射頻識(shí)別課件：第二章 RFID設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)

第二章RFID設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)1.數(shù)字通信基礎(chǔ)2.信號(hào)的編碼與調(diào)制3.RFID數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?.RFID數(shù)據(jù)安全性第2章RFID設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)2.1數(shù)字通信基礎(chǔ)2.1.1數(shù)字通信模型

2.1.1數(shù)字通信模型數(shù)字信號(hào)通常是指二進(jìn)制編碼信號(hào)，信號(hào)波形有兩個(gè)振幅，即0和1，

數(shù)字通信就是將信源信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制形式傳輸。

加密的。2.1.2數(shù)字通信的特點(diǎn)和主要性能指標(biāo)1．?dāng)?shù)字通信的特點(diǎn)在傳輸過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)無(wú)噪聲積累便于加密處理便于設(shè)備的集成和微型化占用的信道頻帶寬2.數(shù)字通信的主要性能指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸速率

信道頻帶寬度誤碼率

信號(hào)是消息的載體，在通信系統(tǒng)中消息以信號(hào)的形式從一點(diǎn)傳送到另一點(diǎn)。信道是信號(hào)的傳輸媒質(zhì)，信道的作用是把攜有信息的信號(hào)從它的輸入端傳遞到輸出端。1.信號(hào)信號(hào)分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，RFID系統(tǒng)主要處理的是數(shù)字信號(hào)。

信號(hào)可以從時(shí)域和頻域兩個(gè)角度來(lái)分析，在RFID傳輸技術(shù)中，對(duì)信號(hào)頻域的

研究比對(duì)信號(hào)時(shí)域的研究更重要。

讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽之間傳輸?shù)男盘?hào)有其自身的特點(diǎn)，常需要討論信號(hào)工作方式和通信握手等問(wèn)題。

信號(hào)工作方式

讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽之間的工作方式可以分為時(shí)序系統(tǒng)、全雙工系統(tǒng)和半雙工系統(tǒng)，下面就讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽之間的工作方式予以討論。

在時(shí)序系統(tǒng)中，從電子標(biāo)簽到讀寫(xiě)器的信息傳輸是在電子標(biāo)簽?zāi)芰抗?yīng)間歇進(jìn)行的，讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽不同時(shí)發(fā)射，這種方式可以改善信號(hào)受干擾的狀況，提高系統(tǒng)的工作距離。

（1）讀寫(xiě)器先發(fā)射射頻能量，該能量傳送到電子標(biāo)簽，給電子標(biāo)簽的電容器充電，將能量用電容器存儲(chǔ)起來(lái)，這時(shí)電子標(biāo)簽的芯片處于省電模式或備用模式。（2）讀寫(xiě)器停止發(fā)射能量，電子標(biāo)簽開(kāi)始工作，電子標(biāo)簽利用電容器的儲(chǔ)能向讀寫(xiě)器發(fā)送信號(hào)，這時(shí)讀寫(xiě)器處于接收電子標(biāo)簽響應(yīng)的狀態(tài)。（3）能量傳輸與信號(hào)傳輸交叉進(jìn)行，一個(gè)完整的讀出周期由充電階段和讀出階段兩個(gè)階段構(gòu)成2.信道信道可以分為兩大類，一類是電磁波在空間傳播的渠道，如短波信道、微波信道等；另一類是電磁波的導(dǎo)引傳播渠道，如電纜信道、波導(dǎo)信道等。RFID的信道是具有各種傳播特性的自由空間，所以RFID采用無(wú)線信道。1）信道帶寬信號(hào)所擁有的頻率范圍叫做信號(hào)的頻帶寬度，簡(jiǎn)稱帶寬。模擬信道的帶寬為

2）信道傳輸速率信道傳輸速率就是數(shù)據(jù)在傳輸介質(zhì)（信道）上的傳輸速率。數(shù)據(jù)傳輸速率是描述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)之一，數(shù)據(jù)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(jìn)制比特?cái)?shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率的單位為比特/秒（b/s）。3）波特率與比特率在信息傳輸通道中，攜帶數(shù)據(jù)信息的信號(hào)單元叫碼元，每秒鐘通過(guò)信道傳輸?shù)拇a元數(shù)稱為碼元傳輸速率，簡(jiǎn)稱波特率。比特率是數(shù)據(jù)傳輸速率，表示單位時(shí)間內(nèi)可傳輸二進(jìn)制位的位數(shù)。如果一個(gè)碼元的狀態(tài)數(shù)可以用M個(gè)離散電平個(gè)數(shù)來(lái)表示，有如下關(guān)系：2.2.2編碼與調(diào)制數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞信息的通信系統(tǒng)，其涉及的技術(shù)問(wèn)題很多，其中主要有信源編碼與解碼、加密與解密、信道編碼與解碼、數(shù)字調(diào)制與解調(diào)以及同步等。

