RFID-开发技术及实践-(西电版)第1章--射频识别技术课件

第1章 射频识别技术 1 1RFID开发技术及实践（西电版）第1章射频识别技术RFID 开发技术及实践（西电版）第1章 射频识别技术第1章 射频识别技术 2 21.1 射频识别技术简介射频识别技术简介射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术。在RFID系统中，识别信息存放在电子数据载体中，电子数据载体称为应答器，应答器中存放的识别信息由阅读器读写。目前，射频识别技术最广泛的应用是各类RFID标签和卡的读写及管理。本章将从射频识别技术的发展历史开始，详细讲解其技术原理、标准以及与物联网的关系等内容。1.1 射频识别技术简介射频识别(Radi第1章 射频识别技术 3 31.1.1 射频识别技术的发展历史射频识别技术的发展历史顾名思义，射频识别技术就是以射频为载体的一项识别技术。无线电的出现和发展是该技术能够实现的前提。限于技术等原因，早期的射频识别技术更多地应用在大型的、特定的行业和场合。1.1.1 射频识别技术的发展历史顾名思义，射频识别第1章 射频识别技术 4 41.IFF系统系统射频识别技术最早的应用可追溯到第二次世界大战期间。当时为了避免误伤友机，开发出了飞机的敌我目标识别(Identification Friend or Foe，IFF)系统。IFF的原理是利用射频电波携带一段加密的编码，当友机收到后，立刻利用加密机制解码并发回“我是朋友”的信息，而敌机则无法回应。目前，这种飞机身份无线识别系统依然应用在民用航空领域，也仍被称为IFF。1.IFF系统射频识别技术最早的应用可追溯到第第1章 射频识别技术 5 52.AIS系统系统船舶自动识别(Auto Identification System，AIS)系统是射频识别技术在海事领域的大规模应用。该系统经IFF发展而来，由岸基(基站)设施和船载设施共同组成。船载设备配合全球定位系统(GPS)，可将船位、船速、改变航向率及航向等船舶动态资料结合船名、呼号、吃水及危险货物等船舶静态资料由甚高频(VHF)频道向附近水域及基站广播，使邻近船舶及基站能及时掌握附近海面所有船舶的动、静态资讯。如果发现周围海域船舶出现异常或有相撞危险，可以立刻互相通话协调，采取必要避让行动，这对船舶安全和管理有很大帮助。2.AIS系统船舶自动识别(Auto Iden第1章 射频识别技术 6 63.发展趋势发展趋势近年来，随着大规模集成电路、网络通信、信息安全等技术的发展，射频识别技术逐渐小型化、集成化，不再局限于特定行业的应用，而进入商业化应用阶段。如目前被广泛使用的公交卡、门禁卡和二代身份证等就是射频识别技术在日常生活中的应用。卡和标签类的应用逐渐被民众所熟悉和接受，以至于成为RFID的代名词。在物联网兴起的背景下，射频识别技术由于具有高速移动物体识别、多目标识别和非接触识别等特点，显示出巨大的发展潜力与应用空间，被认为是21世纪最有发展前途的信息技术之一。3.发展趋势近年来，随着大规模集成电路、网络通信第1章 射频识别技术 7 71.1.2 射频识别技术的特征射频识别技术的特征射频识别技术作为一种特殊的识别技术，区别于传统的条形码、插入式IC卡和生物(如指纹)识别技术，具有下述特征：是通过电磁耦合方式实现的非接触自动识别技术。需要利用无线电频率资源，并且须遵守无线电频率使用的众多规范。存放的识别信息是数字化的，可通过编码技术方便地实现多种应用。可以方便地进行组合建网，以完成多规模的系统应用。涉及计算机、无线数字通信、集成电路及电磁场等众多学科。1.1.2 射频识别技术的特征射频识别技术作为一种特第1章 射频识别技术 8 81.2 RFID技术原理技术原理RFID技术涉及无线电的多个频段，性能特点不尽相同，所以具体的阅读器和应答器等形式也不相同。