為應(yīng)答器。應(yīng)答器按照工作頻率范圍可分為如下三種類型：

低頻應(yīng)答1)射頻卡(RFCard)

通常，射頻卡的外形尺寸與銀行卡相同，尺寸符合ID-1型卡的規(guī)范，工作頻率為13.56MHz或低于135kHz，采用電感耦合方式實(shí)現(xiàn)能量和信息的傳輸。通常可應(yīng)用于各種小額消費(fèi)、身份認(rèn)證和考勤登記等，卡片上也可以印刷各種不同的圖案、文字或者商標(biāo)、廣告等。目前有些超高頻標(biāo)簽也封裝成射頻卡的外形。各種射頻卡的外觀如圖1-5所示。1)射頻卡(RFCard)

通常，射頻卡的外形尺圖1-5射頻卡外觀圖1-5射頻卡外觀2)標(biāo)簽(Tag)

應(yīng)答器除了卡狀外形還有其他很多形狀，可用于動(dòng)物識別、貨物識別、集裝箱識別等，在這些應(yīng)用領(lǐng)域通常將應(yīng)答器制作成標(biāo)簽，其中微型RFID標(biāo)簽如圖1-6所示。

防水錢幣型標(biāo)簽常用于惡劣環(huán)境下，可防水防塵，強(qiáng)度較高，其外觀如圖1-7所示。

有的標(biāo)簽很薄，并且貼有不干膠，適用于物流行業(yè)的貨物跟蹤，其外觀如圖1-8所示。2)標(biāo)簽(Tag)

應(yīng)答器除了卡狀外形還有其他很多圖1-6微型RFID標(biāo)簽圖1-6微型RFID標(biāo)簽圖1-7防水錢幣型RFID標(biāo)簽圖1-7防水錢幣型RFID標(biāo)簽圖1-8不干膠RFID標(biāo)簽圖1-8不干膠RFID標(biāo)簽1.2.2射頻識別基本原理

在RFID系統(tǒng)中，射頻識別部分主要由閱讀器和應(yīng)答器兩部分組成。閱讀器與應(yīng)答器之間的通信采用無線射頻方式進(jìn)行耦合。在實(shí)踐中，由于對距離、速率及應(yīng)用的要求不同，需要的射頻性能也不盡相同，所以射頻識別涉及的無線電頻率范圍也很廣。

1.基本交互原理

射頻識別過程在閱讀器和應(yīng)答器之間以無線射頻的方式進(jìn)行，其基本原理如圖1-9所示。1.2.2射頻識別基本原理

在RFID系統(tǒng)中，射頻識圖1-9RFID基本原理圖1-9RFID基本原理閱讀器和應(yīng)答器之間的交互主要靠能量、時(shí)序和數(shù)據(jù)三個(gè)方面來完成。

閱讀器產(chǎn)生的射頻載波為應(yīng)答器提供工作所需要的能量。

閱讀器與應(yīng)答器之間的信息交互通常采用詢問—應(yīng)答的方式進(jìn)行，所以必須有嚴(yán)格的時(shí)序關(guān)系，該時(shí)序也由閱讀器提供。

閱讀器與應(yīng)答器之間可以實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交換，閱讀器給應(yīng)答器的命令和數(shù)據(jù)通常采用載波間隙、脈沖位置調(diào)制、編碼解調(diào)等方法實(shí)現(xiàn)傳送；應(yīng)答器存儲的數(shù)據(jù)信息采用對載波的負(fù)載調(diào)制方式向閱讀器傳送。閱讀器和應(yīng)答器之間的交互主要靠能量、時(shí)序和數(shù)據(jù)三個(gè)方面來2.工作頻率

在無線電技術(shù)中，不同的頻段有不同的特點(diǎn)和技術(shù)。實(shí)踐中，不同頻段的RFID實(shí)現(xiàn)技術(shù)差異很大。從此角度而言，RFID技術(shù)的空中接口幾乎覆蓋了無線電技術(shù)的全頻段。射頻識別系統(tǒng)具體涉及頻段如下：

低頻(LF，頻率范圍為30kHz～300kHz)：工作頻段低于135kHz，常用125kHz。

高頻(HF，頻率范圍為3MHz～30MHz)：工作頻率為13.56MHz?±?7kHz。

特高頻(UHF，頻率范圍為300MHz～3GHz)：工作頻率為433MHz、866MHz～960MHz和2.45GHz。2.工作頻率

在無線電技術(shù)中，不同的頻段有不同的特超高頻(SHF，頻率范圍為3GHz～30GHz)：工作頻率為5.8GHz和24GHz，但目前24GHz基本沒有采用。

其中，后三個(gè)頻段為工業(yè)科研醫(yī)療(IndustrialScientificMedical，ISM)頻段，是為工業(yè)、科研和醫(yī)療應(yīng)用而保留的頻率范圍，不同國家可能會(huì)有不同的規(guī)定。超高頻(SHF，頻率范圍為3GHz～30GHz)：工3.耦合方式

根據(jù)射頻耦合方式的不同，RFID可以分為電感耦合(磁耦合)和反向散射耦合(電磁場耦合)兩大類。

1)電感耦合

電感耦合也叫做磁耦合，是閱讀器和應(yīng)答器之間通過磁場(類似變壓器)的耦合方式進(jìn)行射頻耦合，能量(電源)由閱讀器通過載波提供。由于閱讀器產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度會(huì)受到電磁兼容性能的有關(guān)限制，因此一般工作距離都比較近。高頻RFID和低頻RFID主要采用電感耦合的方式，即頻率為13.56MHz和小于135kHz，工作距離一般在1m以內(nèi)，其電路結(jié)構(gòu)如圖1-10所示。3.耦合方式

根據(jù)射頻耦合方式的不同，RFID可以圖1-10電感耦合的電路結(jié)構(gòu)圖1-10電感耦合的電路結(jié)構(gòu)電感耦合的RFID系統(tǒng)中，閱讀器與應(yīng)答器之間耦合的工作原理如下：

閱讀器通過諧振在閱讀器天線上產(chǎn)生一個(gè)磁場，在一定距離內(nèi)，部分磁力線會(huì)穿過應(yīng)答器天線，產(chǎn)生一個(gè)磁場耦合。

由于在電感耦合的RFID系統(tǒng)中所用的電磁波長(低頻135kHz，波長為2400m；高頻13.56MHz，波長為22.1m)比兩個(gè)天線之間的距離大很多，所以兩線圈間的電磁場可以當(dāng)作簡單的交變磁場。

穿過應(yīng)答器天線的磁場通過感應(yīng)會(huì)在應(yīng)答器天線上產(chǎn)生一個(gè)電壓，經(jīng)過VD的整流和對C2充電、穩(wěn)壓后，電量保存在C2中，同時(shí)C2上產(chǎn)生應(yīng)答器工作所需要的電壓。電感耦合的RFID系統(tǒng)中，閱讀器與應(yīng)答器之間耦合的工作原閱讀器天線和應(yīng)答器天線也可以看做是一個(gè)變壓器的初、次級線圈，只不過它們之間的耦合很弱。因?yàn)殡姼旭詈舷到y(tǒng)的效率不高，所以這種方式主要適用于小電流電路。應(yīng)答器的功耗大小對工作距離有很大影響。

在電感耦合方式下，應(yīng)答器向閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸采用負(fù)載調(diào)制的方法，其原理如圖1-11所示。閱讀器天線和應(yīng)答器天線也可以看做是一個(gè)變壓器的初、次級線圖1-11負(fù)載調(diào)制圖1-11負(fù)載調(diào)制圖1-11所示為電阻負(fù)載調(diào)制，本質(zhì)是一種振幅調(diào)制(也稱為調(diào)幅AM)，以調(diào)節(jié)接入電阻R的大小來改變調(diào)制度的大小。實(shí)踐中，常通過接通或斷開接入電阻R來實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制的振幅調(diào)制。其工作步驟如下：

(1)如果在應(yīng)答器中以二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼信號控制開關(guān)S，則應(yīng)答器線圈上的負(fù)載電阻R按二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼信號的高低電平變化來接通和斷開。

(2)負(fù)載的變化通過應(yīng)答器天線到閱讀器天線，進(jìn)而產(chǎn)生相同規(guī)律變化的信號，即變壓器次級線圈中的電流變化會(huì)影響到初級線圈中的電流變化。圖1-11所示為電阻負(fù)載調(diào)制，本質(zhì)是一種振幅調(diào)制(也稱為(3)在該變化反饋到閱讀器天線(相當(dāng)于變壓器初級)后，通過解調(diào)、濾波放大電路恢復(fù)為應(yīng)答器端控制開關(guān)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼信號。

(4)經(jīng)過解碼后就可以獲得存儲在應(yīng)答器中的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而可以進(jìn)行下一步處理。這樣，二進(jìn)制數(shù)據(jù)信息就從應(yīng)答器傳到了閱讀器。(3)在該變化反饋到閱讀器天線(相當(dāng)于變壓器初級)后，2)反向散射耦合

反向散射耦合也稱電磁場耦合，其理論和應(yīng)用基礎(chǔ)來自雷達(dá)技術(shù)。當(dāng)電磁波遇到空間目標(biāo)(物體)時(shí)，其能量的一部分被目標(biāo)吸收，另一部分以不同的強(qiáng)度被散射到各個(gè)方向。在散射的能量中，一小部分反射回發(fā)射天線，并被該天線接收(發(fā)射天線也是接收天線)，然后對接收信號進(jìn)行放大和處理，即可獲取目標(biāo)的有關(guān)信息。2)反向散射耦合