1.編碼與解碼編碼是為了達(dá)到某種目的而對(duì)信號(hào)進(jìn)行的一種變換。其逆變換稱為解碼或譯碼。根據(jù)編碼的目的不同，編碼理論有信源編碼、信道編碼和保密編碼三個(gè)分支

2.調(diào)制和解調(diào)

調(diào)制的目的是把傳輸?shù)哪M信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，變換成適合信道傳輸?shù)男盘?hào)，意味著要把信源的基帶信號(hào)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)相對(duì)基帶頻率而言非常高的帶通信號(hào)。

調(diào)制的過(guò)程用于通信系統(tǒng)的發(fā)送端，調(diào)制就是將基帶信號(hào)的頻譜搬移到信道通帶中的過(guò)程，經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)，已調(diào)信號(hào)的頻譜具有帶通的形式，已調(diào)信號(hào)稱為帶通信號(hào)或頻帶信號(hào)。在接收端需將已調(diào)信號(hào)還原成原始信號(hào)，解調(diào)是將信道中的頻帶信號(hào)恢復(fù)為基帶信號(hào)的過(guò)程。

數(shù)字調(diào)制的方法通常稱為鍵控法，常用的數(shù)字調(diào)制解調(diào)方式有幅移鍵控（AmplitudeShiftKeying，ASK）、頻移鍵控（FrequencyShiftKeying，F(xiàn)SK）和相移鍵控（PhaseShiftKey，PSK）等方式。為簡(jiǎn)化射頻標(biāo)簽設(shè)計(jì)并降低成本，多數(shù)射頻識(shí)別系統(tǒng)采用ASK調(diào)制方式。

RFID常用的編碼方法1.編碼格式1）反向不歸零編碼這是一種簡(jiǎn)單的數(shù)字基帶編碼方式，反向不歸零編碼用高電平表示二進(jìn)制的1，用低電平表示二進(jìn)制的0。

2）曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼也稱為分相編碼（Split-PhaseCoding）。在曼徹斯特編碼中，用電壓跳變的相位不同來(lái)區(qū)分1和0，其中從高到低跳變表示1，從低到高跳變表示0。

3）單極性歸零編碼對(duì)于單極性歸零碼，當(dāng)發(fā)1碼時(shí)發(fā)出正電流，但正電流持續(xù)的時(shí)間短于一個(gè)碼元寬度，即發(fā)出一個(gè)窄脈沖；當(dāng)發(fā)0碼時(shí)，仍然完全不發(fā)送電流。

4）差動(dòng)雙相編碼差動(dòng)雙相編碼在半個(gè)位周期中的任意邊沿表示二進(jìn)制0，而沒(méi)有邊沿跳變表示二進(jìn)制1。此外，在每個(gè)位周期開(kāi)始時(shí)，電平都要反相。差動(dòng)雙相編碼對(duì)接收器來(lái)說(shuō)較容易重建。

5）密勒編碼密勒編碼在位周期開(kāi)始時(shí)產(chǎn)生電平交變，對(duì)接收器來(lái)說(shuō)，位節(jié)拍比較容易重建。密勒編碼在半個(gè)位周期內(nèi)的任意邊沿表示二進(jìn)制1，而經(jīng)過(guò)下一個(gè)位周期中不變的電平表示二進(jìn)制0。

6）變形密勒編碼變形密勒編碼相對(duì)于密勒編碼來(lái)說(shuō)，將其每個(gè)邊沿都用負(fù)脈沖代替。由于負(fù)脈沖的時(shí)間較短，可以保證數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中，能夠從高頻場(chǎng)中持續(xù)為射頻標(biāo)簽提供能量。變形密勒編碼在電感耦合的射頻識(shí)別系統(tǒng)中，主要用于從讀寫(xiě)器到射頻標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸。

7）差動(dòng)編碼對(duì)于差分編碼，每個(gè)要傳輸?shù)亩M(jìn)制1都會(huì)引起信號(hào)電平的變化，而對(duì)于二進(jìn)制0，信號(hào)電平保持不變。RFID常用的調(diào)制方法

按照從讀寫(xiě)器到電子標(biāo)簽的傳輸方向，讀寫(xiě)器中發(fā)送的信號(hào)首先需要編碼，然后通過(guò)調(diào)制器調(diào)制，最后傳送到傳輸通道上去。用數(shù)字基帶信號(hào)控制載波，把數(shù)字基帶信號(hào)變換為數(shù)字已調(diào)信號(hào)的過(guò)程稱為數(shù)字調(diào)制，RFID主要采用數(shù)字調(diào)制的方式。1.載波