而实用的RFID系统更加复杂，涉及很多技术细节。其中，编码与调制、数据校验与防碰撞是几个关键技术。1.2 RFID技术原理RFID技术涉及无第1章 射频识别技术 9 91.2.1 RFID系统组成系统组成RFID系统由阅读器、应答器和高层等部分组成，其结构如图1-1所示。最简单的应用系统只有一个阅读器，它一次对一个应答器进行操作，如公交车上的刷卡系统；较复杂的应用需要一个阅读器可同时对多个应答器进行操作，要具有防碰撞(也称防冲突)的能力；更复杂的应用系统要解决阅读器的高层处理问题，包括多阅读器的网络连接等。1.2.1 RFID系统组成RFID系统由阅读器、应第1章 射频识别技术 1010图1-1 RFID系统组成 图1-1 RFID系统组成 第1章 射频识别技术 11111.高层高层对于由多阅读器构成的网络架构信息系统来说，高层是必不可少的。例如，采用RFID门票的世博会票务系统，需要在高层将多个阅读器获取的数据有效地整合起来，提供查询、历史档案等相关管理和服务。更进一步，通过对数据的加工、分析和挖掘，为正确决策提供依据，这就是常说的信息管理系统和决策系统。1.高层对于由多阅读器构成的网络架构信息系统来说第1章 射频识别技术 12122.阅读器阅读器阅读器在具体应用中常称为读写器(这两种称呼本书将不加区别)，是对应答器提供能量、进行读写操作的设备。虽然因频率范围、通信协议和数据传输方法的不同，各种阅读器在一些方面会有很大的差异，但通常具有一些相同的功能：以射频方式向应答器传输能量。读写应答器的相关数据。完成对读取数据的信息处理，并实现应用操作。若有需要，应能与高层处理交互信息。2.阅读器阅读器在具体应用中常称为读写器(这两种第1章 射频识别技术 1313通常，阅读器按照频率分为低频RFID阅读器、高频RFID阅读器和超高频RFID阅读器。本书配套的低频RFID阅读器如图1-2所示。本书配套的高频RFID阅读器如图1-3所示。本书配套的超高频RFID阅读器如图1-4所示。通常，阅读器按照频率分为低频RFID阅读器、高频RFID第1章 射频识别技术 1414图1-2 低频RFID阅读器 图1-2 低频RFID阅读器 第1章 射频识别技术 1515图1-3 高频RFID阅读器 图1-3 高频RFID阅读器 第1章 射频识别技术 1616图1-4 超高频RFID阅读器 图1-4 超高频RFID阅读器 第1章 射频识别技术 17173.应答器应答器从技术角度来说，RFID的核心在应答器，阅读器是根据应答器的性能而设计的。但是由于封装工艺等问题，应答器的设计和生产通常由专业的设计厂商和封装厂商来完成，普通用户没有能力也无法接触到这一领域。目前，应答器趋向微型化和高集成度，关键技术在于材料、封装和生产工艺，重点突出应用而非设计。应答器按照电源形式可以分为如下两种类型：有源应答器：使用电池或其他电源供电，不需要阅读器提供能量，通常靠阅读器唤醒，然后切换至自身提供能量。无源应答器：没有电池供电，完全靠阅读器提供能量。3.应答器从技术角度来说，RFID的核心在应答器第1章 射频识别技术 1818应答器按照工作频率范围可分为如下三种类型：低频应答器：低于135 kHz。高频应答器：13.56 MHz7 kHz。超高频应答器：工作频率为433 MHz、866960 MHz、2.45 GHz和5.8 GHz(虽然属于SHF，但由于性能的相似性，通常将其归为超高频应答器范围)。应答器在某些应用场合也叫做射频卡、标签等，但从本质而言可统称为应答器。应答器按照工作频率范围可分为如下三种类型：低频应答第1章 射频识别技术 19191)射频卡(RF Card)通常，射频卡的外形尺寸与银行卡相同，尺寸符合ID-1型卡的规范，工作频率为13.56 MHz或低于135 kHz，采用电感耦合方式实现能量和信息的传输。