反向散射耦合也稱電磁場耦合，其理一個(gè)目標(biāo)反射電磁波的效率由反射橫截面來衡量。反射橫截面的大小與一系列參數(shù)有關(guān)，如目標(biāo)大小、形狀和材料、電磁波的波長和極化方向等。由于目標(biāo)的反射性能通常隨頻率的升高而增強(qiáng)，所以反向散射耦合方式通常應(yīng)用在超高頻(包括UHF和SHF)RFID系統(tǒng)中，應(yīng)答器和閱讀器的距離大于1m。反向散射耦合的原理圖如圖1-12所示。一個(gè)目標(biāo)反射電磁波的效率由反射橫截面來衡量。反射橫截面的圖1-12反向散射耦合原理圖圖1-12反向散射耦合原理圖在反向散射耦合的RFID系統(tǒng)中，閱讀器與應(yīng)答器之間耦合的工作原理如下：

閱讀器通過閱讀器天線發(fā)射載波，其中一部分被應(yīng)答器天線反射回閱讀器天線。

應(yīng)答器天線的反射性能受連接到天線的負(fù)載變化影響，因此同樣可以采用電阻負(fù)載調(diào)制的方法實(shí)現(xiàn)反射的調(diào)制。

閱讀器天線收到攜帶有調(diào)制信號的反射波后，經(jīng)收發(fā)耦合、濾波放大，再經(jīng)解碼電路獲得應(yīng)答器發(fā)回的信息。在反向散射耦合的RFID系統(tǒng)中，閱讀器與應(yīng)答器之間耦合的采用反向散射耦合方式的應(yīng)答器按照能量的供給方式分為無源和有源兩種。

無源應(yīng)答器的能量由閱讀器通過天線提供。但是在UHF和SHF頻率范圍，有關(guān)電磁兼容的國際標(biāo)準(zhǔn)對閱讀器所能發(fā)射的最大功率有嚴(yán)格的限制，因此在有些應(yīng)用中，應(yīng)答器完全采用無源方式會(huì)有一定困難。

應(yīng)答器上安裝附加電池成為有源應(yīng)答器。當(dāng)應(yīng)答器進(jìn)入閱讀器的作用范圍時(shí)，應(yīng)答器由獲得的射頻功率激活，進(jìn)入工作狀態(tài)。為防止不必要的電池消耗，應(yīng)答器平時(shí)處于低功耗模式。采用反向散射耦合方式的應(yīng)答器按照能量的供給方式分為無源和1.2.3RFID編碼與調(diào)制

在RFID技術(shù)中，為使閱讀器在讀取數(shù)據(jù)時(shí)能很好地解決同步的問題，往往不直接使用數(shù)字量對射頻進(jìn)行調(diào)制，而是將數(shù)據(jù)編碼變換后再對射頻進(jìn)行調(diào)制。

1.?RFID編碼

在RFID的應(yīng)用中，未經(jīng)調(diào)制的信號通常采用單極性矩形脈沖，而常用的變換編碼主要有曼徹斯特碼、密勒碼和修正密勒碼等。1.2.3RFID編碼與調(diào)制

在RFID技術(shù)中，為使1)單極性矩形脈沖(NRZ碼)

對于傳輸數(shù)字信號，最普遍而且最容易的方法是用兩個(gè)不同的電壓電平來表示二進(jìn)制數(shù)字1和0。單極性矩形脈沖就是用零電平和正(或負(fù))電平來分別代表0和1。以二進(jìn)制數(shù)據(jù)0101100100為例，單極性矩形脈沖如圖1-13所示。

這種波形在碼元脈沖之間無空隙間隔，在全部碼元時(shí)間內(nèi)傳送碼脈沖的編碼方式，稱為不歸零碼(NRZ碼)。1)單極性矩形脈沖(NRZ碼)

對于傳輸數(shù)字信號，圖1-13單極性矩形脈沖圖1-13單極性矩形脈沖2)曼徹斯特碼

在曼徹斯特碼中，一個(gè)二進(jìn)制數(shù)分兩個(gè)位發(fā)送，1碼前半(50%)位為高，后半(50%)位為低；0碼前半(50%)位為低，后半(50%)位為高。NRZ碼與時(shí)鐘進(jìn)行異或運(yùn)算便可得到曼徹斯特碼。以二進(jìn)制數(shù)據(jù)0101100100為例，其曼徹斯特碼為01100110100101100101，該曼徹斯特碼波形如圖1-14所示。2)曼徹斯特碼

在曼徹斯特碼中，一個(gè)二進(jìn)制數(shù)分兩個(gè)圖1-14曼徹斯特碼編碼圖1-14曼徹斯特碼編碼3)密勒碼

密勒碼的邏輯0的電平與前位有關(guān)，邏輯1雖然在位中間有跳變，但是上跳還是下跳取決于前位結(jié)束時(shí)的電平。編碼規(guī)則如表1-1所示。

以二進(jìn)制數(shù)據(jù)0101100100為例，密勒碼為010001100011100011，其密勒碼波形如圖1-15所示。3)密勒碼

密勒碼的邏輯0的電平與前位有關(guān)，邏輯1表1-1密勒碼編碼規(guī)則

表1-1密勒碼編碼規(guī)則圖1-15密勒碼編碼圖1-15密勒碼編碼4)修正密勒碼

修正密勒碼是對密勒碼的改進(jìn)。在RFID的ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)TYPEA中就是采用修正密勒碼方式對載波進(jìn)行調(diào)制的。

在ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)TYPEA中有如下三種時(shí)序：

時(shí)序X：在64/fc處，產(chǎn)生一個(gè)Pause(凹槽)。

時(shí)序Y：在整個(gè)位期間(128/fc)不發(fā)生調(diào)制。

時(shí)序Z：在位期間開始產(chǎn)生一個(gè)Pause。

在上述時(shí)序說明中，fc為載波頻率，13.56MHz；Pause的脈沖底寬為0.5～3.0μs，90%的幅度寬度不大于4.5μs。4)修正密勒碼

修正密勒碼是對密勒碼的改進(jìn)。在RFISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)TYPEA中定義的修正密勒碼的編碼規(guī)則如下：

邏輯1為時(shí)序X。

邏輯0為時(shí)序Y。

通信開始用時(shí)序Z表示。

通信結(jié)束用邏輯0加時(shí)序Y表示。

無用信息至少用兩個(gè)時(shí)序Y表示。

對于邏輯0，有兩種情況除外：

若相鄰有兩個(gè)或者更多0，則從第二個(gè)0開始采用時(shí)序Z。

直接與起始位相連的所有0，用時(shí)序Z表示。ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)TYPEA中定義的修正密2.?RFID調(diào)制

脈沖調(diào)制是指將數(shù)據(jù)的NRZ碼變換為更高頻率的脈沖串，該脈沖串的脈沖波形參數(shù)受NRZ碼的值0和1調(diào)制。RFID系統(tǒng)中常用的調(diào)制方式有FSK、PSK和副載波調(diào)制等。

1)?FSK(頻移鍵控)

FSK是指對已調(diào)脈沖波形的頻率進(jìn)行控制，以達(dá)到傳輸數(shù)據(jù)的目的，最常見的是用兩個(gè)頻率代表二進(jìn)制1和0的雙頻FSK系統(tǒng)。FSK調(diào)制方式用于頻率低于135kHz(通常為125kHz)?的情況。2.?RFID調(diào)制

脈沖調(diào)制是指將數(shù)據(jù)的NRZ碼變2)?PSK(相移鍵控)

PSK調(diào)制方式通常有兩種：PSK1和PSK2。當(dāng)采用PSK1調(diào)制時(shí)，若在數(shù)據(jù)位的起始處出現(xiàn)上升沿或者下降沿(即出現(xiàn)1、0或者0、1交替)，則相位將于位起始處跳變180%；當(dāng)采用PSK2調(diào)制時(shí)，在數(shù)據(jù)位為1時(shí)相位從位起始處跳變180%，在數(shù)據(jù)為0時(shí)相位不變。PSK1是一種絕對碼方式，PSK2是一種相對碼方式。2)?PSK(相移鍵控)

PSK調(diào)制方式通常有兩種3)副載波調(diào)制

在無線電技術(shù)中，副載波得到了廣泛的應(yīng)用，如彩色模擬電視中的色副載波。在RFID系統(tǒng)中，副載波的調(diào)制方法主要應(yīng)用在頻率為13.56MHz的高頻RFID系統(tǒng)中，而且僅在從應(yīng)答器向閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸過程中采用。

副載波頻率是通過對載波的二進(jìn)制分頻產(chǎn)生的。對載波頻率為13.56?MHz的RFID系統(tǒng)，使用的副載波頻率大多為847kHz、424kHz或212kHz(對應(yīng)13.56MHz的16、32和64分頻)。

在13.56?MHz的RFID系統(tǒng)中，應(yīng)答器將需要傳送的信息首先組成相應(yīng)的幀，然后將幀的基帶編碼調(diào)制到副載波頻率上，最后再進(jìn)行載波調(diào)制，實(shí)現(xiàn)向閱讀器的信息傳輸。3)副載波調(diào)制

在無線電技術(shù)中，副載波得到了廣泛的與直接用數(shù)據(jù)基帶信號進(jìn)行負(fù)載調(diào)制相比，采用副載波調(diào)制有如下優(yōu)點(diǎn)：

應(yīng)答器是無源的，其能量由閱讀器的載波提供。采用副載波調(diào)制信號進(jìn)行負(fù)載調(diào)制時(shí)，調(diào)制管道每次導(dǎo)通的時(shí)間較短，對應(yīng)答器電源影響也較小。

