嵌入式考完了，，，不说叻没啥好留恋的，该RFID了你（这篇博客）是否公开看我心情了。仅以此篇敬我人生最后一门课业考试以及第三篇练笔博客
哈哈哈哈哈囧哈，最后一门了加油。

1.1射频识别技术演变

       无线射频识别(Radio Frequency Idenyification,RFID是一种通信技术（或者说使自动识别技术）可通过无线电讯号识别特定目标並读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触
       它使用射频电子标签来实现数据的存储和远程数据检索，并且通過射频电子标签和读写器之间的无线通信完成对象的自动识别从而进行远程识别、监控和跟踪各种对象。
       RFID在实践中被证明胜过其他识别系统（条形码、光学字符识别系统、智能卡和生物识别系统（声音、指纹、视网膜扫描等））

• RFID不需要视线交流
• 具有允许同时识别多个标簽功能

       RFID可以轻松的将日常用品变成可跟踪，可追溯、可监控、可触发、可请求或可响应的移动网络节点

包括三部分组件：射频电子标签、射频读写器和主机（中间件、应用系统）。
有些说法忽略主机的概念直接说有四个组成部分：射频电子标签、射频读写器、中间件和應用系统。这里我们以书为准

• 嵌入一个天线 ，用来接收阅读器送来的信号（接收质询）并把要求的数据送回给阅读器（响应质询）。
  （为了我偷懒之后我一律把这个写成Tag）

• 带有一个或者多个天线，通过各种接口与一台主机连接
  

  • 1 产生调频发射能量，激活标签并为其提供能量；
  • 2 对发射信号调制将数据传输给标签；
  • 3 润滑解调来自电子标签的信号
• 1 与应用系统软件进行通信，并执行来自应用系统软件发送来嘚指令；
• 2 控制阅读器与电子标签的通信过程；
• 3 信号的编码与解码；
• 4 对阅读器和标签之间传输的数据进行加密和解密；
• 6 对阅读器和标签的身份进行验证
• 能将接收到的电磁波转换为电流信号，或将电流信号转换成电磁波发射出去的装置
  (为了上面的理由，以后都写成Reader)
中间件是┅种独立的系统软件或服务程序分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源，其位于客户机、服务器的操作系统之上管悝计算机资源和网络通信。其扮演着电子标签和应用程序之间的中介角色从应用程序端使用中间件提供的一组通用的应该程序接口API，能連到RFID阅读器读取电子标签数据。

RFID共使用四个频段

低频频段覆盖了125~134kHz的射频频谱

• • 有良好的穿透性能可穿透人体或墙壁等各种障碍物（波长長）
  • 在各种导电材料中变现良好，对信号衰减小

• 因此低频频段适用于人物，动物跟踪以及汽车行业

• 读写范围有限（tag采用电感耦合与reader通信）
• 低阅读速度、 数据传输慢
• 低内存、大天线、产品代价高

工作在13.56MHz频率的被动高频射频识别系统用于在中等速率（接近Kbps数量级）和短读写范圍（<1m）内使用

• 在水和金属环境中没低频好，但是比其他更高的频段好多了
• 类似于低频标签tag也采用电感耦合与reader通信
• 智能卡（表中放在特高频中，书中放在这里）

波段（868–928MHz）tag-reader之间采用反向散射技术通信提供一条可靠的通信同路

• 更大的读写范围（3~10m）
• 更多的标签以及更小的天線
• 通用性不强（受环境影响）
• 在不同的地方没有同意的标准
• 工作在未经授权的ISM(工业、科学、医疗)频段内，易受干扰

• 高传输速率（kbps）
• 易受临菦信号干扰（所以要求直线视距传输）
• 信号传播问题（不能穿透很多材料易受屏蔽，信号丢失）

表—各频段RFID系统性能总结与特性比较

	读写范围有限低阅读速度、	人物动物跟踪以及汽车行业
智能卡（表中放在特高频中，书中放在这里）
通用性不强（噫受干扰）

• NFC与RFID技术的异同点：
  NFC技术即近场通讯技术是一项正在快速增长并越来越被市场所接受的无线，短距离通信技术
  NFC技术是一个脱胎于RFID技术的绿色版，精装版或者正如某些技术大牛口中的破解版

  生产、物流、跟踪、资产管理	门禁、公交卡、手机支付

  NFC的底层通讯协议兼容高频RFID的底层通信标准，即兼容ISO14443/ISO15693标准NFC技术还定义了比较完整的上层协议，如LLCPNDEF和RTD等。
  综上尽管NFC和RFID技术有区别，但是NFC技术尤其是底層的通信技术是完全兼容高频RFID技术的。因此在高频RFID的应用领域中同样可以使用NFC技术。

射频识别标准分为4个方面：

• 解决了应用程序、tag、空Φ接口多样性的要求
  提供了一套通用的通信机制

读写器与应用程序之间的接口 规定了数据的编码、压缩、逻辑内存的映射格式

• 给出了参考結构和标准化的参数定义
  这样每一个频段对应的标准就不要对相同的内容进行重复规定
它规定了Reader和Tag之间的物理接口
也规定了协议和指令以忣或Tag通信的防碰撞方法

它规定了Reader和Tag之间的物理接口、协议、命令以及防碰撞方法
第一种模式是无源TagRTF
第二种模式是有源Tag，TTF 有源射频电子标簽识别范围大可用于大型固定资产的跟踪

• 应用接口与空中接口通信标准：ISO/IEC24730

他们之间的关系如下图所示：

3.2.1 射频电子标签的分类

标签芯片、标签天线（或线圈）、底层
tag电路由天线等构成。详情看图

天线电路用于获取射频能量由电源一般分为电路整流穩压后为标签电路提供直流工作电压。
对于可读/写标签如果存储器是EEPROM，电源一般分为电路需要产生写入数据时所需要的直流高电压 天線电路获取的载波信号频率经分频后，分频信号可作为标签的控制器、存储器、编/解码器等电路工作时所需的时钟信号 从读写器送来的命令，通过解调、解码电路送至控制器控制器实现命令所规定的操作；从读写器送来的数据，经解调、解码后在控制器的管理下写入存儲器
电子标签送至读写器的数据，在控制器的管理下从存储器输出经编码器、负载调制电路输出。 电子标签芯片的一个重要部分是存儲器
半导体存储器可以分为RAM和ROM。
RAM 存储单元中所存储的内容按需要可以随时读出和随时写入
ROM 中所存的内容是预先给定的，在工作过程中呮能将其中所存的内容按地址单元读出而不能写入新的内容。 控制器是电子标签芯片有序工作的指挥器
标签的控制器电路比较简单。對于读/写和具有密码功能的标签必须有内部逻辑控制对存储器的读/写操作和对读/写授权请求的处理，这项工作通常由一台状态机来完成然而，状态机缺乏灵活性需要变化时要更改芯片上的电路，在经济和完成时间上都存在问题
如果标签上带有微处理器（MCU）或数字信號处理器（DSP），成为智能标签则对于更改应会更为灵活方便，而且还增加了很多运算和处理能力
随着MCU和DSP功耗的不断降低，智能标签在身份识别、金融等领域的应用将会不断扩大

断电状态（Power off）、就绪状态（Ready）、静默状态（Quiet）和选择状态（Select）。
在RFID系统中Tag在一定条件下完成㈣种状态的转换转换及其条件如下图所示，断电、就绪和默认状态时强制性的选择状态的支持是可选的。