通常可应用于各种小额消费、身份认证和考勤登记等，卡片上也可以印刷各种不同的图案、文字或者商标、广告等。目前有些超高频标签也封装成射频卡的外形。各种射频卡的外观如图1-5所示。1)射频卡(RF Card)通常，射频卡的外形尺第1章 射频识别技术 2020图1-5 射频卡外观图1-5 射频卡外观第1章 射频识别技术 21212)标签(Tag)应答器除了卡状外形还有其他很多形状，可用于动物识别、货物识别、集装箱识别等，在这些应用领域通常将应答器制作成标签，其中微型RFID标签如图1-6所示。防水钱币型标签常用于恶劣环境下，可防水防尘，强度较高，其外观如图1-7所示。有的标签很薄，并且贴有不干胶，适用于物流行业的货物跟踪，其外观如图1-8所示。2)标签(Tag)应答器除了卡状外形还有其他很多第1章 射频识别技术 2222图1-6 微型RFID标签 图1-6 微型RFID标签 第1章 射频识别技术 2323图1-7 防水钱币型RFID标签图1-7 防水钱币型RFID标签第1章 射频识别技术 2424图1-8 不干胶RFID标签 图1-8 不干胶RFID标签 第1章 射频识别技术 25251.2.2 射频识别基本原理射频识别基本原理在RFID系统中，射频识别部分主要由阅读器和应答器两部分组成。阅读器与应答器之间的通信采用无线射频方式进行耦合。在实践中，由于对距离、速率及应用的要求不同，需要的射频性能也不尽相同，所以射频识别涉及的无线电频率范围也很广。1.基本交互原理基本交互原理射频识别过程在阅读器和应答器之间以无线射频的方式进行，其基本原理如图1-9所示。1.2.2 射频识别基本原理在RFID系统中，射频识第1章 射频识别技术 2626图1-9 RFID基本原理 图1-9 RFID基本原理 第1章 射频识别技术 2727阅读器和应答器之间的交互主要靠能量、时序和数据三个方面来完成。阅读器产生的射频载波为应答器提供工作所需要的能量。阅读器与应答器之间的信息交互通常采用询问应答的方式进行，所以必须有严格的时序关系，该时序也由阅读器提供。阅读器与应答器之间可以实现双向数据交换，阅读器给应答器的命令和数据通常采用载波间隙、脉冲位置调制、编码解调等方法实现传送；应答器存储的数据信息采用对载波的负载调制方式向阅读器传送。阅读器和应答器之间的交互主要靠能量、时序和数据三个方面来第1章 射频识别技术 28282.工作频率工作频率在无线电技术中，不同的频段有不同的特点和技术。实践中，不同频段的RFID实现技术差异很大。从此角度而言，RFID技术的空中接口几乎覆盖了无线电技术的全频段。射频识别系统具体涉及频段如下：低频(LF，频率范围为30 kHz300 kHz)：工作频段低于135 kHz，常用125 kHz。高频(HF，频率范围为3 MHz30 MHz)：工作频率为13.56 MHz7 kHz。特高频(UHF，频率范围为300 MHz3 GHz)：工作频率为433 MHz、866 MHz960 MHz和2.45 GHz。2.工作频率在无线电技术中，不同的频段有不同的特第1章 射频识别技术 2929超高频(SHF，频率范围为3 GHz30 GHz)：工作频率为5.8 GHz和24 GHz，但目前24 GHz基本没有采用。其中，后三个频段为工业科研医疗(Industrial Scientific Medical，ISM)频段，是为工业、科研和医疗应用而保留的频率范围，不同国家可能会有不同的规定。超高频(SHF，频率范围为3 GHz30 GHz)：工第1章 射频识别技术 30303.耦合方式耦合方式根据射频耦合方式的不同，RFID可以分为电感耦合(磁耦合)和反向散射耦合(电磁场耦合)两大类。1)电感耦合电感耦合也叫做磁耦合，是阅读器和应答器之间通过磁场(类似变压器)的耦合方式进行射频耦合，能量(电源)由阅读器通过载波提供。