調(diào)制管道的總導(dǎo)通時(shí)間減少，總功耗損耗下降。

有用信息的頻譜分布在副載波附近而不是載波附近，便于閱讀器對傳送數(shù)據(jù)信息的提取，但射頻耦合回路應(yīng)有較寬的頻帶。與直接用數(shù)據(jù)基帶信號進(jìn)行負(fù)載調(diào)制相比，采用副載波調(diào)制有如1.2.4數(shù)據(jù)校驗(yàn)與防碰撞

在RFID系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾源嬖趦蓚€(gè)方面的問題：一是外界的各種干擾可能使數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生錯(cuò)誤；二是多個(gè)應(yīng)答器同時(shí)占用信道使發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生碰撞。運(yùn)用數(shù)據(jù)校驗(yàn)(差錯(cuò)檢測)和防碰撞算法可以分別解決這兩個(gè)問題。

1.數(shù)據(jù)校驗(yàn)

目前，在RFID中的差錯(cuò)檢測主要采用奇偶校驗(yàn)碼和CRC碼。

1)奇偶校驗(yàn)碼

檢驗(yàn)碼中最簡單的是奇偶校驗(yàn)碼，它是在數(shù)據(jù)后面加上一個(gè)奇偶位(ParityBit)的編碼。奇偶校驗(yàn)的值是這樣設(shè)定的：1.2.4數(shù)據(jù)校驗(yàn)與防碰撞

在RFID系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳奇校驗(yàn)時(shí)，若字節(jié)的數(shù)據(jù)位中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則校驗(yàn)位的值為0，反之為1。

偶校驗(yàn)時(shí)，若字節(jié)的數(shù)據(jù)位中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則校驗(yàn)位的值為1，反之為0。

即奇偶校驗(yàn)位值的選取原則是使碼字內(nèi)1的數(shù)目相應(yīng)為奇數(shù)或者偶數(shù)。例如，當(dāng)二進(jìn)制數(shù)據(jù)10110101通過在末尾加奇偶校驗(yàn)位傳送時(shí)，如果采用偶校驗(yàn)，則校驗(yàn)位為1，數(shù)據(jù)為101101011；如果采用奇校驗(yàn)，則數(shù)據(jù)為101101010。

奇偶校驗(yàn)只能檢測單比特的差錯(cuò)，如果同時(shí)有兩位1變成了0，則奇偶校驗(yàn)會(huì)失效。但是奇偶校驗(yàn)在字節(jié)的校驗(yàn)中，仍然有一定的作用。奇校驗(yàn)時(shí)，若字節(jié)的數(shù)據(jù)位中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則校驗(yàn)位的值為2)?CRC碼

CRC碼(循環(huán)冗余碼)具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，且硬件實(shí)現(xiàn)簡單，因而被廣泛應(yīng)用。CRC碼是基于多項(xiàng)式的編碼技術(shù)。在多項(xiàng)式編碼中，將信息位串看成是階次從Xk-1到X0的信息多項(xiàng)式M(X)的系數(shù)序列，多項(xiàng)式M(X)的階次為k-1。在計(jì)算CRC碼時(shí)，發(fā)送方和接收方必須采用一個(gè)共同的生成多項(xiàng)式G(X)，G(X)的階次應(yīng)低于M(X)，且最高和最低階的系數(shù)為1。在此基礎(chǔ)上，CRC碼的算法步驟如下：

(1)將k位信息寫成k-1階多項(xiàng)式M(X)。

(2)設(shè)生成的多項(xiàng)式G(X)的階為r。2)?CRC碼

CRC碼(循環(huán)冗余碼)具有較強(qiáng)的糾(3)用模2除法計(jì)算XrM(X)G(X)，獲得余數(shù)多項(xiàng)式R(X)。

(4)用模2減法求得傳送多項(xiàng)式T(X)，T(X)?=?XrM(X)-R(X)，則T(X)多項(xiàng)式系數(shù)序列的前k位為信息位，后r位為校驗(yàn)位，總位數(shù)n?=?k?+?r。

例如，信息位串為11110111，生成多項(xiàng)式G(X)的系數(shù)序列為10011，階r為4，進(jìn)行模2除法后，得到余數(shù)多項(xiàng)式R(X)的系數(shù)序列為1111，所以傳送多項(xiàng)式T(X)的系數(shù)序列為111101111111，前8位為信息位，后4位為監(jiān)督校驗(yàn)位。計(jì)算過程如圖1-16所示。(3)用模2除法計(jì)算XrM(X)G(X)，獲得余數(shù)多項(xiàng)圖1-16CRC碼計(jì)算示例圖1-16CRC碼計(jì)算示例因?yàn)門(X)一定能被G(X)模2整除，所以判斷接收到的T(X)能否被G(X)整除，則可以知道在傳輸過程中是否出現(xiàn)錯(cuò)碼。

CRC的優(yōu)點(diǎn)是識別錯(cuò)誤的可靠性較好，且只需要少量的操作就可以實(shí)現(xiàn)。16位的CRC碼可適用于校驗(yàn)4KB長數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)完整性，而在RFID系統(tǒng)中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀明顯比4KB短，因此，除了16位的CRC碼外，還可以使用12位(甚至5位)的CRC碼。因?yàn)門(X)一定能被G(X)模2整除，所以判斷接收到的T有三個(gè)生成多項(xiàng)式已成為國際標(biāo)準(zhǔn)，如下：

CRC-12G(X)?=?X12?+?X11?+?X3?+?X2?+?X?+?1

CRC-16G(X)?=?X16?+?X15?+?X2?+?1

CRC-CCITTG(X)?=?X16?+?X12?+?X5?+?X2?+?1

在RFID標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC14443中，采用CRC-CCITT生成多項(xiàng)式。該標(biāo)準(zhǔn)中，TYPEA采用CRC-A，計(jì)算時(shí)循環(huán)移位寄存器的初始值為6363H；TYPEB采用CRC-B，循環(huán)移位寄存器的初始值為FFFFH。有三個(gè)生成多項(xiàng)式已成為國際標(biāo)準(zhǔn)，如下：

CRC-122.防碰撞

RFID系統(tǒng)在工作時(shí)，可能會(huì)有一個(gè)以上的應(yīng)答器同時(shí)處在閱讀器的作用范圍內(nèi)。這樣，如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上的應(yīng)答器同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，那么就會(huì)出現(xiàn)通信沖突，產(chǎn)生數(shù)據(jù)相互的干擾，即碰撞。此外，也可能出現(xiàn)多個(gè)應(yīng)答器處在多個(gè)閱讀器的工作范圍內(nèi)的情況，它們之間的數(shù)據(jù)通信也會(huì)引起數(shù)據(jù)干擾，不過一般很少考慮這種情況。

為了防止碰撞的產(chǎn)生，RFID系統(tǒng)需要采取相應(yīng)的技術(shù)措施來解決此類問題，這些措施稱為防碰撞(沖突)協(xié)議。防碰撞協(xié)議可通過防碰撞算法和相關(guān)命令來實(shí)現(xiàn)。不同的防碰撞算法，對碰撞檢測的要求不同。判斷是否產(chǎn)生了數(shù)據(jù)信息的碰撞可以采用下述方法：2.防碰撞

RFID系統(tǒng)在工作時(shí)，可能會(huì)有一個(gè)以上檢測接收到的電信號參數(shù)是否發(fā)生了非正常變化。但是對于無線電射頻環(huán)境來說，門限值較難設(shè)置。

通過差錯(cuò)檢測方法檢查有無錯(cuò)碼。雖然應(yīng)用奇偶校驗(yàn)和CRC碼檢查到的傳輸錯(cuò)誤不一定是數(shù)據(jù)碰撞引起的，但是這種情況出現(xiàn)通常被認(rèn)為是出現(xiàn)了碰撞。

利用某些編碼的性能，檢查是否出現(xiàn)了非正常碼。如曼徹斯特碼出現(xiàn)11碼就說明產(chǎn)生了碰撞，并且可以知道碰撞發(fā)生在哪一位。檢測接收到的電信號參數(shù)是否發(fā)生了非正常變化。但是對于無線1.3RFID標(biāo)準(zhǔn)

RFID標(biāo)準(zhǔn)有很多，分層次來看，主要有國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

國際標(biāo)準(zhǔn)是由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)和國際電工委員會(huì)(IEC)制定的。

國家標(biāo)準(zhǔn)是各國根據(jù)自身國情制定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。我國國家標(biāo)準(zhǔn)制定的主管部門是工業(yè)和信息化部與國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，RFID的國家標(biāo)準(zhǔn)正在制定中。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的典型一例是由國際物品編碼協(xié)會(huì)(EAN)和美國統(tǒng)一代碼委員會(huì)(UCC)制定的EPC標(biāo)準(zhǔn)，主要應(yīng)用于物品識別。1.3RFID標(biāo)準(zhǔn)

RFID標(biāo)準(zhǔn)有很多，1.3.1RFID標(biāo)準(zhǔn)概述

ISO/IEC制定的RFID標(biāo)準(zhǔn)可以分為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)、性能標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)四類，如表1-2所示。1.3.1RFID標(biāo)準(zhǔn)概述

ISO/IEC制定的RF表1-2RFID標(biāo)準(zhǔn)

表1-2RFID標(biāo)準(zhǔn)RFID開發(fā)技術(shù)及實(shí)踐(西電版)第1章射頻識別技術(shù)課件RFID的國際標(biāo)準(zhǔn)較多，其原因有如下幾點(diǎn)：