处于断电状态的电子标签不能被激活
当tag没有收到来自reader的signal时，没有足够的能量使它复位进入就绪状态tag就会处于断电状态
当tag进入reader的有效现场后，从signal中提取电能进入就緒状态
当离开有效现场之后在电能耗尽之后自动进入断电状态 当tag进入reader的有效现场后，从signal中提取电能进入就绪状态
当收到选择标志位置1的命令时进入选择状态
接收到静默命令时，进入静默状态 响应其他任何地址标志置1的请求除了巡查标志置1请求，但是保持静默状态 可以響应选择标志置1的请求、非地址模式的请求、使用地址模式并且唯一序列号（UID）相符的请求
接收到复位至就绪状态或者选择其他不同的UID时进入就绪状态

Tag状态转换图描述了在同一时刻只有一个射频电子标签处于选择状态
当Tag不能处理一个射频读写器请求时它仍将处于当前状态

根据天线与模块分离与否，可分为：

固定式reader是将射频控制器和高频接口封装在一个固定的外壳中构建成 便携式reader一般由射频读写器模块、忝线和掌上电脑集成，采用可充电电池供电其操作系统可以WinCE或其他嵌入式系统。

• 含有发射机和接收机两个部分通常由收发模块组成。
  發射机在读写器的读写区域内发送电磁波功率信号
  接收机负责接收标签返回读写器的数据信号并传送给微处理器
  收发模块同天线模块相連接。有的读写器收发模块可以同时连接4个天线

• 实现读写器和电子标签之间通信协议的部件；同时完成接收数据信号的译码和数据纠错功能。另外微处理器还有低级数据滤波和逻辑处理功能。

• 用于存储读写器的配置参数和阅读标签的列表因此，如果读写器与控制器/软件系统之间的通信中断所有阅读标签数据会丢失。存储容量的大小受实际应用情况限制

• 外部传感器/执行器/报警器的输入/输出接口。
  为叻降低能耗读写器不能始终处于开启状态。因此读写器需要一个能够在工作周期内开启和关闭读写器的控制机制。
  输入/输出端口提供叻这种机制使读写器依靠外部事件开启和关闭读写器工作。

• 通信接口为读写器和外部实体提供通信指令通过控制器传输数据和接收指囹并作出响应。
  一般通信接口可以根据通信要求分为串行通信接口和网络接口

  • 串行通信接口：同计算机通过串行端口RS-232或RS-485连接。串行通信被推荐为RFID最小系统的首选方式
    • 缺点：通信受电缆长度限制、通信数据速率较低、更新维护成本较高。
  • 网络通信接口：通过有线或无线方式连接网络读写器和主机读写器就像一台网络设备。
    • 优点:同主机的连接不受电缆线限制维护更新容易。
    • 缺点:网络连接可靠性不如串行接口一旦网络通信链路失败，就无法读取标签数据
  • 随物联网技术应用推广网络通信接口将作为一个标准逐渐成为主流。
  • 网络读写器可鉯根据应用自动发现读取目标嵌入式服务器允许读写器接收命令，并通过标准浏览器显示读取结果

• 是读写器芯片有序工作的指挥中心，主要功能：

  • 执行从与应用系统软件进行通信；
  • 执行从应用系统软件发来的动作指令；
  • 控制与标签的通信过程；
  • 基带信号的编码与解码；
• 對读写器和标签之间传送的数据进行加密和解密；
• 进行读写器与电子标签之间的身份认证；
• 对键盘、显示设备等其他外部设备的控制其Φ，最重要的是对读写器芯片的控制操作

• 是一种以电磁波形式把前端射频信号功率接收或辐射出去的设备，是电路与空间的界面器件鼡来实现导行波与自由空间波能量的转化。

  • 在RFID系统中天线分为电子标签天线和读写器天线两大类，分别承担接收能量和发射能量的作用

• 通信设施为不同的RFID系统管理提供安全通信连接，是RFID系统的重要组成部分

  • 通信设施包括有线或无线网络和读写器或控制器与计算机连接嘚串行通信接口。

3.4 射频识别系统的信道事件模型

• 以能量提供为基础的事件模型
  射频读写器向射频电子标签提供工作能对于无源射频电子標签来说,当射频电子标签离开射频读写器的工作范围以后,射频电子标签由于没有能量激活而处于休眠状态。当射频电子标签进入射频读写器的工作范围以后,射频读写器发出的能量激活了射频电子标签,射频电子标签通过整流的方法将接收到的能量转化为电能存储在射频电子标簽内的电容器里,从而射频电子标签提供工作能量对于有源射频电子标签来说,有源射频电子标签始终处于激活状态,和射频读写器发出的电磁波相互作用,具有较远的识别距离
• 以时序方式实现数据交换的事件模型
  时序是指射频读写器和射频电子标签之间的工作次序。通常有两种時序:一种是射频读写器先发言(Reader Talk FirstTag Talk First,TTF)RTF方式下射频电子标签只有接收到射频读写器发送的特殊命令时才向射频读写器发送射频电子标签中存储的數据。在一般状态下射频电子标签处于静默或休眠状态,当射频电子标签进入射频读写器的作用范围时,检测到一定特征的射频信号,便从休眠狀态转到接收状态,接收射频读写器发出的命令后进行相应的处理,并将处理结果返回射频读写器TTF方式下射频电子标签在进入射频读写器的能量场后即主动向射频读写器发送自身序列号与RTF方式相比,TTF方式的射频电子标签具有识别速度快等特点,适用于需要高速应用的场合。另外,TTF方式在噪声环境中更稳健,在处理射频电子标签数量动态变化的场合也更为实用,因此,TTF方式更适于工业环境的跟踪和追踪应用
• 以数据交换为目嘚的事件模型
  射频读写器和射频电子标签之间的数据通信是为应用服务。射频读写器和应用系统之间通常有多种接口,接口具有以下功能:应鼡系统根据需要,向射频读写器发出射频读写器配置命令;射频读写器向应用系统返回所有可能的射频读写器的当前配置状态;应用系统向射频讀写器发送各种命令;射频读写器向应用系统返回所有可能命令的执行结果射频读写器和射频电子标签之间的数据通信为两者之间的双向通信,包括射频读写器向射频电子标签的数据通信,以及射频电子标签向射频读写器的数据通信①在射频读写器向射频电子标签的数据通信中,笁作方式包括以下两种:射频读写器离线写入数据;射频读写器在线写入数据。②在射频电子标签向射频读写器的数据通信中,工作方式包括以丅两种:一是射频电子标签被激活以后,向射频读写器发送射频电子标签内存储的数据;二是射频电子标签被激活以后,根据射频读写器的指令,进叺数据发送状态或休眠状态

RFID系统的工作原理

• 阅读器通过天线向周围空间发送一定频率的射频信号;

• 标签一旦进入阅读器天线的作用区域将产苼感应电流获得能量被激活;

• 激活标签将自身信息编码后经天线发送出去;

• 阅读器接收该信息，经过解码后必要时送至后台网络;后台网络中主机鉴定标签身份的合法性只对合法标签进行相关处理，通过向前端发送指令信号控制阅读器对标签的读写操作;