在信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中，并不是將信號(hào)直接進(jìn)行傳輸，而是將信號(hào)與一個(gè)固定頻率的波進(jìn)行相互作用，這個(gè)過(guò)程稱為加載，這樣一個(gè)固定頻率的波稱為載波。在RFID系統(tǒng)中，正弦載波除了是信息的載體外，在無(wú)源電子標(biāo)簽中還具有提供能量的作用，這一點(diǎn)與其他無(wú)線通信有所不同。

2.振幅鍵控

調(diào)幅是指載波的頻率和相位不變，載波的振幅隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化。振幅鍵控是利用載波的幅度變化來(lái)傳遞數(shù)字信息，在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，載波的幅度只有兩種變化，分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制信息的1和0。目前電感耦合RFID系統(tǒng)常采用ASK調(diào)制方式，如ISO/IEC14443及ISO/IECl5693標(biāo)準(zhǔn)均采用ASK調(diào)制方式。

3.頻移鍵控頻移鍵控（FSK）是利用載波的頻率變化來(lái)傳遞數(shù)字信息，是對(duì)載波的頻率進(jìn)行鍵控。二進(jìn)制頻移鍵控載波的頻率只有兩種變化狀態(tài)，載波的頻率在和兩個(gè)頻率點(diǎn)變化，分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制信息的1和0。

4.相移鍵控相移鍵控（PSK）是利用載波的相位變化來(lái)傳遞數(shù)字信息，是對(duì)載波的相位進(jìn)行鍵控。二進(jìn)制相移鍵控載波的初始相位有兩種變化狀態(tài)，通常載波的初始相位在0和兩種狀態(tài)間變化，分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制信息的1和0。

5.副載波調(diào)制副載波調(diào)制是指首先把信號(hào)調(diào)制在載波1上，出于某種原因，決定對(duì)這個(gè)結(jié)果再進(jìn)行一次調(diào)制，于是用這個(gè)結(jié)果去調(diào)制另外一個(gè)頻率更高的載波2。在RFID副載波調(diào)制中，首先用基帶編碼的數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制低頻率的副載波，已調(diào)的副載波信號(hào)用于切換負(fù)載電阻，然后采用振幅鍵控ASK、頻移鍵控FSK或相移鍵控PSK的調(diào)制方法，對(duì)副載波進(jìn)行二次調(diào)制。

RFID數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?/p>

使用非接觸技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，很容易遇到干擾，使傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生意外的改變從而導(dǎo)致傳輸錯(cuò)誤。此類問(wèn)題通常是由外界的各種干擾和多個(gè)應(yīng)答器同時(shí)占用信道發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生碰撞造成的，針對(duì)這兩種情況，常用的處理方法是采用校驗(yàn)和法和多路存取法。

校驗(yàn)和法

1.奇偶校驗(yàn)奇偶校驗(yàn)是一種簡(jiǎn)單的使用廣泛的校驗(yàn)方法。奇偶校驗(yàn)分奇校驗(yàn)和偶校驗(yàn)，收發(fā)兩端必須約定校驗(yàn)方式。

2.縱向冗余校驗(yàn)

縱向冗余校驗(yàn)（LRC）是把傳輸數(shù)據(jù)塊的所有字節(jié)進(jìn)行按位加（或稱異或運(yùn)算），其結(jié)果就是校驗(yàn)字節(jié)。在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，附加傳輸校驗(yàn)字節(jié)。在收端，將數(shù)據(jù)字節(jié)和校驗(yàn)字節(jié)進(jìn)行按位加，如果結(jié)果為0，就認(rèn)為傳輸正確，否則認(rèn)為傳輸錯(cuò)誤?？v向冗余校驗(yàn)也稱作代碼和校驗(yàn)。

3.循環(huán)冗余碼校驗(yàn)循環(huán)冗余碼校驗(yàn)是由循環(huán)多項(xiàng)式生成的。假如16位的CRC生成多項(xiàng)式是： 其二進(jìn)制序列為10001000000100001（十六進(jìn)制為11021h）。 被校驗(yàn)二進(jìn)制序列M(X)除以16位校驗(yàn)多項(xiàng)式G(X)，余數(shù)就是16位的CRC值。M(X)=4D6F746Fh，其CRC-16的值是B994h。在傳輸時(shí)將計(jì)算結(jié)果附加在數(shù)據(jù)尾部，收端將收到的數(shù)據(jù)除以11021h，如果余數(shù)為0表示正確，否則表示錯(cuò)誤。

多路存取法 在無(wú)線通信技術(shù)中，通信沖突的問(wèn)題是長(zhǎng)久以來(lái)存在的問(wèn)題，但同時(shí)也研究出許多相應(yīng)的解決方法?；旧嫌?種不同的方法：空分多路法（SpaceDivisionMultipleAccess，SDMA）頻分多路法（FrequencyDivisionMultipleAccess，F(xiàn)DMA）時(shí)分多路法（TimeDivisionMultipleAccess，F(xiàn)DMA）碼分多路法（