RDID的工作頻率分布在從低頻至微波的多個(gè)頻段中，頻率不同，其技術(shù)差異就很大。即使同一個(gè)頻率，由于基帶信號、調(diào)制方式的不同，也會(huì)形成不同的標(biāo)準(zhǔn)。

作用距離的差異需要不同的工作原理、電源供給方式和載波功率，這也會(huì)形成不同的標(biāo)準(zhǔn)。

RFID應(yīng)用面很寬，不同的應(yīng)用目的，其存儲的數(shù)據(jù)代碼、外形需求、頻率選擇等會(huì)有很大差異。

標(biāo)準(zhǔn)的多元化與標(biāo)準(zhǔn)之爭也是國家、組織利益之爭的必然反應(yīng)。RFID的國際標(biāo)準(zhǔn)較多，其原因有如下幾點(diǎn)：

RDID1.3.2ISO/IEC10536標(biāo)準(zhǔn)

ISO/IEC10536是密耦合非接觸式IC卡標(biāo)準(zhǔn)，用于緊密耦合類型的RFID系統(tǒng)中。此標(biāo)準(zhǔn)雖然是一個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際上此技術(shù)并沒有被應(yīng)用，市場上也見不到相關(guān)產(chǎn)品。

1.3.3ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)

ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)是近耦合非接觸式IC卡(PICC)的國際標(biāo)準(zhǔn)，可用于身份證和各種智能卡、存儲卡。ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)由四部分組成，即ISO/IEC14443-1/2/3/4。該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定射頻頻率為13.56MHz。

ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)目前應(yīng)用比較廣泛，采用此協(xié)議TYPEA標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)簽有飛利浦公司的Mifare卡系列以及兼容的復(fù)旦卡系列；采用TYPEB標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用有我國的第二代身份證。

1.3.2ISO/IEC10536標(biāo)準(zhǔn)

ISO/I1.3.4ISO/IEC15693標(biāo)準(zhǔn)

ISO/IEC15693是疏耦合射頻卡(VICC)的國際標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)由物理特性、空中接口與初始化、防碰撞和傳輸協(xié)議、命令擴(kuò)展和安全特性四個(gè)部分組成。該協(xié)議規(guī)定閱讀器(VCD)產(chǎn)生13.56MHz?±?7kHz的正弦波，VICC通過電感耦合方式獲得能量，VCD產(chǎn)生的交變磁場強(qiáng)度H應(yīng)滿足150Ma/m?≤?H?≤?5A/m，讀寫距離最遠(yuǎn)2m。

與ISO/IEC14443相比，ISO/IEC15693雖然也工作在13.56MHz頻段，但是其空中接口以及一些傳輸協(xié)議并不相同，最重要的區(qū)別是，ISO/IEC15693支持中遠(yuǎn)距離(小于2m)的標(biāo)簽讀寫，而ISO/IEC14443側(cè)重于近距離(小于10cm)的標(biāo)簽讀寫。目前，ISO/IEC15693已發(fā)展為ISO/IEC18000-3標(biāo)準(zhǔn)。1.3.4ISO/IEC15693標(biāo)準(zhǔn)

ISO/I1.3.5ISO/IEC18000標(biāo)準(zhǔn)

2005年，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)下發(fā)文件，正式批準(zhǔn)將ISO/IEC18000標(biāo)準(zhǔn)列為2005年國家標(biāo)準(zhǔn)制訂計(jì)劃，并由中國物品編碼中心和信息產(chǎn)業(yè)部電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所作為兩個(gè)起草單位，共同負(fù)責(zé)完成ISO/IEC18000轉(zhuǎn)換為國家標(biāo)準(zhǔn)的工作。

ISO/IEC18000共分1～7(缺5)六個(gè)部分，其中，標(biāo)準(zhǔn)1～6是基于單品的射頻識別，標(biāo)準(zhǔn)7是超高頻有源射頻識別，其各部分的協(xié)議內(nèi)容如下。1.3.5ISO/IEC18000標(biāo)準(zhǔn)

2005年1.?ISO/IEC18000-1

該部分規(guī)定了參考結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)化的參數(shù)定義，規(guī)范了空中接口通信協(xié)議中共同遵守的讀寫器與標(biāo)簽的通信參數(shù)表、知識產(chǎn)權(quán)基本規(guī)則等內(nèi)容。這樣，每一個(gè)頻段對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)不需要對相同內(nèi)容進(jìn)行重復(fù)規(guī)定。

2.?ISO/IEC18000-2

該部分適用于中頻125～134kHz，規(guī)定了在標(biāo)簽和讀寫器之間通信的物理接口，讀寫器應(yīng)具有與TypeA(FDX)和TypeB(HDX)標(biāo)簽通信的能力；也規(guī)定了協(xié)議和指令以及多標(biāo)簽通信的防碰撞方法。1.?ISO/IEC18000-1

該部分規(guī)定了3.?ISO/IEC18000-3

該部分適用于高頻段13.56MHz，規(guī)定了讀寫器與標(biāo)簽之間的物理接口、協(xié)議和命令以及防碰撞方法。關(guān)于防碰撞協(xié)議可以分為兩種模式，而模式1又分為基本型與兩種擴(kuò)展型協(xié)議(無時(shí)隙無終止多應(yīng)答器協(xié)議和時(shí)隙終止自適應(yīng)輪詢多應(yīng)答器讀取協(xié)議)；模式2采用時(shí)頻復(fù)用FTDMA協(xié)議，共有8個(gè)信道，適用于標(biāo)簽數(shù)量較多的情形。

4.?ISO/IEC18000-4

該部分適用于微波段2.45GHz，規(guī)定了讀寫器與標(biāo)簽之間的物理接口、協(xié)議和命令以及防碰撞方法。該標(biāo)準(zhǔn)包括兩種模式，模式1是無源標(biāo)簽，工作方式是讀寫器先講；模式2是有源標(biāo)簽，工作方式是標(biāo)簽先講。3.?ISO/IEC18000-3

該部分適用于5.?ISO/IEC18000-6

該部分適用于超高頻段860～960MHz，規(guī)定了讀寫器與標(biāo)簽之間的物理接口、協(xié)議和命令以及防碰撞方法。它包含TYPEA、TYPEB和TYPEC三種無源標(biāo)簽的接口協(xié)議，通信距離最遠(yuǎn)可以達(dá)到10m。

6.?ISO/IEC18000-7

該部分適用于超高頻段433.92MHz，屬于有源電子標(biāo)簽，規(guī)定了讀寫器與標(biāo)簽之間的物理接口、協(xié)議和命令以及防碰撞方法。有源標(biāo)簽識讀范圍大，適用于大型固定資產(chǎn)的跟蹤。5.?ISO/IEC18000-6

該部分適用于超1.4RFID與物聯(lián)網(wǎng)

物體的標(biāo)簽化是物聯(lián)網(wǎng)的重要概念和基礎(chǔ)知識，也是關(guān)鍵技術(shù)之一。20世紀(jì)70年代，商品條形碼的出現(xiàn)引發(fā)了商業(yè)的第一次革命。當(dāng)今，基于RFID技術(shù)的電子商品編碼(ElectronicProductCode，EPC)新技術(shù)給商品的識別、存儲、流動(dòng)和銷售各個(gè)環(huán)節(jié)帶來了巨大的變革，也使物體聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生成為可能。1.4RFID與物聯(lián)網(wǎng)

物體的標(biāo)簽化是物聯(lián)1.4.1EPC系統(tǒng)

為推動(dòng)RFID技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，1999年美國麻省理工學(xué)院成立了Auto-ID中心，進(jìn)行RFID技術(shù)的研發(fā)，通過創(chuàng)建RFID并利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)形成EPC系統(tǒng)，為建設(shè)全球物聯(lián)網(wǎng)而努力。EPC統(tǒng)一了全球?qū)ξ锲返木幋a方法，可以編碼至單個(gè)物品。EPC規(guī)定了將此編碼以數(shù)字信息的形式存儲并附著在商品上的應(yīng)答器(在EPC中常稱為標(biāo)簽)中。閱讀器通過無線空中接口讀取標(biāo)簽中的EPC碼，并經(jīng)過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送至信息控制中心，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理、存儲、顯示和交互。1.4.1EPC系統(tǒng)

為推動(dòng)RFID技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，1.4.2EPC與物聯(lián)網(wǎng)

EPC系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)因特網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用RFID、EPC編碼和數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個(gè)覆蓋全球萬事萬物的物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings)。

EPC系統(tǒng)由應(yīng)答器、閱讀器、中間件服務(wù)器、對象名稱解析服務(wù)器和EPC信息服務(wù)器以及與它們之間的網(wǎng)絡(luò)組成，如圖1-17所示。1.4.2EPC與物聯(lián)網(wǎng)

EPC系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)因特網(wǎng)圖1-17EPC系統(tǒng)組成圖1-17EPC系統(tǒng)組成EPC系統(tǒng)各主要組成部分如下：

應(yīng)答器裝載有EPC編碼，作為標(biāo)簽附著在物品上。

閱讀器用于讀寫EPC標(biāo)簽，并能連接到本地網(wǎng)絡(luò)中。

中間件是連接閱讀器和服務(wù)器的軟件，是物聯(lián)網(wǎng)中的核心技術(shù)。

對象名稱解析服務(wù)器的作用類似于因特網(wǎng)中的域名解析服務(wù)，它給中間件指明了存儲產(chǎn)品有關(guān)信息的服務(wù)器，即EPC信息服務(wù)器。EPC系統(tǒng)各主要組成部分如下：