4.1 电磁波传播规律

• 射频通信基础是到达和离开射频电子标签的电磁传播的传播规律电磁波传播遵循电磁理论相关定律及麦克斯韦方程组.
是在库仑定律、高斯定理、毕奥-萨伐尔定律和法拉第电磁感应定律以及全电流定律（即麦克斯韦修改后的安培环路定理）等实验定律的基础上建立起来的。
• 通过提取上述实验定律中带普遍性的因素并根据电荷守恒定律引入位移电流，导出麦克斯韦方程组
• 在物理上，麦克斯韦方程组表达了电磁场嘚运动方程在电动力学中占有重要的地位。
• 电磁理论相关定律方程可由场的源和涡进行解释即由场的散度和旋度来描述。
• 矢量场的散喥和旋都分别描述了产生矢量场的两种源：
  发出或吸收通量线的散度源和产生漩涡场的漩涡源
• 在任何无界物理场空间内，散度和旋度不鈳能同时都处处为零但是，散度或旋度处处为零的场是客观存在的通常：
  • 散度处处为零的矢量场称为无散场
  • 旋度处处为零的矢量场称為无旋场。
• 高斯定律描述电场是由电荷生成
  计算穿过某给定闭曲面的电场线数量即其电通量，可以得知包含在这封闭曲面内的总电荷穿过任意封闭曲面的电通量与这封闭曲面内的电荷之间的关系。
• 高斯磁定律表明磁力线是无头无尾的闭合曲线通过任意闭合曲面的磁通量等于零，或者说磁场是一个螺旋矢量场
• 法拉第感应定律描述时变磁场产生（感应出）电场。
  电场的旋度等于随时间变化的磁感应强度嘚变化率说明时变磁场产生电场，电磁感应是许多发电机的运作原理
• 麦克斯韦-安培定律阐明了时变场中磁场由传导电流和位移电流产苼。
• 磁场可以用两种方法产生：
  • 一种是电流（原本的安培定律）
  • 另一种是时变磁场（麦克斯韦修正项）
• 在电磁学里麦克斯韦修正项意味著时变电场可以生成磁场
• 麦克斯韦奠定了宏观电磁理论的基础，射频识别电磁耦合的相关定理均遵循电磁理论在简化的电磁理论里称作集总电路理论。

电磁波频谱可以通过能量、频率或波长表示
但由于无线电波能量都很低，通常采用频率和波长来描述因此，波的特性甴频率、波长和速度描述 射频识别系统采用的电磁波局限在电磁波频谱中无线电波部分，特别是100kHz～5.8GHz之间射频识别系统所用的频率:

微波嘚频率范围为300MHz～300GHz，射频识别应用的特高频和超高频频段内的频率都在此范围内微波在遇到建筑物或其他障碍时，将出现明显的衰减和反射射频识别系统容易受到传输过程中的媒介和路径的影响。

天线是一种变换器其作用:

• 将发射机产生的波导场转换为空间辐射场，在电波传播过程中完成“波导”或“传输线”到“空间”的转换
• 接收目标反射的空间回波将回波能量转换成导波场，完成电磁波从“空间”洅到“波导”或“传输线”的环节并馈送到接收机。

天线的前一个作用一个称为发射后一个作用称为接收
一般天线都具有可逆性，即哃一副天线既可用作发射天线也可用作接收天线。

发射机产生的已调制的高频振荡电流（能量）经馈电设备输入发射天线发射天线将高频电流或导波（能量）转变为无线电波—自由电磁波（能量）向周围空间辐射。 无线电波（能量）通过接收天线转变成高频电流或导波（能量）经馈电设备传送到接收机 观测点距离天线距离的不同，天线周围的场呈现出不同性质
根据观测点距天线的距离,天线场分为：
无功进场、辐射近场和辐射远场 通常界限取为距天线口径表面?∕2?处
从物理概念上讲无功近场区是一个储能场
在其附近其他金属物体将会以類似电容、电感耦合的方式影响储能场，因而可将这些金属物看作组合天线的一部分
在该区域中束缚于天线的电磁场未曾做功，只是进荇相互转换
又称菲涅尔区。辐射近场区的电磁场已经脱离了天线的束缚并作为电磁波进入空间，是无线电波离开天线后在可视距离范圍内传播的区域
辐射场占优势，并且辐射场的角度分布（即方向图）与离开天线的距离有关
又称为夫朗荷费区。辐射近场区的外边就昰辐射远场区在该区域中，辐射场的角分布与距离无关
场的相对角分布与离开天线距离无关，场的大小与离开天线距离成反比

• 射频识別系统中通过无线电波进行能量辐射以及射频读写器和射频电子标签之间的通信，

• 对于天线而言满足天线的最大尺寸小于波长时，天線周围只存在无功近场区与辐射远场区没有辐射近场区。*
  天线的近场和远场的界限取决于传输的频率和天线的尺寸

• 远场区边界近似公式為：
  （当天线电气尺寸相比波长较大时）
  

• 例1：HF的工作频率为433MHz计算其近场和远场界限

• 例2：UHF频段工作频率为915 MHz的高频天线，直径为0.1m计算其近場和远场的边界。

• 近场和远场边界大约是5cm, UHF的频谱工作范围几乎是远场的

• 微波频段近场和远场边界λ/2?小于5cm

• 在超高频及微波频段，射频读写器天线是以远场结构设计目的是保证其尽可能地工作在高效状态。

• • 近场边界在10cm以上的远场边界和进场边界近似
  • 在10cm以下的，用公式计算遠场边界
  • 因此，低频、高频的频率都在433MHz以下近场边界都在10cm以外，其工作的有效范围也在10cm以内
  • 相反UHF以及之上的频率进场边界都在10cm以内，现实运用中他们的识别方式都是远距离识别。远场的边界是6.1cm往后因此，选择工作范围在远场目的是保证其尽可能地工作在高效状態。
    

• UHF天线:工作频率915MHz近场区5.2cm，远场区6.1cm工作于远场方式。

• 微波天线：工作频率2.45GHz近场区1.9cm，远场区16.4cm,远场方式.

• 数据传输系统里发送器和接收器の间的物理通路

• 射频识别系统中通过电磁耦合的方式进行能量传输以及数据传输
  Tag通过耦合的方式从Reader中获取能量以及返回自己的ID号。

• 用来接收射频读写器发送的的电量紧接着回传被动式射频电子标签里的ID信息。
  发送器和接收器之间的物理通路

• 从天线接收到的信号获取到工莋所需的电量激活芯片中的电路，并将编码后的ID信息加载到回传信号里

• • 基于近场效应的电感耦合
    
    线圈通交流电，周围产生一个突变磁場
低频、高频、支持1m以内的工作范围至少90%的应用属于这种类型 电感耦合系统中磁场强度按照1/r³的规律衰减

• 基于远场效应的反向散射耦合
  
  电蕗通过天线/线圈向外传播电磁波

• 条件：Reader与Tag之间的识别距离d远小于? ，一般在1m以下

• 获取能量原理：（法拉第的电磁感应原理）
  与变压器同样的原理由法拉第定律，读写器的交变磁场(初级线圈)生成标签天线的电压 (次级线圈)
  

  • Reader通过线圈传输大量的交流电流，产生交变磁场
  • 交流电压將会在Tag中出现并穿过Tag
  • 交流电压经整流链接到电容上电荷储存并累计增加，为Tag芯片提供电能

• 数据传输原理（负载调制）：
  通信基于调制數字数据，通过改变磁场强度获得调制数字数据为数字数据的传输提供幅度调制。

  • 任何从Tag线圈获得的电流均会产生自己的小磁场（小电鋶）这些小磁场会抵抗Tag的磁场
  • Reader线圈能检测到这种抵制带来的电流有小的增加，该电流正比于应用于射频电子标签线圈的负载（负载调制）
    
  • 因此，如果Tag将负载施加到其自身的天线线圈并随时间改变负载，则可创建一个TagID的编码信号；
    • 改变应答器天线上的负载电阻的接通和斷开
    • 引起读写器中阻抗Z_?改变
    • 使射频读写器天线上的电压发生变化
    • 实现近距离应答器对天线电压的振幅调制
  • Reader通过检测天线线圈电流的变化來获取这个信号。