由于阅读器产生的磁场强度会受到电磁兼容性能的有关限制，因此一般工作距离都比较近。高频RFID和低频RFID主要采用电感耦合的方式，即频率为13.56 MHz和小于135 kHz，工作距离一般在1 m以内，其电路结构如图1-10所示。3.耦合方式根据射频耦合方式的不同，RFID可以第1章 射频识别技术 3131图1-10 电感耦合的电路结构 图1-10 电感耦合的电路结构 第1章 射频识别技术 3232电感耦合的RFID系统中，阅读器与应答器之间耦合的工作原理如下：阅读器通过谐振在阅读器天线上产生一个磁场，在一定距离内，部分磁力线会穿过应答器天线，产生一个磁场耦合。由于在电感耦合的RFID系统中所用的电磁波长(低频135 kHz，波长为2400 m；高频13.56 MHz，波长为22.1 m)比两个天线之间的距离大很多，所以两线圈间的电磁场可以当作简单的交变磁场。穿过应答器天线的磁场通过感应会在应答器天线上产生一个电压，经过VD的整流和对C2充电、稳压后，电量保存在C2中，同时C2上产生应答器工作所需要的电压。电感耦合的RFID系统中，阅读器与应答器之间耦合的工作原第1章 射频识别技术 3333阅读器天线和应答器天线也可以看做是一个变压器的初、次级线圈，只不过它们之间的耦合很弱。因为电感耦合系统的效率不高，所以这种方式主要适用于小电流电路。应答器的功耗大小对工作距离有很大影响。在电感耦合方式下，应答器向阅读器的数据传输采用负载调制的方法，其原理如图1-11所示。阅读器天线和应答器天线也可以看做是一个变压器的初、次级线第1章 射频识别技术 3434图1-11 负载调制 图1-11 负载调制 第1章 射频识别技术 3535图1-11所示为电阻负载调制，本质是一种振幅调制(也称为调幅AM)，以调节接入电阻R的大小来改变调制度的大小。实践中，常通过接通或断开接入电阻R来实现二进制的振幅调制。其工作步骤如下：(1)如果在应答器中以二进制数据编码信号控制开关S，则应答器线圈上的负载电阻R按二进制数据编码信号的高低电平变化来接通和断开。(2)负载的变化通过应答器天线到阅读器天线，进而产生相同规律变化的信号，即变压器次级线圈中的电流变化会影响到初级线圈中的电流变化。图1-11所示为电阻负载调制，本质是一种振幅调制(也称为第1章 射频识别技术 3636(3)在该变化反馈到阅读器天线(相当于变压器初级)后，通过解调、滤波放大电路恢复为应答器端控制开关的二进制数据编码信号。(4)经过解码后就可以获得存储在应答器中的数据信息，进而可以进行下一步处理。这样，二进制数据信息就从应答器传到了阅读器。(3)在该变化反馈到阅读器天线(相当于变压器初级)后，第1章 射频识别技术 37372)反向散射耦合反向散射耦合也称电磁场耦合，其理论和应用基础来自雷达技术。当电磁波遇到空间目标(物体)时，其能量的一部分被目标吸收，另一部分以不同的强度被散射到各个方向。在散射的能量中，一小部分反射回发射天线，并被该天线接收(发射天线也是接收天线)，然后对接收信号进行放大和处理，即可获取目标的有关信息。2)反向散射耦合反向散射耦合也称电磁场耦合，其理第1章 射频识别技术 3838一个目标反射电磁波的效率由反射横截面来衡量。反射横截面的大小与一系列参数有关，如目标大小、形状和材料、电磁波的波长和极化方向等。由于目标的反射性能通常随频率的升高而增强，所以反向散射耦合方式通常应用在超高频(包括UHF和SHF)RFID系统中，应答器和阅读器的距离大于1 m。反向散射耦合的原理图如图1-12所示。一个目标反射电磁波的效率由反射横截面来衡量。反射横截面的第1章 射频识别技术 3939图1-12 反向散射耦合原理图 图1-12 反向散射耦合原理图 第1章 射频识别技术 4040在反向散射耦合的RFID系统中，阅读器与应答器之间耦合的工作原理如下：阅读器通过阅读器天线发射载波，其中一部分被应答器天线反射回阅读器天线。