應(yīng)答器裝載有EPC編EPC系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：

采用EPC編碼方法，可以識別至單個(gè)物品。

EPC系統(tǒng)具有開放的體系結(jié)構(gòu)，可以將企業(yè)的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、RFID和因特網(wǎng)有機(jī)地結(jié)合起來，既避免了系統(tǒng)的復(fù)雜性，又提高了資源的利用率。

EPC系統(tǒng)是一個(gè)著眼于全球的系統(tǒng)，規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)眾多，目前還不統(tǒng)一。

EPC是一個(gè)大系統(tǒng)，需要較多的成本投入，對于低價(jià)值的識別對象，必須考慮引入成本。但隨著EPC系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)步和價(jià)格的降低，低價(jià)值識別對象進(jìn)入系統(tǒng)將成為現(xiàn)實(shí)。EPC系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：

采用EPC編碼方法，可以識別RFID開發(fā)技術(shù)及實(shí)踐（西電版）第1章射頻識別技術(shù)RFID開發(fā)技術(shù)及實(shí)踐（西電版）第1章射頻識別技術(shù)1.1射頻識別技術(shù)簡介

射頻識別(RadioFrequencyIdentification，RFID)技術(shù)是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識別技術(shù)。在RFID系統(tǒng)中，識別信息存放在電子數(shù)據(jù)載體中，電子數(shù)據(jù)載體稱為應(yīng)答器，應(yīng)答器中存放的識別信息由閱讀器讀寫。目前，射頻識別技術(shù)最廣泛的應(yīng)用是各類RFID標(biāo)簽和卡的讀寫及管理。

本章將從射頻識別技術(shù)的發(fā)展歷史開始，詳細(xì)講解其技術(shù)原理、標(biāo)準(zhǔn)以及與物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系等內(nèi)容。1.1射頻識別技術(shù)簡介

射頻識別(Radi1.1.1射頻識別技術(shù)的發(fā)展歷史

顧名思義，射頻識別技術(shù)就是以射頻為載體的一項(xiàng)識別技術(shù)。無線電的出現(xiàn)和發(fā)展是該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的前提。限于技術(shù)等原因，早期的射頻識別技術(shù)更多地應(yīng)用在大型的、特定的行業(yè)和場合。1.1.1射頻識別技術(shù)的發(fā)展歷史

顧名思義，射頻識別1.?IFF系統(tǒng)

射頻識別技術(shù)最早的應(yīng)用可追溯到第二次世界大戰(zhàn)期間。當(dāng)時(shí)為了避免誤傷友機(jī)，開發(fā)出了飛機(jī)的敵我目標(biāo)識別(IdentificationFriendorFoe，IFF)系統(tǒng)。IFF的原理是利用射頻電波攜帶一段加密的編碼，當(dāng)友機(jī)收到后，立刻利用加密機(jī)制解碼并發(fā)回“我是朋友”的信息，而敵機(jī)則無法回應(yīng)。目前，這種飛機(jī)身份無線識別系統(tǒng)依然應(yīng)用在民用航空領(lǐng)域，也仍被稱為IFF。1.?IFF系統(tǒng)

射頻識別技術(shù)最早的應(yīng)用可追溯到第2.?AIS系統(tǒng)

船舶自動(dòng)識別(AutoIdentificationSystem，AIS)系統(tǒng)是射頻識別技術(shù)在海事領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。該系統(tǒng)經(jīng)IFF發(fā)展而來，由岸基(基站)設(shè)施和船載設(shè)施共同組成。船載設(shè)備配合全球定位系統(tǒng)(GPS)，可將船位、船速、改變航向率及航向等船舶動(dòng)態(tài)資料結(jié)合船名、呼號、吃水及危險(xiǎn)貨物等船舶靜態(tài)資料由甚高頻(VHF)頻道向附近水域及基站廣播，使鄰近船舶及基站能及時(shí)掌握附近海面所有船舶的動(dòng)、靜態(tài)資訊。如果發(fā)現(xiàn)周圍海域船舶出現(xiàn)異常或有相撞危險(xiǎn)，可以立刻互相通話協(xié)調(diào)，采取必要避讓行動(dòng)，這對船舶安全和管理有很大幫助。2.?AIS系統(tǒng)

船舶自動(dòng)識別(AutoIden3.發(fā)展趨勢

近年來，隨著大規(guī)模集成電路、網(wǎng)絡(luò)通信、信息安全等技術(shù)的發(fā)展，射頻識別技術(shù)逐漸小型化、集成化，不再局限于特定行業(yè)的應(yīng)用，而進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段。如目前被廣泛使用的公交卡、門禁卡和二代身份證等就是射頻識別技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用?？ê蜆?biāo)簽類的應(yīng)用逐漸被民眾所熟悉和接受，以至于成為RFID的代名詞。

在物聯(lián)網(wǎng)興起的背景下，射頻識別技術(shù)由于具有高速移動(dòng)物體識別、多目標(biāo)識別和非接觸識別等特點(diǎn)，顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿εc應(yīng)用空間，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一。3.發(fā)展趨勢

近年來，隨著大規(guī)模集成電路、網(wǎng)絡(luò)通信1.1.2射頻識別技術(shù)的特征

射頻識別技術(shù)作為一種特殊的識別技術(shù)，區(qū)別于傳統(tǒng)的條形碼、插入式IC卡和生物(如指紋)識別技術(shù)，具有下述特征：

是通過電磁耦合方式實(shí)現(xiàn)的非接觸自動(dòng)識別技術(shù)。

需要利用無線電頻率資源，并且須遵守?zé)o線電頻率使用的眾多規(guī)范。

存放的識別信息是數(shù)字化的，可通過編碼技術(shù)方便地實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用。

可以方便地進(jìn)行組合建網(wǎng)，以完成多規(guī)模的系統(tǒng)應(yīng)用。

涉及計(jì)算機(jī)、無線數(shù)字通信、集成電路及電磁場等眾多學(xué)科。1.1.2射頻識別技術(shù)的特征

射頻識別技術(shù)作為一種特1.2RFID技術(shù)原理

RFID技術(shù)涉及無線電的多個(gè)頻段，性能特點(diǎn)不盡相同，所以具體的閱讀器和應(yīng)答器等形式也不相同。而實(shí)用的RFID系統(tǒng)更加復(fù)雜，涉及很多技術(shù)細(xì)節(jié)。其中，編碼與調(diào)制、數(shù)據(jù)校驗(yàn)與防碰撞是幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。1.2RFID技術(shù)原理

RFID技術(shù)涉及無1.2.1RFID系統(tǒng)組成

RFID系統(tǒng)由閱讀器、應(yīng)答器和高層等部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。

最簡單的應(yīng)用系統(tǒng)只有一個(gè)閱讀器，它一次對一個(gè)應(yīng)答器進(jìn)行操作，如公交車上的刷卡系統(tǒng)；較復(fù)雜的應(yīng)用需要一個(gè)閱讀器可同時(shí)對多個(gè)應(yīng)答器進(jìn)行操作，要具有防碰撞(也稱防沖突)的能力；更復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)要解決閱讀器的高層處理問題，包括多閱讀器的網(wǎng)絡(luò)連接等。1.2.1RFID系統(tǒng)組成

RFID系統(tǒng)由閱讀器、應(yīng)圖1-1RFID系統(tǒng)組成圖1-1RFID系統(tǒng)組成1.高層

對于由多閱讀器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)信息系統(tǒng)來說，高層是必不可少的。例如，采用RFID門票的世博會(huì)票務(wù)系統(tǒng)，需要在高層將多個(gè)閱讀器獲取的數(shù)據(jù)有效地整合起來，提供查詢、歷史檔案等相關(guān)管理和服務(wù)。更進(jìn)一步，通過對數(shù)據(jù)的加工、分析和挖掘，為正確決策提供依據(jù)，這就是常說的信息管理系統(tǒng)和決策系統(tǒng)。1.高層

對于由多閱讀器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)信息系統(tǒng)來說2.閱讀器

閱讀器在具體應(yīng)用中常稱為讀寫器(這兩種稱呼本書將不加區(qū)別)，是對應(yīng)答器提供能量、進(jìn)行讀寫操作的設(shè)備。雖然因頻率范圍、通信協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸方法的不同，各種閱讀器在一些方面會(huì)有很大的差異，但通常具有一些相同的功能：

以射頻方式向應(yīng)答器傳輸能量。

讀寫應(yīng)答器的相關(guān)數(shù)據(jù)。

完成對讀取數(shù)據(jù)的信息處理，并實(shí)現(xiàn)應(yīng)用操作。

若有需要，應(yīng)能與高層處理交互信息。2.閱讀器

閱讀器在具體應(yīng)用中常稱為讀寫器(這兩種通常，閱讀器按照頻率分為低頻RFID閱讀器、高頻RFID閱讀器和超高頻RFID閱讀器。本書配套的低頻RFID閱讀器如圖1-2所示。

本書配套的高頻RFID閱讀器如圖1-3所示。

本書配套的超高頻RFID閱讀器如圖1-4所示。通常，閱讀器按照頻率分為低頻RFID閱讀器、高頻RFID圖1-2低頻RFID閱讀器圖1-2低頻RFID閱讀器圖1-3高頻RFID閱讀器圖1-3高頻RFID閱讀器圖1-4超高頻RFID閱讀器圖1-4超高頻RFID閱讀器3.應(yīng)答器

從技術(shù)角度來說，RFID的核心在應(yīng)答器，閱讀器是根據(jù)應(yīng)答器的性能而設(shè)計(jì)的。但是由于封裝工藝等問題，應(yīng)答器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)通常由專業(yè)的設(shè)計(jì)廠商和封裝廠商來完成，普通用戶沒有能力也無法接觸到這一領(lǐng)域。