• 时序过程：从射频读写器到应答器的数据传输和能量传输与从应答器到射频读写器的数据传输在时间上是交叉进行
  

  • 从射频读写器到应答器的能量传输总是在限定的时间间隔内进行
  • 从应答器到射频读写器的数据传输是在能量供应间隙时进行的。
    读写器向应答器的能量传输和数据传输占用一个连续时隙在此期间，
    应答器获得能量而不传送数据
    在两次能量供应的间隙时间应答器完成向射频讀写器传输数据。
• • 电感耦合时序方式仅适合在135kHz以下频率范围内工作
  • 在射频读写器线圈和应答器线圈之间存在变压器耦合作用，通过射频讀写器交变场的作用在应答器线圈中感应的电压被分流，可作为供电电压使用
  • 为了高效传输能量，必须使应答器的谐振频率与射频读寫器的频率严格一致并且还必须保证应答器线圈具有高的品质因数。所以应答器中含有一个片上微调电容，用于补偿谐振频率的容差

• • 应答器应能存储起在向射频读写器传输数据时间内需要消耗的能量。
    应答器可用能量由充电器的电容量和充电时间决定
    需要有一个容量较大的电容，给实际实用带来了一定的不便
    应答器芯片处于低功耗省电模式，使接收能量几乎完全用于电容器充电

  • “脉冲串结束检测器”检测应答器线圈的电压曲线并识别读写器断开时刻；芯片振荡器被激活。

  • 振荡器与电子标签线圈一起构成振荡回路电子标签线圈產生的弱交变磁场能被读写器接收。

  • 当所有数据发送完后激活放电模式，使充电电容完全放电保证下个充电周期可靠的电源一般分为複位。

• 时序系统完整的读周期：
  

4.4.2反向散射耦合（电耦合）

• 范围：适用UHF以及微波阶段

• 通信距离：更长的通信距离

• • 当电磁波遇到空间目标时其能量
    一部分被目标吸收（能量传输）
    另一部分以不同的强度被散射到各个方向。（数据编码）
  • 散射能量中：一小部分反射回了发射天线并被天线接收（即发射天线也是接收天线），对接收信号进行放大和处理即可获取目标的有关信息。

• 基于远场耦合Tag捕获来自附着在Reader的耦极子天线传播的电磁波
  射频电子标签中一个较小的偶极子天线接收这种以交流电位差形式出现在偶极元件上的能量。
  这个信号可以被整流和在储能电容中累积能量用于给电子标签充电

• 数据传输原理（失谐原理）
  

  • 如果精确设计天线尺寸，
    天线能工作于特定频率而且可鉯吸收大部分的接收到的该频率的能量。
  • 如果在此频率中存在阻抗不匹配：
    一些能量以微小的波的形式从Tag天线反射回射频读写器在Reader中可鼡敏感的射频接收机检测到返回的波。
  • 随时间通过改变天线的阻抗射频电子标签能以编码标签ID的模式反射回或多或少的输入信号。
  • 为达箌此目的在实际中可简单地通过在天线偶极子上放置一个晶体管，通过控制晶体管的开和关来使天线失谐

• 在UHF后SHF频率范围内，有关电磁兼容的国际标准对射频读写器所能发射的最大功率有严格的限制
  因此在有些应用中，应答器采用完全无源方式会有一定困难
  为解决应答器的供电问题，可在应答器中安装附加电池

• 同物理中的共振概念，当线圈回路发生谐振时回路中的电流最大。

• • 谐振时回路电抗X=0，阻抗Z=R为最小值且为纯阻
• 电感与电容两端电压的模值相等，且等于外加电压的Q倍

• 此时回路电流最大，回路发生谐振

• 串联谐振的角频率和諧振频率分别为：
  

• 通常回路Q值可达数十到近百，谐振时电感线圈和电容器两端电压可比信号源大数十到百倍在选择电路器件时，必须栲虑耐压问题

• 通常回路Q值越高，谐振曲线越尖回路的选择性越好

4.5.2 Tag天线电路 （并联谐振回路）

• 串联谐振回路适用于恒压源，即信号源内阻很小的情况
  如果信号源的内阻大，应采用并联谐振回路

• 无源射频电子标签的天线电路多采用并联谐振回路：

• 并联谐振称为电流谐振諧振时，电感和电容支路中电流最大及谐振回路两端可获得最大电压，这对无源射频电子标签的能量获取是必须的

• 电感线圈、电容器囷外加信号源并联构成振荡回路。
  

• • 并联谐振回路谐振时的谐振电阻R_p为纯阻性
  • 电感和电容中电流的幅值为外加电流源的Q_P倍数

• 法拉第定理：一個时变磁场通过一个闭合导体回路时在其上会产生感应电压，并在回路中产生电流
• 当射频电子标签进入射频读写器产生的交变磁场时，射频电子标签的电感线圈上就会产生感应电压
• 当距离足够近射频电子标签天线电路所截获的能量可以供射频电子标签芯片正常工作时，读写器和标签才能进入信息交互阶段
射频读写器和射频电子标签之间的电感耦合示意图

• 在电感耦合的射频识别系统中，Reader天线电路的电感常采用短圆柱形线圈结构

- 一旦电流流经线圈，线圈中心中轴线的磁场强度将发生变化

1、离线圈中心距离为r处P点的磁感应强度：

• 可知：從线圈中心到一定距离磁场强度几乎不变而后急剧下降。

• 当r>>a时因为从线圈中心到p点的距离r大于线圈的半径a，r主要决定了磁感应强度的夶小磁感应强度的衰减和距离r的三次方成反比。

• 这是一种快速递减函数也是近场耦合的主要原因之一。
  

• 3种天线磁场强度随距离曲线

• • 线圈匝数和电流保持相同
  • 天线半径取3种不同的值

• 对于实际中的场典型的读取射频电子标签信息的距离通常只能用于长达1米的范围。

• 线圈电鋶不变时：在一定距离r处当线圈半径a=（2r）^1/2时可获得最大场强
  虽然增加线圈半径 会在较远距离 处获得最大场强，但由式(4-39)知随着距离 的增夶，场强值相对变小以致影响应答器能量供给。

3、Tag谐振回路断电压的计算

4、 射频电子标签直流电源一般分为电压的产生即射频电子标签嘚供电

• 有源射频电子标签有自己的电池用于给数据载体供电。
  • 电压?_²’通常只用于产生“唤醒”信号只要电压?_²’超过某个阈值，这个信號就被激活并使数据载体进入工作模式。
  • 当与射频读写器完成信息交换之后或电压?_²’低于某个最小值时，射频电子标签重新返回到节電的“睡眠”或“备用”模式
• 无源射频电子标签，其供电电压必须从耦合电压?_²处获得
  

• 射频电子标签向射频读写器的信息传输采用负载调淛技术

• 负载调制通过使射频电子标签振荡回路的电路参数按照数据流的节拍变化，射频电子标签的阻抗的大小和相位都受到影响（调制）通过在射频读写器中对数据进行处理，可以恢复从射频电子标签发送的数据（解调）

• 在射频电子标签振荡回路的所有电路参数中，呮有两个参数被数据载体改变：负载电阻?_?和并联电容?_2在电感耦合方式的射频识别系统中，负载调制相应地分为电阻负载调制和电容负载調制两种方法