应答器天线的反射性能受连接到天线的负载变化影响，因此同样可以采用电阻负载调制的方法实现反射的调制。阅读器天线收到携带有调制信号的反射波后，经收发耦合、滤波放大，再经解码电路获得应答器发回的信息。在反向散射耦合的RFID系统中，阅读器与应答器之间耦合的第1章 射频识别技术 4141采用反向散射耦合方式的应答器按照能量的供给方式分为无源和有源两种。无源应答器的能量由阅读器通过天线提供。但是在UHF和SHF频率范围，有关电磁兼容的国际标准对阅读器所能发射的最大功率有严格的限制，因此在有些应用中，应答器完全采用无源方式会有一定困难。应答器上安装附加电池成为有源应答器。当应答器进入阅读器的作用范围时，应答器由获得的射频功率激活，进入工作状态。为防止不必要的电池消耗，应答器平时处于低功耗模式。采用反向散射耦合方式的应答器按照能量的供给方式分为无源和第1章 射频识别技术 42421.2.3 RFID编码与调制编码与调制在RFID技术中，为使阅读器在读取数据时能很好地解决同步的问题，往往不直接使用数字量对射频进行调制，而是将数据编码变换后再对射频进行调制。1.RFID编码编码在RFID的应用中，未经调制的信号通常采用单极性矩形脉冲，而常用的变换编码主要有曼彻斯特码、密勒码和修正密勒码等。1.2.3 RFID编码与调制在RFID技术中，为使第1章 射频识别技术 43431)单极性矩形脉冲(NRZ码)对于传输数字信号，最普遍而且最容易的方法是用两个不同的电压电平来表示二进制数字1和0。单极性矩形脉冲就是用零电平和正(或负)电平来分别代表0和1。以二进制数据0101100100为例，单极性矩形脉冲如图1-13所示。这种波形在码元脉冲之间无空隙间隔，在全部码元时间内传送码脉冲的编码方式，称为不归零码(NRZ码)。1)单极性矩形脉冲(NRZ码)对于传输数字信号，第1章 射频识别技术 4444图1-13 单极性矩形脉冲 图1-13 单极性矩形脉冲 第1章 射频识别技术 45452)曼彻斯特码在曼彻斯特码中，一个二进制数分两个位发送，1码前半(50%)位为高，后半(50%)位为低；0码前半(50%)位为低，后半(50%)位为高。NRZ码与时钟进行异或运算便可得到曼彻斯特码。以二进制数据0101100100为例，其曼彻斯特码为01 10 01 10 10 01 01 10 01 01，该曼彻斯特码波形如图1-14所示。2)曼彻斯特码在曼彻斯特码中，一个二进制数分两个第1章 射频识别技术 4646图1-14 曼彻斯特码编码 图1-14 曼彻斯特码编码 第1章 射频识别技术 47473)密勒码密勒码的逻辑0的电平与前位有关，逻辑1虽然在位中间有跳变，但是上跳还是下跳取决于前位结束时的电平。编码规则如表1-1所示。以二进制数据0101100100为例，密勒码为01 00 01 10 00 11 10 00 11，其密勒码波形如图1-15所示。3)密勒码密勒码的逻辑0的电平与前位有关，逻辑1第1章 射频识别技术 4848表表1-1 密勒码编码规则密勒码编码规则 表1-1 密勒码编码规则 第1章 射频识别技术 4949图1-15 密勒码编码 图1-15 密勒码编码 第1章 射频识别技术 50504)修正密勒码修正密勒码是对密勒码的改进。在RFID的ISO/IEC 14443标准TYPE A中就是采用修正密勒码方式对载波进行调制的。在ISO/IEC 14443标准TYPE A中有如下三种时序：时序X：在64/fc处，产生一个Pause(凹槽)。时序Y：在整个位期间(128/fc)不发生调制。时序Z：在位期间开始产生一个Pause。在上述时序说明中，fc为载波频率，13.56 MHz；Pause的脉冲底宽为0.53.0 s，90%的幅度宽度不大于4.5 s。