目前，應(yīng)答器趨向微型化和高集成度，關(guān)鍵技術(shù)在于材料、封裝和生產(chǎn)工藝，重點(diǎn)突出應(yīng)用而非設(shè)計(jì)。應(yīng)答器按照電源形式可以分為如下兩種類型：

有源應(yīng)答器：使用電池或其他電源供電，不需要閱讀器提供能量，通?？块喿x器喚醒，然后切換至自身提供能量。

無源應(yīng)答器：沒有電池供電，完全靠閱讀器提供能量。3.應(yīng)答器

從技術(shù)角度來說，RFID的核心在應(yīng)答器應(yīng)答器按照工作頻率范圍可分為如下三種類型：

低頻應(yīng)答器：低于135kHz。

高頻應(yīng)答器：13.56MHz?±?7kHz。

超高頻應(yīng)答器：工作頻率為433MHz、866～960MHz、2.45GHz和5.8GHz(雖然屬于SHF，但由于性能的相似性，通常將其歸為超高頻應(yīng)答器范圍)。

應(yīng)答器在某些應(yīng)用場合也叫做射頻卡、標(biāo)簽等，但從本質(zhì)而言可統(tǒng)稱為應(yīng)答器。應(yīng)答器按照工作頻率范圍可分為如下三種類型：

低頻應(yīng)答1)射頻卡(RFCard)

通常，射頻卡的外形尺寸與銀行卡相同，尺寸符合ID-1型卡的規(guī)范，工作頻率為13.56MHz或低于135kHz，采用電感耦合方式實(shí)現(xiàn)能量和信息的傳輸。通常可應(yīng)用于各種小額消費(fèi)、身份認(rèn)證和考勤登記等，卡片上也可以印刷各種不同的圖案、文字或者商標(biāo)、廣告等。目前有些超高頻標(biāo)簽也封裝成射頻卡的外形。各種射頻卡的外觀如圖1-5所示。1)射頻卡(RFCard)

通常，射頻卡的外形尺圖1-5射頻卡外觀圖1-5射頻卡外觀2)標(biāo)簽(Tag)

應(yīng)答器除了卡狀外形還有其他很多形狀，可用于動(dòng)物識別、貨物識別、集裝箱識別等，在這些應(yīng)用領(lǐng)域通常將應(yīng)答器制作成標(biāo)簽，其中微型RFID標(biāo)簽如圖1-6所示。

防水錢幣型標(biāo)簽常用于惡劣環(huán)境下，可防水防塵，強(qiáng)度較高，其外觀如圖1-7所示。

有的標(biāo)簽很薄，并且貼有不干膠，適用于物流行業(yè)的貨物跟蹤，其外觀如圖1-8所示。2)標(biāo)簽(Tag)

應(yīng)答器除了卡狀外形還有其他很多圖1-6微型RFID標(biāo)簽圖1-6微型RFID標(biāo)簽圖1-7防水錢幣型RFID標(biāo)簽圖1-7防水錢幣型RFID標(biāo)簽圖1-8不干膠RFID標(biāo)簽圖1-8不干膠RFID標(biāo)簽1.2.2射頻識別基本原理

在RFID系統(tǒng)中，射頻識別部分主要由閱讀器和應(yīng)答器兩部分組成。閱讀器與應(yīng)答器之間的通信采用無線射頻方式進(jìn)行耦合。在實(shí)踐中，由于對距離、速率及應(yīng)用的要求不同，需要的射頻性能也不盡相同，所以射頻識別涉及的無線電頻率范圍也很廣。

1.基本交互原理

射頻識別過程在閱讀器和應(yīng)答器之間以無線射頻的方式進(jìn)行，其基本原理如圖1-9所示。1.2.2射頻識別基本原理

在RFID系統(tǒng)中，射頻識圖1-9RFID基本原理圖1-9RFID基本原理閱讀器和應(yīng)答器之間的交互主要靠能量、時(shí)序和數(shù)據(jù)三個(gè)方面來完成。

閱讀器產(chǎn)生的射頻載波為應(yīng)答器提供工作所需要的能量。

閱讀器與應(yīng)答器之間的信息交互通常采用詢問—應(yīng)答的方式進(jìn)行，所以必須有嚴(yán)格的時(shí)序關(guān)系，該時(shí)序也由閱讀器提供。

閱讀器與應(yīng)答器之間可以實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)交換，閱讀器給應(yīng)答器的命令和數(shù)據(jù)通常采用載波間隙、脈沖位置調(diào)制、編碼解調(diào)等方法實(shí)現(xiàn)傳送；應(yīng)答器存儲的數(shù)據(jù)信息采用對載波的負(fù)載調(diào)制方式向閱讀器傳送。閱讀器和應(yīng)答器之間的交互主要靠能量、時(shí)序和數(shù)據(jù)三個(gè)方面來2.工作頻率

在無線電技術(shù)中，不同的頻段有不同的特點(diǎn)和技術(shù)。實(shí)踐中，不同頻段的RFID實(shí)現(xiàn)技術(shù)差異很大。從此角度而言，RFID技術(shù)的空中接口幾乎覆蓋了無線電技術(shù)的全頻段。射頻識別系統(tǒng)具體涉及頻段如下：

低頻(LF，頻率范圍為30kHz～300kHz)：工作頻段低于135kHz，常用125kHz。

高頻(HF，頻率范圍為3MHz～30MHz)：工作頻率為13.56MHz?±?7kHz。

特高頻(UHF，頻率范圍為300MHz～3GHz)：工作頻率為433MHz、866MHz～960MHz和2.45GHz。2.工作頻率

在無線電技術(shù)中，不同的頻段有不同的特超高頻(SHF，頻率范圍為3GHz～30GHz)：工作頻率為5.8GHz和24GHz，但目前24GHz基本沒有采用。

其中，后三個(gè)頻段為工業(yè)科研醫(yī)療(IndustrialScientificMedical，ISM)頻段，是為工業(yè)、科研和醫(yī)療應(yīng)用而保留的頻率范圍，不同國家可能會(huì)有不同的規(guī)定。超高頻(SHF，頻率范圍為3GHz～30GHz)：工3.耦合方式

根據(jù)射頻耦合方式的不同，RFID可以分為電感耦合(磁耦合)和反向散射耦合(電磁場耦合)兩大類。

1)電感耦合

電感耦合也叫做磁耦合，是閱讀器和應(yīng)答器之間通過磁場(類似變壓器)的耦合方式進(jìn)行射頻耦合，能量(電源)由閱讀器通過載波提供。由于閱讀器產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度會(huì)受到電磁兼容性能的有關(guān)限制，因此一般工作距離都比較近。高頻RFID和低頻RFID主要采用電感耦合的方式，即頻率為13.56MHz和小于135kHz，工作距離一般在1m以內(nèi)，其電路結(jié)構(gòu)如圖1-10所示。3.耦合方式

根據(jù)射頻耦合方式的不同，RFID可以圖1-10電感耦合的電路結(jié)構(gòu)圖1-10電感耦合的電路結(jié)構(gòu)電感耦合的RFID系統(tǒng)中，閱讀器與應(yīng)答器之間耦合的工作原理如下：

閱讀器通過諧振在閱讀器天線上產(chǎn)生一個(gè)磁場，在一定距離內(nèi)，部分磁力線會(huì)穿過應(yīng)答器天線，產(chǎn)生一個(gè)磁場耦合。

由于在電感耦合的RFID系統(tǒng)中所用的電磁波長(低頻135kHz，波長為2400m；高頻13.56MHz，波長為22.1m)比兩個(gè)天線之間的距離大很多，所以兩線圈間的電磁場可以當(dāng)作簡單的交變磁場。

穿過應(yīng)答器天線的磁場通過感應(yīng)會(huì)在應(yīng)答器天線上產(chǎn)生一個(gè)電壓，經(jīng)過VD的整流和對C2充電、穩(wěn)壓后，電量保存在C2中，同時(shí)C2上產(chǎn)生應(yīng)答器工作所需要的電壓。電感耦合的RFID系統(tǒng)中，閱讀器與應(yīng)答器之間耦合的工作原閱讀器天線和應(yīng)答器天線也可以看做是一個(gè)變壓器的初、次級線圈，只不過它們之間的耦合很弱。因?yàn)殡姼旭詈舷到y(tǒng)的效率不高，所以這種方式主要適用于小電流電路。應(yīng)答器的功耗大小對工作距離有很大影響。

在電感耦合方式下，應(yīng)答器向閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸采用負(fù)載調(diào)制的方法，其原理如圖1-11所示。閱讀器天線和應(yīng)答器天線也可以看做是一個(gè)變壓器的初、次級線圖1-11負(fù)載調(diào)制圖1-11負(fù)載調(diào)制圖1-11所示為電阻負(fù)載調(diào)制，本質(zhì)是一種振幅調(diào)制(也稱為調(diào)幅AM)，以調(diào)節(jié)接入電阻R的大小來改變調(diào)制度的大小。實(shí)踐中，常通過接通或斷開接入電阻R來實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制的振幅調(diào)制。其工作步驟如下：

(1)如果在應(yīng)答器中以二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼信號控制開關(guān)S，則應(yīng)答器線圈上的負(fù)載電阻R按二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼信號的高低電平變化來接通和斷開。

(2)負(fù)載的變化通過應(yīng)答器天線到閱讀器天線，進(jìn)而產(chǎn)生相同規(guī)律變化的信號，即變壓器次級線圈中的電流變化會(huì)影響到初級線圈中的電流變化。圖1-11所示為電阻負(fù)載調(diào)制，本質(zhì)是一種振幅調(diào)制(也稱為(3)在該變化反饋到閱讀器天線(相當(dāng)于變壓器初級)后，通過解調(diào)、濾波放大電路恢復(fù)為應(yīng)答器端控制開關(guān)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼信號。