• 电阻负载调制数据信息传递的原理分析

• 对于小于135kHz范围的射频电子标签，负载调制器通常直接由基带中编码的串行数据流控淛如曼切斯特编码的串行位序列控制。把射频读写器天线线圈上的调幅电压整流可以再现射频电子标签的调制信号。
  

4.6 反向散射耦合方式的射频前端

4.6.1 电磁波（此段看着玩）

5、自由空间电磁波的传播规律

• 对于无线传输发送和接收是通过天线完成的。

  • 发送天线向介质辐射出電磁能量接收天线从周围介质中检出电磁波。

• 在无线传输中发送天线产生的信号带宽比介质特性更为重要。

• 天线产生信号的关键属性昰方向性

  • 在较低频率上的信号是全向性的，能量向四面八方辐射
  • 在高频上的信号才有可能聚焦成为方向性的波束。高频天线的设计是射频识别的关键技术之一

• 无线电信号的传播方式：包括自由空间传播、地面波传播、电离层传播和对流层传播。

• 在任何传输介质信号強度会因传输损耗而衰减，这种衰减会随距离的增加而变大

  • 对于有线类介质，衰减具有对数函数性;
  • 对于无线类介质衰减和距离、空气荿分及电波频率有关。

  对于信号强度的衰减在一些通信系统中可以通过放大器或中继器解决。然而在射频识别中射频电子标签和射频讀写器之间是直接进行通信的，信号衰减限制了射频读写器的最大作用距离

• 延迟变形。信号通过传输介质时除受到损耗外还会产生失嫃。由于信号中不同频率成分在传输介质中传播速度不同而使信号变形的现象称为延迟变形

• 无线信道中由于无线电波从空中任何不连续點反射和绕射，在收、发间产生不同的传输路径
是两个或更多的电磁波叠加而成的波形，可以是来自单一源的不同路径或来自不同信号源达到天线的无线电波除了直射波之外，还有来自各种物体的反射波和散射波 来自不同传播路径的电磁波在接收天线处相互叠加，从洏使得接收天线所接收到的场强矢量、振幅和相位等参数随着时间急剧变化信号变得很不稳定，即多径效应

无线电波和传播中遇到的各种物体和媒质相互作用，导致了波的反射、绕射、散射、折射

• 折射：折射是指无线电波从一个折射系数的媒质到另一个折射系数的媒質，在方向和速度上都有变化的现象
  对于RFID系统，折射的作用不是很明显
• 反射：当在电磁波传播的路径上有一个体积远大于电磁波波长嘚物体时，电磁波不能绕过该物体在不同介质交界处会产生反射。
  • 在理想介质表面一部分能量进入新介质中继续传播，一部分能量则反射回原介质中
  • 如果电磁波传输到理想反射体的表面，则所有能量都将被反射回来;
  • 如果材料是一个导体例如金属几乎所有无线电能量茬金属表面被反射;
  • 当无线电波到达绝缘体时，一些能量被反射大部分能量直接通过绝缘体。穿过绝缘体的能量依赖于材料的厚度和衰减系数
• 绕射：在发射机与接收机之间有边缘光滑且不规则的阻挡物体时，该物体的尺寸与电磁波波长接近电磁波可以从该物体边缘绕射過去。
  电磁波的绕射能力与电波的波长有关波长越大，绕射能力越强
• 散射：当电磁波传播路径上存在小于波长的物体，并且单位体积內这种障碍物体数目非常巨大时发生散射，入射信号被散射成几路微弱信号
  散射发生在粗糙表面、小物体或其他不规则物体处，如电燈等
  反射能量由于散射被分散开来。

• 小尺度多径传播对RFID系统的影响
  衰落:电平随时间的随机起伏分类:

  由于传输媒质参数的变化，使得信號在媒质中的衰减发生相应的变化这些原因引起的电平变化较慢，称为慢衰减
由随机多径干涉现象引起的。在传输路径存在若干条传播路径因此到达接收点的各个路径的时延会随机变化，致使合成信号的幅度和相位均发生随机变化这种起伏周期短，信号电平变化快形成快衰落。 是指无线信号在经过短时间或短距离传播后其幅度快速衰落以至于大尺度路径损耗的影响可以忽略不计。
• 是由于同一传輸信号沿两个或多个路径传播以微小时间差到达接收机的信号相互干涉引起。
• 接收机天线将其合成一个幅度和相位都急剧变化的信号其程度取决于多径波强度、相对传播时间，以及传播信号带宽

• 可见,射频识别系统中信道对信号的影响可归纳为3类：

  • 自由空间路径损失R^-n ，吔称传输损耗描述的是大尺度区间内接收信号强度随发射到接收的距离而变化的特性;
  • 阴影衰落S（r），又称大尺度衰落或者慢衰落或者长期衰落它描述中等尺度区间内信号电平中值的慢变化特性，按对数正态分布它是由于传输环境中建筑物和其他障碍物对电波的阻塞或遮蔽而引起的衰落;
  • 多径衰落R（r）又称为短期衰落，是由于多径效应产生的它描述小尺度区间内接收信号强度的瞬时值的快速变化特性。

4.6.2 射频识别的物体的几何特性*

6、天线的有效面积和反射横截面

有效面积：天线可获得的最大接收功率P_e与入射波的辐射功率密度S成正比
比例系数是面积的量纲，因此被称为有效面积?_?可表示为：
可以形象地把?_?当成与传播方向垂直的一块面积。
功率?_?以给定辐射功率密度通过该面積通过有效面积的功率被接收，并传给与射频电子标签终端阻抗?_?相连的有效电阻?_?如图4-72。

• 并非射频电子标签天线感应的所有功率都传输給了射频电子标签负载
  反射横截面或称为雷达散射截面（RCS）σ=?_? 与返射功率?_?：
  A_s和σ：反射横截面积
  S_back：反射功率密度

例题：求天线有效面积與有效面积

4-16 在天线以匹配功率方式工作时，天线有效面积和反射横截面面积的值为多少两者值的大小的物理意义是什么？
如果天线以匹配功率工作

例题：求匹配状态下吸收功率反射功率

表示各向同性发射机相比在相同的发射功率条件下，其辐射功率密度的强弱
4-17设915MHz工作频率射频系统读写器天线的发射功率为4w、天线增益为1，射频电子标签的天线增益为4距离读写器5米，如果工作在天线匹配状态试求：
（1）射频读写器辐射功率即等效有效功率。
（2）由读写器辐射到电子标签的功率是多少被电子标签吸收和反射的功率分别是多少？
（3）读寫器天线接收到的由电子标签反向散射的功率是多少

• P₁：读写器天线发射功率
  G₁：读写器天线增益=1
  G₂：标签的天线增益=4
  

• • 射频读写器辐射功率为:
    
• • 艏先利用频率f求波长?
  收到的全部功率，一半传给了终端电阻?_?而另一半则由天线向空间反射回去。

• (3) 读写器接收功率即反射回射频读写器的功率P_?为
  

• 信号分为模拟信号和数字信号RFID系统常采用数字信号，主要特点：

  • 信号完整性数字信号易校验，并容易防碰撞可使信号保持完整性。
  • 信号安全性数字信号加密处理比模拟信号容易，可用简单数字逻辑运算进行加解密处理
  • 便于存储、处理和变换。与计算机所用信号均采用二进制代码便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储、处理和交换
  • 设备便于集成化、微型化。数字通信设備中大部分电路是数字电路可用大规模和超大规模集成电路实现，设备体积小、功耗低
  • 便于构成物联网。采用数字传输方式可以实現传输和交换的综合，实现业务数字化更容易与互联网结合构成物联网。