4)修正密勒码修正密勒码是对密勒码的改进。在RF第1章 射频识别技术 5151ISO/IEC 14443标准TYPE A中定义的修正密勒码的编码规则如下：逻辑1为时序X。逻辑0为时序Y。通信开始用时序Z表示。通信结束用逻辑0加时序Y表示。无用信息至少用两个时序Y表示。对于逻辑0，有两种情况除外：若相邻有两个或者更多0，则从第二个0开始采用时序Z。直接与起始位相连的所有0，用时序Z表示。ISO/IEC 14443标准TYPE A中定义的修正密第1章 射频识别技术 52522.RFID调制调制脉冲调制是指将数据的NRZ码变换为更高频率的脉冲串，该脉冲串的脉冲波形参数受NRZ码的值0和1调制。RFID系统中常用的调制方式有FSK、PSK和副载波调制等。1)FSK(频移键控)FSK是指对已调脉冲波形的频率进行控制，以达到传输数据的目的，最常见的是用两个频率代表二进制1和0的双频FSK系统。FSK调制方式用于频率低于135 kHz(通常为125 kHz)的情况。2.RFID调制脉冲调制是指将数据的NRZ码变第1章 射频识别技术 53532)PSK(相移键控)PSK调制方式通常有两种：PSK1和PSK2。当采用PSK1调制时，若在数据位的起始处出现上升沿或者下降沿(即出现1、0或者0、1交替)，则相位将于位起始处跳变180%；当采用PSK2调制时，在数据位为1时相位从位起始处跳变180%，在数据为0时相位不变。PSK1是一种绝对码方式，PSK2是一种相对码方式。2)PSK(相移键控)PSK调制方式通常有两种第1章 射频识别技术 54543)副载波调制在无线电技术中，副载波得到了广泛的应用，如彩色模拟电视中的色副载波。在RFID系统中，副载波的调制方法主要应用在频率为13.56 MHz的高频RFID系统中，而且仅在从应答器向阅读器的数据传输过程中采用。副载波频率是通过对载波的二进制分频产生的。对载波频率为13.56MHz的RFID系统，使用的副载波频率大多为847 kHz、424 kHz或212 kHz(对应13.56 MHz的16、32和64分频)。在13.56MHz的RFID系统中，应答器将需要传送的信息首先组成相应的帧，然后将帧的基带编码调制到副载波频率上，最后再进行载波调制，实现向阅读器的信息传输。3)副载波调制在无线电技术中，副载波得到了广泛的第1章 射频识别技术 5555与直接用数据基带信号进行负载调制相比，采用副载波调制有如下优点：应答器是无源的，其能量由阅读器的载波提供。采用副载波调制信号进行负载调制时，调制管道每次导通的时间较短，对应答器电源影响也较小。调制管道的总导通时间减少，总功耗损耗下降。有用信息的频谱分布在副载波附近而不是载波附近，便于阅读器对传送数据信息的提取，但射频耦合回路应有较宽的频带。与直接用数据基带信号进行负载调制相比，采用副载波调制有如第1章 射频识别技术 56561.2.4 数据校验与防碰撞数据校验与防碰撞在RFID系统中，数据传输的完整性存在两个方面的问题：一是外界的各种干扰可能使数据传输产生错误；二是多个应答器同时占用信道使发送数据产生碰撞。运用数据校验(差错检测)和防碰撞算法可以分别解决这两个问题。1.数据校验数据校验目前，在RFID中的差错检测主要采用奇偶校验码和CRC码。1)奇偶校验码检验码中最简单的是奇偶校验码，它是在数据后面加上一个奇偶位(Parity Bit)的编码。奇偶校验的值是这样设定的：1.2.4 数据校验与防碰撞在RFID系统中，数据传第1章 射频识别技术 5757奇校验时，若字节的数据位中1的个数为奇数，则校验位的值为0，反之为1。偶校验时，若字节的数据位中1的个数为奇数，则校验位的值为1，反之为0。即奇偶校验位值的选取原则是使码字内1的数目相应为奇数或者偶数。