(4)經(jīng)過解碼后就可以獲得存儲在應(yīng)答器中的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而可以進(jìn)行下一步處理。這樣，二進(jìn)制數(shù)據(jù)信息就從應(yīng)答器傳到了閱讀器。(3)在該變化反饋到閱讀器天線(相當(dāng)于變壓器初級)后，2)反向散射耦合

反向散射耦合也稱電磁場耦合，其理論和應(yīng)用基礎(chǔ)來自雷達(dá)技術(shù)。當(dāng)電磁波遇到空間目標(biāo)(物體)時(shí)，其能量的一部分被目標(biāo)吸收，另一部分以不同的強(qiáng)度被散射到各個(gè)方向。在散射的能量中，一小部分反射回發(fā)射天線，并被該天線接收(發(fā)射天線也是接收天線)，然后對接收信號進(jìn)行放大和處理，即可獲取目標(biāo)的有關(guān)信息。2)反向散射耦合

反向散射耦合也稱電磁場耦合，其理一個(gè)目標(biāo)反射電磁波的效率由反射橫截面來衡量。反射橫截面的大小與一系列參數(shù)有關(guān)，如目標(biāo)大小、形狀和材料、電磁波的波長和極化方向等。由于目標(biāo)的反射性能通常隨頻率的升高而增強(qiáng)，所以反向散射耦合方式通常應(yīng)用在超高頻(包括UHF和SHF)RFID系統(tǒng)中，應(yīng)答器和閱讀器的距離大于1m。反向散射耦合的原理圖如圖1-12所示。一個(gè)目標(biāo)反射電磁波的效率由反射橫截面來衡量。反射橫截面的圖1-12反向散射耦合原理圖圖1-12反向散射耦合原理圖在反向散射耦合的RFID系統(tǒng)中，閱讀器與應(yīng)答器之間耦合的工作原理如下：

閱讀器通過閱讀器天線發(fā)射載波，其中一部分被應(yīng)答器天線反射回閱讀器天線。

應(yīng)答器天線的反射性能受連接到天線的負(fù)載變化影響，因此同樣可以采用電阻負(fù)載調(diào)制的方法實(shí)現(xiàn)反射的調(diào)制。

閱讀器天線收到攜帶有調(diào)制信號的反射波后，經(jīng)收發(fā)耦合、濾波放大，再經(jīng)解碼電路獲得應(yīng)答器發(fā)回的信息。在反向散射耦合的RFID系統(tǒng)中，閱讀器與應(yīng)答器之間耦合的采用反向散射耦合方式的應(yīng)答器按照能量的供給方式分為無源和有源兩種。

無源應(yīng)答器的能量由閱讀器通過天線提供。但是在UHF和SHF頻率范圍，有關(guān)電磁兼容的國際標(biāo)準(zhǔn)對閱讀器所能發(fā)射的最大功率有嚴(yán)格的限制，因此在有些應(yīng)用中，應(yīng)答器完全采用無源方式會(huì)有一定困難。

應(yīng)答器上安裝附加電池成為有源應(yīng)答器。當(dāng)應(yīng)答器進(jìn)入閱讀器的作用范圍時(shí)，應(yīng)答器由獲得的射頻功率激活，進(jìn)入工作狀態(tài)。為防止不必要的電池消耗，應(yīng)答器平時(shí)處于低功耗模式。采用反向散射耦合方式的應(yīng)答器按照能量的供給方式分為無源和1.2.3RFID編碼與調(diào)制

在RFID技術(shù)中，為使閱讀器在讀取數(shù)據(jù)時(shí)能很好地解決同步的問題，往往不直接使用數(shù)字量對射頻進(jìn)行調(diào)制，而是將數(shù)據(jù)編碼變換后再對射頻進(jìn)行調(diào)制。

1.?RFID編碼

在RFID的應(yīng)用中，未經(jīng)調(diào)制的信號通常采用單極性矩形脈沖，而常用的變換編碼主要有曼徹斯特碼、密勒碼和修正密勒碼等。1.2.3RFID編碼與調(diào)制

在RFID技術(shù)中，為使1)單極性矩形脈沖(NRZ碼)

對于傳輸數(shù)字信號，最普遍而且最容易的方法是用兩個(gè)不同的電壓電平來表示二進(jìn)制數(shù)字1和0。單極性矩形脈沖就是用零電平和正(或負(fù))電平來分別代表0和1。以二進(jìn)制數(shù)據(jù)0101100100為例，單極性矩形脈沖如圖1-13所示。

這種波形在碼元脈沖之間無空隙間隔，在全部碼元時(shí)間內(nèi)傳送碼脈沖的編碼方式，稱為不歸零碼(NRZ碼)。1)單極性矩形脈沖(NRZ碼)

對于傳輸數(shù)字信號，圖1-13單極性矩形脈沖圖1-13單極性矩形脈沖2)曼徹斯特碼

在曼徹斯特碼中，一個(gè)二進(jìn)制數(shù)分兩個(gè)位發(fā)送，1碼前半(50%)位為高，后半(50%)位為低；0碼前半(50%)位為低，后半(50%)位為高。NRZ碼與時(shí)鐘進(jìn)行異或運(yùn)算便可得到曼徹斯特碼。以二進(jìn)制數(shù)據(jù)0101100100為例，其曼徹斯特碼為01100110100101100101，該曼徹斯特碼波形如圖1-14所示。2)曼徹斯特碼

在曼徹斯特碼中，一個(gè)二進(jìn)制數(shù)分兩個(gè)圖1-14曼徹斯特碼編碼圖1-14曼徹斯特碼編碼3)密勒碼

密勒碼的邏輯0的電平與前位有關(guān)，邏輯1雖然在位中間有跳變，但是上跳還是下跳取決于前位結(jié)束時(shí)的電平。編碼規(guī)則如表1-1所示。

以二進(jìn)制數(shù)據(jù)0101100100為例，密勒碼為010001100011100011，其密勒碼波形如圖1-15所示。3)密勒碼

密勒碼的邏輯0的電平與前位有關(guān)，邏輯1表1-1密勒碼編碼規(guī)則

表1-1密勒碼編碼規(guī)則圖1-15密勒碼編碼圖1-15密勒碼編碼4)修正密勒碼

修正密勒碼是對密勒碼的改進(jìn)。在RFID的ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)TYPEA中就是采用修正密勒碼方式對載波進(jìn)行調(diào)制的。

在ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)TYPEA中有如下三種時(shí)序：

時(shí)序X：在64/fc處，產(chǎn)生一個(gè)Pause(凹槽)。

時(shí)序Y：在整個(gè)位期間(128/fc)不發(fā)生調(diào)制。

時(shí)序Z：在位期間開始產(chǎn)生一個(gè)Pause。

在上述時(shí)序說明中，fc為載波頻率，13.56MHz；Pause的脈沖底寬為0.5～3.0μs，90%的幅度寬度不大于4.5μs。4)修正密勒碼

修正密勒碼是對密勒碼的改進(jìn)。在RFISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)TYPEA中定義的修正密勒碼的編碼規(guī)則如下：

邏輯1為時(shí)序X。

邏輯0為時(shí)序Y。

通信開始用時(shí)序Z表示。

通信結(jié)束用邏輯0加時(shí)序Y表示。

無用信息至少用兩個(gè)時(shí)序Y表示。

對于邏輯0，有兩種情況除外：

若相鄰有兩個(gè)或者更多0，則從第二個(gè)0開始采用時(shí)序Z。

直接與起始位相連的所有0，用時(shí)序Z表示。ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)TYPEA中定義的修正密2.?RFID調(diào)制

脈沖調(diào)制是指將數(shù)據(jù)的NRZ碼變換為更高頻率的脈沖串，該脈沖串的脈沖波形參數(shù)受NRZ碼的值0和1調(diào)制。RFID系統(tǒng)中常用的調(diào)制方式有FSK、PSK和副載波調(diào)制等。

1)?FSK(頻移鍵控)

FSK是指對已調(diào)脈沖波形的頻率進(jìn)行控制，以達(dá)到傳輸數(shù)據(jù)的目的，最常見的是用兩個(gè)頻率代表二進(jìn)制1和0的雙頻FSK系統(tǒng)。FSK調(diào)制方式用于頻率低于135kHz(通常為125kHz)?的情況。2.?RFID調(diào)制

脈沖調(diào)制是指將數(shù)據(jù)的NRZ碼變2)?PSK(相移鍵控)

PSK調(diào)制方式通常有兩種：PSK1和PSK2。當(dāng)采用PSK1調(diào)制時(shí)，若在數(shù)據(jù)位的起始處出現(xiàn)上升沿或者下降沿(即出現(xiàn)1、0或者0、1交替)，則相位將于位起始處跳變180%；當(dāng)采用PSK2調(diào)制時(shí)，在數(shù)據(jù)位為1時(shí)相位從位起始處跳變180%，在數(shù)據(jù)為0時(shí)相位不變。PSK1是一種絕對碼方式，PSK2是一種相對碼方式。2)?PSK(相移鍵控)

PSK調(diào)制方式通常有兩種3)副載波調(diào)制

在無線電技術(shù)中，副載波得到了廣泛的應(yīng)用，如彩色模擬電視中的色副載波。在RFID系統(tǒng)中，副載波的調(diào)制方法主要應(yīng)用在頻率為13.56MHz的高頻RFID系統(tǒng)中，而且僅在從應(yīng)答器向閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸過程中采用。