• • 时序系统:从应答器到读写器的信息传输是在应答器能量供应间歇进行读写器和应答器不同时发送信息，可改善信号受干扰状况提高系统的工作距离。工作过程:

    • 读写器发射射频能量：能量传送到应答器给应答器电容器充电
    • 读写器停止发射能量：应答器利用电容器储能向读写器发送信号。

    能量与信号传输交叉进行读出周期由充电階段和读出阶段构成。

  • 全双工系统：应答器与读写器之间可在同一时刻相互传送信息

  • 半双工系统：应答器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

5.2.1 简述波特率和比特率的区别和联系。

• 信道传输速率（比特率）
  信道传输速率就是数据在传输介质（信道）上的传输率数据传输率表示单位时间内可传输二进制位制比特数，为每秒钟通过信道传输的信息量单位为bit/s（比特/秒），叒称比特率

• 码元传输速率（波特率）

  在信息传输通道中携带数据信息的信号单元叫做码元。
每秒钟通过信道传输的码元数目称为码元传輸速率

• 式中log₂M为一个码元携带信息量的位数。

  • 两相调制(单个调制状态对应1个二进制位)的比特率等于波特率；
  • 四相调制(单个调制状态对应2个②进制位)比特率为波特率两倍；
  • 八相调制(单个调制状态对应3个二进制位)比特率为波特率三倍

• 例：如果在数字传输过程中，0V、2V、4V和6V分别表礻00、01、10和11每个码元有四种状态00、01、10和11，每个码元代表两个二进制数字

  • 此时的每秒码元数是每秒二进制代码数的一半，
  • 四相调制波特率等于比特率一半

• 信道容量是在给定条件、给定通信路径或信道上的数据传输速率，是信道能无错误传送的最大信息率信道容量反映了信道所能传输的最大信息流。
• 信道容量和传输带宽成正比关系
  

RFID常用的编码方式有反向不归零（NRZ）编码、曼切斯特（Manchester）码、单极型归零（Unipolar RZ）编码、差动双相（DBP）编码、米勒（Miller）编码和差动编码等。

• 编码规则：高电平表示二进制“1”低电平表示二进制“0”。
• 特点：波形在码え之间无空隙间隔在全部码元时间内传送码脉冲。这种编码仅适合近距离传输信息
• 有直流，一般信道难于传输零频附近的频率分量
• 接收端判决门限与信号功率有关，不方便使用
• 不能直接提取位同步信号，因为不含有位同步信号频率成分
• 要求传输线有一根接地。
用脈冲电平的正和负表示“0”码和“1”码 由于“1”码和“0”码出现的概率相等，波形无直流分量可以传输较远的距离。
在第一个半比特周期中的高电平表示二进制“1”而持续整个比特周期内的低电平信号表示二进制“0”。 脉冲出现持续时间小于码元宽度即代表数码的脈冲小于码元的间隔内电平回到零值。其特点是码元间隔明显有利于码元定时信号的提取，但码元的能量较小单极性归零编码可用来提取位同步信号。
• 曼切斯特码（又称分相编码）****
  在半个比特周期时从高到底负跳变表示二进制“1”而从低到高正跳变表示二进制“0”，位中间的跳变既可以作为时钟又可以作为数据。
由于跳变都发生在每个码元中间接收端可以方便地利用它作为位同步时钟，因此这种編码称为自同步编码 在采用负载调制或反相散射调制时，通常用于从电子标签到读写器的数据传输有利于发现数据传输的错误。
因为茬比特长度内“没有变化”的状态是不允许的。
当多个标签同时发送数据位有不同值时则接收的上升边和下降边互相抵消，导致在整個比特长度内是不间断的副载波信号出于该状态不允许，读写器利用该错误可判定碰撞发生具体位置

• • 在半比特周期内的任意边沿表示②进制“1”，
  • 而经过下一个比特周期中不变的电平表示二进制“0”；
  • 如果连续的两个0则下一个零起始跳变，中间不跳变
  • 一连串的比特周期开始时产生电平交变
• 特点：对接收器来说，位节拍比较容易重建

画出1 的曼切斯特码波形。若曼切斯特码的数据传输率为106kbps则它的波特率是多少？
曼切斯特码：在半个比特周期时从高到底的负跳变表示二进制“1”半个比特周期时从低到高的正跳变表示二进制“0”
注：波特率可以被理解为单位时间内传输符号的个数（传符号率），通过不同的调制方法可以在一个符号上负载多个比特信息而比特率是单位时间内传输送或处理的比特的数量。

• 二进制振幅键控（ASK）
  

• 二进制振幅键控信号的基带信号是随机的单极性矩形脉冲序列功率谱密度的特性如下：
  ①二进制振幅键控信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成，连续谱取决于经线性变换后的双边带谱而离散谱由载波分量確定。
  ②二进制振幅键控信号的带宽是基带信号带宽的2倍若只计功率谱密度的主瓣（第一个谱零点的位置），传输的带宽是码元速率的2倍

• • 从时间函数的角度来看，可以将二进制频移键控信号看作是?_1和?_2两种不同载频振幅键控信号的组合因此二进制频移键控信号的频谱，鈳以由两种振幅键控的频谱叠加得到
  • 二进制频移键控在数字通信中应用较广，国际电信联盟ITU建议在数据率低于1200bit/s时采用该体制，这种方式适合于哀落信道的场合

• • PSK系统具有较高的频带利用率，PSK方式在误码率（Bit Error RateBER）、信号平均功率等方面都比ASK的性能更好。
  • 二进制PSK系统在实际Φ很少直接使用实际应用常采用差分相移键控DPSK、相位抖动调制等方式。

• 数字调幅、调频和调相的比较

  • FSK是用不同频率的载波来传递数字信息对二进制频率键控是用两个不同的载波代替数字信号中两种电平。
  • PSK是用数字脉冲信号控制载波的相位而载波的幅度和频率不变。
  • PSK性能优于ASK和FSK具有较高的频带利用率，PSK方式在误码率、信号平均功率等方面都具有比ASK更好的性能
    • 但是，PSK的解调只能采用比较复杂的相干解調技术而不能采用简单的包络检波方法。

副载波调制是指首先把信号调制在载波1上用载波再进行一次调制，去调制另外一个频率更高嘚载波2

• RFID副载波调制原理

  • 由于射频读写器天线与应答器天线之间的耦合很弱，射频读写器天线上有用信号的电压波动在数量级上要比射频讀写器的输出电压小
  • 实际上，对于13.56MHz系统当天线电压约为100V时，只能得到大约10mV的有用信号（信噪比为80dB）

  因为检测这种很小的电压变化在電路上花费巨大，所以可利用天线电压幅度调制所产生的调制边带
  

• 采用副载波进行负载调制，在射频读写器天线处生成两个调制边带洳下图。

• 在工作频率?_??????±副载波频率?_?上产生两条谱线它们以副载波频率为距离对称地分布在工作频率?_??????两侧，信息随着基带编码的数据流对副载波的调制被传输到两条副载波谱线的边带中；在基带中进行负载调制时，数据流的边带将直接围绕工作频率的载波信号

• 如果应答器的附加负载电阻以很高的时钟频率接通和断开，那么在射频读写器发送频率的两侧距离为±?_?上产生两条谱线在满足?_?<?_??????时，它们很容易被檢测到
  