例如，当二进制数据1011 0101通过在末尾加奇偶校验位传送时，如果采用偶校验，则校验位为1，数据为1011 0101 1；如果采用奇校验，则数据为1011 0101 0。奇偶校验只能检测单比特的差错，如果同时有两位1变成了0，则奇偶校验会失效。但是奇偶校验在字节的校验中，仍然有一定的作用。奇校验时，若字节的数据位中1的个数为奇数，则校验位的值为第1章 射频识别技术 58582)CRC码CRC码(循环冗余码)具有较强的纠错能力，且硬件实现简单，因而被广泛应用。CRC码是基于多项式的编码技术。在多项式编码中，将信息位串看成是阶次从Xk-1到X0的信息多项式M(X)的系数序列，多项式M(X)的阶次为k-1。在计算CRC码时，发送方和接收方必须采用一个共同的生成多项式G(X)，G(X)的阶次应低于M(X)，且最高和最低阶的系数为1。在此基础上，CRC码的算法步骤如下：(1)将k位信息写成k-1阶多项式M(X)。(2)设生成的多项式G(X)的阶为r。2)CRC码CRC码(循环冗余码)具有较强的纠第1章 射频识别技术 5959(3)用模2除法计算XrM(X)G(X)，获得余数多项式R(X)。(4)用模2减法求得传送多项式T(X)，T(X)=XrM(X)-R(X)，则T(X)多项式系数序列的前k位为信息位，后r位为校验位，总位数n=k+r。例如，信息位串为1111 0111，生成多项式G(X)的系数序列为1 0011，阶r为4，进行模2除法后，得到余数多项式R(X)的系数序列为1111，所以传送多项式T(X)的系数序列为1111 0111 1111，前8位为信息位，后4位为监督校验位。计算过程如图1-16所示。(3)用模2除法计算XrM(X)G(X)，获得余数多项第1章 射频识别技术 6060图1-16 CRC码计算示例 图1-16 CRC码计算示例 第1章 射频识别技术 6161因为T(X)一定能被G(X)模2整除，所以判断接收到的T(X)能否被G(X)整除，则可以知道在传输过程中是否出现错码。CRC的优点是识别错误的可靠性较好，且只需要少量的操作就可以实现。16位的CRC码可适用于校验4KB长数据帧的数据完整性，而在RFID系统中，传输的数据帧明显比4KB短，因此，除了16位的CRC码外，还可以使用12位(甚至5位)的CRC码。因为T(X)一定能被G(X)模2整除，所以判断接收到的T第1章 射频识别技术 6262有三个生成多项式已成为国际标准，如下：CRC-12 G(X)=X12+X11+X3+X2+X+1CRC-16 G(X)=X16+X15+X2+1CRC-CCITT G(X)=X16+X12+X5+X2+1在RFID标准ISO/IEC 14443中，采用CRC-CCITT生成多项式。该标准中，TYPE A采用CRC-A，计算时循环移位寄存器的初始值为6363H；TYPE B采用CRC-B，循环移位寄存器的初始值为FFFFH。有三个生成多项式已成为国际标准，如下：CRC-12第1章 射频识别技术 63632.防碰撞防碰撞RFID系统在工作时，可能会有一个以上的应答器同时处在阅读器的作用范围内。这样，如果有两个或两个以上的应答器同时发送数据，那么就会出现通信冲突，产生数据相互的干扰，即碰撞。此外，也可能出现多个应答器处在多个阅读器的工作范围内的情况，它们之间的数据通信也会引起数据干扰，不过一般很少考虑这种情况。为了防止碰撞的产生，RFID系统需要采取相应的技术措施来解决此类问题，这些措施称为防碰撞(冲突)协议。防碰撞协议可通过防碰撞算法和相关命令来实现。不同的防碰撞算法，对碰撞检测的要求不同。判断是否产生了数据信息的碰撞可以采用下述方法：2.防碰撞RFID系统在工作时，可能会有一个以上第1章 射频识别技术 6464检测接收到的电信号参数是否发生了非正常变化。但是对于无线电射频环境来说，门限值较难设置。