副載波頻率是通過對載波的二進(jìn)制分頻產(chǎn)生的。對載波頻率為13.56?MHz的RFID系統(tǒng)，使用的副載波頻率大多為847kHz、424kHz或212kHz(對應(yīng)13.56MHz的16、32和64分頻)。

在13.56?MHz的RFID系統(tǒng)中，應(yīng)答器將需要傳送的信息首先組成相應(yīng)的幀，然后將幀的基帶編碼調(diào)制到副載波頻率上，最后再進(jìn)行載波調(diào)制，實(shí)現(xiàn)向閱讀器的信息傳輸。3)副載波調(diào)制

在無線電技術(shù)中，副載波得到了廣泛的與直接用數(shù)據(jù)基帶信號進(jìn)行負(fù)載調(diào)制相比，采用副載波調(diào)制有如下優(yōu)點(diǎn)：

應(yīng)答器是無源的，其能量由閱讀器的載波提供。采用副載波調(diào)制信號進(jìn)行負(fù)載調(diào)制時(shí)，調(diào)制管道每次導(dǎo)通的時(shí)間較短，對應(yīng)答器電源影響也較小。

調(diào)制管道的總導(dǎo)通時(shí)間減少，總功耗損耗下降。

有用信息的頻譜分布在副載波附近而不是載波附近，便于閱讀器對傳送數(shù)據(jù)信息的提取，但射頻耦合回路應(yīng)有較寬的頻帶。與直接用數(shù)據(jù)基帶信號進(jìn)行負(fù)載調(diào)制相比，采用副載波調(diào)制有如1.2.4數(shù)據(jù)校驗(yàn)與防碰撞

在RFID系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾源嬖趦蓚€(gè)方面的問題：一是外界的各種干擾可能使數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生錯(cuò)誤；二是多個(gè)應(yīng)答器同時(shí)占用信道使發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生碰撞。運(yùn)用數(shù)據(jù)校驗(yàn)(差錯(cuò)檢測)和防碰撞算法可以分別解決這兩個(gè)問題。

1.數(shù)據(jù)校驗(yàn)

目前，在RFID中的差錯(cuò)檢測主要采用奇偶校驗(yàn)碼和CRC碼。

1)奇偶校驗(yàn)碼

檢驗(yàn)碼中最簡單的是奇偶校驗(yàn)碼，它是在數(shù)據(jù)后面加上一個(gè)奇偶位(ParityBit)的編碼。奇偶校驗(yàn)的值是這樣設(shè)定的：1.2.4數(shù)據(jù)校驗(yàn)與防碰撞

在RFID系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳奇校驗(yàn)時(shí)，若字節(jié)的數(shù)據(jù)位中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則校驗(yàn)位的值為0，反之為1。

偶校驗(yàn)時(shí)，若字節(jié)的數(shù)據(jù)位中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則校驗(yàn)位的值為1，反之為0。

即奇偶校驗(yàn)位值的選取原則是使碼字內(nèi)1的數(shù)目相應(yīng)為奇數(shù)或者偶數(shù)。例如，當(dāng)二進(jìn)制數(shù)據(jù)10110101通過在末尾加奇偶校驗(yàn)位傳送時(shí)，如果采用偶校驗(yàn)，則校驗(yàn)位為1，數(shù)據(jù)為101101011；如果采用奇校驗(yàn)，則數(shù)據(jù)為101101010。

奇偶校驗(yàn)只能檢測單比特的差錯(cuò)，如果同時(shí)有兩位1變成了0，則奇偶校驗(yàn)會(huì)失效。但是奇偶校驗(yàn)在字節(jié)的校驗(yàn)中，仍然有一定的作用。奇校驗(yàn)時(shí)，若字節(jié)的數(shù)據(jù)位中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則校驗(yàn)位的值為2)?CRC碼

CRC碼(循環(huán)冗余碼)具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，且硬件實(shí)現(xiàn)簡單，因而被廣泛應(yīng)用。CRC碼是基于多項(xiàng)式的編碼技術(shù)。在多項(xiàng)式編碼中，將信息位串看成是階次從Xk-1到X0的信息多項(xiàng)式M(X)的系數(shù)序列，多項(xiàng)式M(X)的階次為k-1。在計(jì)算CRC碼時(shí)，發(fā)送方和接收方必須采用一個(gè)共同的生成多項(xiàng)式G(X)，G(X)的階次應(yīng)低于M(X)，且最高和最低階的系數(shù)為1。在此基礎(chǔ)上，CRC碼的算法步驟如下：

(1)將k位信息寫成k-1階多項(xiàng)式M(X)。

(2)設(shè)生成的多項(xiàng)式G(X)的階為r。2)?CRC碼

CRC碼(循環(huán)冗余碼)具有較強(qiáng)的糾(3)用模2除法計(jì)算XrM(X)G(X)，獲得余數(shù)多項(xiàng)式R(X)。

(4)用模2減法求得傳送多項(xiàng)式T(X)，T(X)?=?XrM(X)-R(X)，則T(X)多項(xiàng)式系數(shù)序列的前k位為信息位，后r位為校驗(yàn)位，總位數(shù)n?=?k?+?r。

例如，信息位串為11110111，生成多項(xiàng)式G(X)的系數(shù)序列為10011，階r為4，進(jìn)行模2除法后，得到余數(shù)多項(xiàng)式R(X)的系數(shù)序列為1111，所以傳送多項(xiàng)式T(X)的系數(shù)序列為111101111111，前8位為信息位，后4位為監(jiān)督校驗(yàn)位。計(jì)算過程如圖1-16所示。(3)用模2除法計(jì)算XrM(X)G(X)，獲得余數(shù)多項(xiàng)圖1-16CRC碼計(jì)算示例圖1-16CRC碼計(jì)算示例因?yàn)門(X)一定能被G(X)模2整除，所以判斷接收到的T(X)能否被G(X)整除，則可以知道在傳輸過程中是否出現(xiàn)錯(cuò)碼。

CRC的優(yōu)點(diǎn)是識別錯(cuò)誤的可靠性較好，且只需要少量的操作就可以實(shí)現(xiàn)。16位的CRC碼可適用于校驗(yàn)4KB長數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)完整性，而在RFID系統(tǒng)中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀明顯比4KB短，因此，除了16位的CRC碼外，還可以使用12位(甚至5位)的CRC碼。因?yàn)門(X)一定能被G(X)模2整除，所以判斷接收到的T有三個(gè)生成多項(xiàng)式已成為國際標(biāo)準(zhǔn)，如下：

CRC-12G(X)?=?X12?+?X11?+?X3?+?X2?+?X?+?1

CRC-16G(X)?=?X16?+?X15?+?X2?+?1

CRC-CCITTG(X)?=?X16?+?X12?+?X5?+?X2?+?1

在RFID標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC14443中，采用CRC-CCITT生成多項(xiàng)式。該標(biāo)準(zhǔn)中，TYPEA采用CRC-A，計(jì)算時(shí)循環(huán)移位寄存器的初始值為6363H；TYPEB采用CRC-B，循環(huán)移位寄存器的初始值為FFFFH。有三個(gè)生成多項(xiàng)式已成為國際標(biāo)準(zhǔn)，如下：

CRC-122.防碰撞

RFID系統(tǒng)在工作時(shí)，可能會(huì)有一個(gè)以上的應(yīng)答器同時(shí)處在閱讀器的作用范圍內(nèi)。這樣，如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上的應(yīng)答器同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，那么就會(huì)出現(xiàn)通信沖突，產(chǎn)生數(shù)據(jù)相互的干擾，即碰撞。此外，也可能出現(xiàn)多個(gè)應(yīng)答器處在多個(gè)閱讀器的工作范圍內(nèi)的情況，它們之間的數(shù)據(jù)通信也會(huì)引起數(shù)據(jù)干擾，不過一般很少考慮這種情況。

為了防止碰撞的產(chǎn)生，RFID系統(tǒng)需要采取相應(yīng)的技術(shù)措施來解決此類問題，這些措施稱為防碰撞(沖突)協(xié)議。防碰撞協(xié)議可通過防碰撞算法和相關(guān)命令來實(shí)現(xiàn)。不同的防碰撞算法，對碰撞檢測的要求不同。判斷是否產(chǎn)生了數(shù)據(jù)信息的碰撞可以采用下述方法：2.防碰撞

RFID系統(tǒng)在工作時(shí)，可能會(huì)有一個(gè)以上檢測接收到的電信號參數(shù)是否發(fā)生了非正常變化。但是對于無線電射頻環(huán)境來說，門限值較難設(shè)置。

通過差錯(cuò)檢測方法檢查有無錯(cuò)碼。雖然應(yīng)用奇偶校驗(yàn)和CRC碼檢查到的傳輸錯(cuò)誤不一定是數(shù)據(jù)碰撞引起的，但是這種情況出現(xiàn)通常被認(rèn)為是出現(xiàn)了碰撞。

利用某些編碼的性能，檢查是否出現(xiàn)了非正常碼。如曼徹斯特碼出現(xiàn)11碼就說明產(chǎn)生了碰撞，并且可以知道碰撞發(fā)生在哪一位。檢測接收到的電信號參數(shù)是否發(fā)生了非正常變化。但是對于無線1.3RFID標(biāo)準(zhǔn)

RFID標(biāo)準(zhǔn)有很多，分層次來看，主要有國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

國際標(biāo)準(zhǔn)是由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)和國際電工委員會(huì)(IEC)制定的。

國家標(biāo)準(zhǔn)是各國根據(jù)自身國情制定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。我國國家標(biāo)準(zhǔn)制定的主管部門是