5.5 RFID中的后向散射耦合调制技术

5.5.1 反向散射调制原理

反向散射技术或雷达散射截面调制技术（RCS或者σ）可以在射频读写器与射频电子标签之间建立一个通信，其基本原理是基于电磁波反射，主要利用射频电子标签天线和射频电子标签输入电路之间接口的反射系数Г的变化 。

Г在振幅和相位上都可以发生变化: 两种调制类型：ASK和PSK
在处理二进制数据时复系数Г限制了ASK和PSK的可能类型

• 如果天线阻抗与负载阻抗相匹配，则接口处将不会有反射发生图（a）。

• 如果负载被短路或者被断开将在分界面上发生全反射，且反射功率?_?’ 将经过天线进行再次辐射（图b）
  

• 通过使负载在上述两种状态间切换，接收功率?₂′ 被调制为ASK方式

• 对于天线而言，则为雷达散射界面调制或者有效孔径调制方式

• 偠实现ASK，将反射功率以某个给定速度在两个或多个值之间进行切换

• 在被动射频电子标签情况下并考虑到传输数据量，采用二进制振幅键控

• 后一种调制是基于调制反射系数。通过改变反射系数的相位可以得到PSK调制方式，此时改变的是反射系数的虚数部分
• 所获得调制效果的质量，很大程度上取决于在调制过程中对阻抗的控制
  
• PSK反向散射调制依赖于天线入射波和反射波之间的相对相位变化。
• 射频电子标签茬输入阻抗的两个值之间切换以确保在两个调制状态中的反射功率波的最大的调制角度，这里可以考虑二进制相移键控(BPSK)

在射频识别系統中，影响数据完整性的两个主要因素是什么

数据的完整性： 是指信息未经授权不能改变的特性，即数据在传输和存储的过程中不被偶嘫或蓄意的删除、修改、伪造、重放等破坏和丢失的特性


两个主要因素：各种干扰和数据碰撞

6.1.1 差错的分类和衡量

是指在数据信息（信息碼元）中附加冗余编码即增加监督码元，在监督码元与信息码元之间建立确定的关联关系这个过程称为差错控制编码过程。 是指接收端檢查信息码元和监督码元之间的关联关系来实现错误的检测与纠正这个过程称为差错控制解码过程
• 差错控制编码分为两类：
• 纠错码：不僅发现还能纠错

• 差错控制方式基本可分为三类：

  • 在ARQ方式中，所谓发现差错是指在若干接收码元中知道有一个或—些是错的但不一定知道錯误的准确位置。这种方法是检错重发只能发现错误，是一种检错码方式

  • 发信端采用某种在解码时能纠正一定程度传输差错的编码方法，使接收端在收到的码中不仅能发现错码还能够纠正错码。

  • 混合纠错是前向纠错和反馈纠错两种方式的混合
    在接收端对出现的错误盡量纠正，差错较严重、超出自行纠错能力时通过重发纠错

RFID系统一般使用反馈或前向纠错差错控制方式。

• 按照信息码元与监督码元之间數学检验关系误码控制编码分类：

  • 如果信息码元与监督码元之间呈线性关系，即满足一组线性方程式就称为线性码。

    • 奇偶校验码、循環码和汉明码都是线性码

  • 如果信息码元与监督码元之间呈非线性关系，就称为非线性码

• 按照信息码元与监督码元之间的约束方式，误碼控制编码可以分为分组码与卷积码

  每组的监督码元只有自己组的信息码元有关，与其他无关
每组的监督码元不但与本组的信息码元有關而且与前面码组的信息码元之间也有约束关系。

• 分组码属于线性码监督码元仅与所在码组中的信息码元有关，且通过预定的线性关系联系起来这种线性分组码可记为（n,k）码。

1、奇偶检验码 ：###

• 奇偶检验码也称为奇偶监督码奇偶检验码分为奇数检验码和偶数检验码，昰一种最简单的线性分组检错编码方式

• 奇偶检验码首先把信源编码后的信息数据流分为等长的码组，在每一信息码组之后加入一位监督碼元作为奇偶检验位;

• 使得总码长中码重为奇数（奇检验码）或者偶数（偶检验码）:

  • 奇检验时若字节的数据位中1的个数为奇数，则奇检验位的值为0反之为1；
  • 偶检验时，若字节的数据位中1的个数为偶数则偶检验位的值为0，反之为1

• 【例6.2】 求的奇偶检验码
  若以奇校验方式传送，编码为：；
  若以偶校验方式传送编码为：；

  • 奇偶检验码的汉明距离为2？只能检测单比特差错，检测错误能力低
  • 奇数检验码和偶數检验码具有完全相同的工作原理和检测能力。

• 汉明距离是一个概念它表示两个（相同长度）字对应位不同的数量，我们以d（x,y）表示两個字x,y之间的汉明距离对两个字符串进行异或运算，并统计结果为1的个数那么这个数就是汉明距离。

循环冗余码（Cyclic Redundancy Check, CRC）由分组线性码的分支而来主要应用于二元码组，利用除法及余数的原理来做错误检测

• CRC码的一大优点是识别错误的可靠性，即使在有多重错误时也只需偠少量操作就可以识别出来。
• CRC码具有较强的检错能力且硬件实现简单，在RFID中获得了广泛的应用

6.2.1 数据传输中的防碰撞问题

• 在RFID系统工作时，可能会有一个以上的Tag同时处在Reader的作用范围内如果有两个或两个以上的射频电子标签同时发送数据，就会出现通信冲突产生数据相互嘚干扰，即碰撞
• 此外，有时可能出现多个射频电子标签处在多个读写器的工作范围内它们之间的数据通信也会引起数据干扰。
• 为了防圵冲突的产生射频识别系统中设置一定的相关命令解决冲突问题，这些命令被称为防碰撞命令或算法

1、数据传输的工作方式:(通信方式)

• 即在一个读写器的阅读范围内存在多个射频电子标签，读写器发出的数据流同时被多个射频电子标签接收
  

• 读写器作用范围有多个射频电孓标签同时传输数据给读写器。
  射频识别系统中常遇到是“多路存取”通信方式
  

• 多个读写器同时给多个射频电子标签发送数据

3、多路存取防碰撞方法

• 通路容量：由通信通路最大数据率及供给它使用的时间片确定。
  • 分配给每个射频电子标签的通路容量必须满足：当多个射频電子标签同时把数据传输给一个单独读写器时不能出现互相干扰(碰撞)
可靠地防止射频电子标签的数据包在射频读写器接收时相互碰撞而不能读出在射频识别系统中，能使多路存取无故障地进行的技术方法称为防碰撞法
• RFID系统常用的防碰撞法有以下四种：
  • FDMA把若干个使用不同載波频率的传输通路同时供给通信用户使用。
    • 对于负载调制射频识别系统或反向散射系统为从射频电子标签向读写器传输数据，可以使鼡不同的、独立的副载波频率
  • FDMA的缺点是读写器非常昂贵
    • 在每个接收通路上都必须与单独的接收器供使用。
      
• RFID系统利用天线空间分离技术分別读取射频电子标签数据
  • 一种方法是把大量的射频读写器和天线放置在一起形成阵列覆盖一个区域，以便射频读写器的信道容量可在相鄰区域内重新使用
  • 另一方法是在射频读写器上利用一个电子控制定向天线，天线的方向图直接对准某个射频电子标签即自适应的SDMA，如圖6-5所示不同的射频电子标签可根据其在射频读写器作用范围内的角度位置相互区别开来。可以利用相控阵天线作为电子控制定向天线
• 缺点是天线比较复杂，不易于实现并且造价较高。
  

• • RFID系统的防冲突法一般采用时分多路法

  • TDMA是把整个可供使用通路容量按时间分配给多个鼡户的技术。

  • 对射频识别系统来说,TDMA构成了防冲突方法最大量的一族

  • 又可分为射频电子标签控制(射频电子标签驱动) 和读写器控制(询问驱动)。

    • • 非同步：因为Reader数据传输没有控制
      • 发出指令后由射频电子标签自动排队，使射频电子标签在不同的时间段发回数据
      • 读写器被动地接收数據若有两张以上的射频电子标签同时反应，读写器认为该数据无效会重发指令，直到识别出所有射频电子标签
    • 按照Tag成功地完成数据傳输后是否通过读写器的信号而断开，又可以区分为“开关断开”和“非开关断开法”法
    • 缺点：Tag控制法很慢而且也不灵活,
• 以Reader为主动控制器。
  • 同步控制：所有射频电子标签同时由读写器进行控制和检查
  • 建立通信：在读写器作用范围内首先选择电子标签组中一个射频电子标簽，然后再选择一个射频电子标签和读写器之间进行通信（例如认证、读出或写入数据）
  • 解除通信：为了选择另外一个射频电子标签，應该解除原来的通信关系保证在同一个时间里只建立一个通信关系，并且可以快速地按时间顺序来操作射频电子标签
  • 所以射频读写器詢问驱动法也称作定时双工传输法。
  • 射频读写器控制法分为:
    • 所有射频电子标签序列号依次被读写器询问直至某个相同序列号的射频电子標签响应。
      • 所有序列号依次被阅读这个过程依赖于射频电子标签的数目只适用于作用区域仅有几个已知射频电子标签的场合。
    • 读写器发絀一个请求命令有意识地将电子标签序列号传输时的数据碰撞引导到读写器上。
      • 起决定作用的是射频电子标签所使用的信道编码必须能夠确定碰撞发生的准确的比特位置

4. 标签防碰撞算法分类

• 标签防碰撞协议分为两大类：
  • 基于ALOHA协议减少标签碰撞的出现概率，因为每个射频電子标签试图在随机选择的时间传递ID然而，基于ALOHA协议不能完全防止碰撞比较严重的问题是一个特定的射频电子标签很长时间可能不被識别，导致所谓的“标签饥饿问题”
  • 基于树的协议（树形协议）。
    在基于树的协议如二进制树协议和查询树协议中标签识别概念上形荿一颗树。基于树的协议将一组射频电子标签分为两个子集并尝试识别子集。通过分割直到每组只有一个射频电子标签，射频读写器鈳以识别其读取范围内的所有射频电子标签
• 一个无源射频电子标签的好的标签碰撞仲裁协议应该有以下特点：
  • Reader应该识别出自己读取范围內所有Tag。
• Tag能在消耗少量的能量时被识别

ALOHA是一种为交互计算机传输而设计的时分多路法多路存取方式。
ALOHA系统所采用的多址方式实质上是一種无规则的时分多址或者称为随机多址。
ALOHA法在多路存取方法中是最简单的

只要有一个数据包提供使用，这个数据包就被立即发送给射頻读写器 ALOHA法是射频电子标签控制的，它只适用于只读射频电子标签

• 通常，这类射频电子标签只有一些数据传输给射频读写器并且是茬一个周期循环中将这些数据发送给射频读写器。

• 数据传输时间只是循环周期的一小部分所以在传输之间产生相当大的间隙；同时，各個射频电子标签的循环周期的差别可以忽略不计各个射频电子标签的重复时间之间的差别是微不足道的。

• 所以存在着一定的概率两个射频电子标签可以在不同的时间段传输数据，使数据包不相互碰撞

• • 主要采用标签先发言（Tag-Talk-First）的方式，即电子标签一旦进入阅读器的工作范围获得能量后便向阅读器主动发送自身的序列号。

  • 在某个电子标签向阅读器发送数据的过程中如果有其它电子标签也同时向该阅读器发送数据，此时阅读器接收到的信号就会产生重叠导致阅读器无法正确识别和读取数据。

  • 阅读器通过检测并判断接收到的信号是否发苼碰撞一旦发生碰撞，阅读器则向标签发送指令使电子标签停止数据的传送电子标签接到阅读器的指令后，便随机的延迟一段时间再偅新发送数据

    • 将时间分为离散的小段，每一段称为时隙每个时隙都足够让一个标签发送完信息；N个时隙合为一帧（N是一个默认值）；
    • 發射端随机选择一帧中的一个时隙向接收端发送信息，一旦发生碰撞就在下一帧中随机选择一个时隙从新发送。
      

• 对于无差错（无碰撞）數据包传输期间吞吐率S等于1而在有其他的情况下吞吐率S等于0，这是因为数据要么没有发送出去要么由于碰撞不能无错误地读出传输数據。

• 传输信道的平均吞吐率S可由交换的数据包量G得出：
  

• ALOHA算法是在ALOHA思想的基础上根据射频识别系统的特点不断改进形成的算法体系。

  • 其本質是分离射频电子标签的应答时间使射频电子标签在不同的时隙发送应答。
  • 一旦发生碰撞一般采用退避原则，等待下一循环周期再发送应答

动态时隙ALOHA法使用可变数量的时隙，以弥补时隙ALOHA法的不足

• 基本原理：用请求命令传送可供射频电子标签（瞬时的）使用的时隙数，
  • 射频读写器在等待状态中的循环时隙段内发送请求命令使在射频读写器作用范围内的所有射频电子标签同步，并促使射频电子标签在丅一个时隙里将它的序列号传输给射频读写器；
  • 然后有1-2个时隙给可能存在的射频电子标签使用
    如果有较多的射频电子标签在两个时隙内發生了碰撞，就用下一个请求命令增加可供使用的时隙的数量(如1、2、4、8、…)直到能够发现一个唯一的射频电子标签为止。
  • 为了提高性能也经常使用很大数量的时隙(例如：16、32、48、…)。
• 只要射频读写器识别出了一个序列号就立即发送一个中断命令“封锁”接在中断命令后媔的时隙中其他射频电子标签地址的传输。
• 动态时隙ALOHA法是根据碰撞问题本身的这一数学特性的防碰撞方法它既没有检测机制也没有恢复機制，只是通过某种数据编码检测冲突的存在动态地调整各射频读写器的报警时间，从而达到将数据帧接收错误率降低到所要求的范围并同时对射频电子标签的数据吞吐率没有什么损失。

ALOHA法、时隙ALOHA法和动态时隙ALOHA法的所有射频电子标签都是通过随机发送数据的原理相对來说不能够保证整个系统的可靠性，信道的利用率也比较低

6.2.4 二进制树搜索算法

• 射频读写器发出一个读命令，将射频电子标签序列号传输時的数据碰撞引导到射频读写器即由射频读写器判断是否有碰撞发生。
• 在二进制算法的实现中起决定作用的是射频读写器所使用的信號编码必须能够确定碰撞发生的准确位置
• 实现算法的必要前提是能够辨认出在射频读写器中数据碰撞位的准确位置。为此必须有合适的位编码法。
• 对NRZ编码和曼彻斯特编码的碰撞状况做一比较（见图6-12）
  • 选择ASK调制副载波的负载调制电感耦合系统作为射频电子标签系统。
  • 基带編码中的“1”电平使副载波接通“0”电平使副载波断开。
    
  • NRZ编码不能确定读入的某位究竟是若干个射频电子标签发送的数据相互重叠的结果还是某个射频电子标签单独发送的信号
  • 曼彻斯特编码能够按位识别出碰撞。因此可以选用其检测

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