通过差错检测方法检查有无错码。虽然应用奇偶校验和CRC码检查到的传输错误不一定是数据碰撞引起的，但是这种情况出现通常被认为是出现了碰撞。利用某些编码的性能，检查是否出现了非正常码。如曼彻斯特码出现11码就说明产生了碰撞，并且可以知道碰撞发生在哪一位。检测接收到的电信号参数是否发生了非正常变化。但是对于无线第1章 射频识别技术 65651.3 RFID标准标准RFID标准有很多，分层次来看，主要有国际标准、国家标准和行业标准。国际标准是由国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)制定的。国家标准是各国根据自身国情制定的有关标准。我国国家标准制定的主管部门是工业和信息化部与国家标准化管理委员会，RFID的国家标准正在制定中。行业标准的典型一例是由国际物品编码协会(EAN)和美国统一代码委员会(UCC)制定的EPC标准，主要应用于物品识别。1.3 RFID标准RFID标准有很多，第1章 射频识别技术 66661.3.1 RFID标准概述标准概述ISO/IEC制定的RFID标准可以分为技术标准、数据内容标准、性能标准和应用标准四类，如表1-2所示。1.3.1 RFID标准概述ISO/IEC制定的RF第1章 射频识别技术 6767表表1-2 RFID标准标准 表1-2 RFID标准 第1章 射频识别技术 6868RFID-开发技术及实践-(西电版)第1章-射频识别技术课件第1章 射频识别技术 6969RFID的国际标准较多，其原因有如下几点：RDID的工作频率分布在从低频至微波的多个频段中，频率不同，其技术差异就很大。即使同一个频率，由于基带信号、调制方式的不同，也会形成不同的标准。作用距离的差异需要不同的工作原理、电源供给方式和载波功率，这也会形成不同的标准。RFID应用面很宽，不同的应用目的，其存储的数据代码、外形需求、频率选择等会有很大差异。标准的多元化与标准之争也是国家、组织利益之争的必然反应。RFID的国际标准较多，其原因有如下几点：RDID第1章 射频识别技术 70701.3.2 ISO/IEC 10536标准标准ISO/IEC 10536是密耦合非接触式IC卡标准，用于紧密耦合类型的RFID系统中。此标准虽然是一个国际标准，但实际上此技术并没有被应用，市场上也见不到相关产品。1.3.3 ISO/IEC 14443标准标准ISO/IEC 14443标准是近耦合非接触式IC卡(PICC)的国际标准，可用于身份证和各种智能卡、存储卡。ISO/IEC 14443标准由四部分组成，即ISO/IEC 14443-1/2/3/4。该标准中规定射频频率为13.56 MHz。ISO/IEC 14443标准目前应用比较广泛，采用此协议TYPE A标准的标签有飞利浦公司的Mifare卡系列以及兼容的复旦卡系列；采用TYPE B标准的应用有我国的第二代身份证。1.3.2 ISO/IEC 10536标准ISO/I第1章 射频识别技术 71711.3.4 ISO/IEC 15693标准标准ISO/IEC 15693是疏耦合射频卡(VICC)的国际标准，该标准由物理特性、空中接口与初始化、防碰撞和传输协议、命令扩展和安全特性四个部分组成。该协议规定阅读器(VCD)产生13.56 MHz7 kHz的正弦波，VICC通过电感耦合方式获得能量，VCD产生的交变磁场强度H应满足150 Ma/mH5 A/m，读写距离最远2 m。与ISO/IEC 14443相比，ISO/IEC 15693虽然也工作在13.56 MHz频段，但是其空中接口以及一些传输协议并不相同，最重要的区别是，ISO/IEC 15693支持中远距离(小于2 m)的标签读写，而ISO/IEC 14443侧重于近距离(小于10 cm)的标签读写。目前，ISO/IEC 15693已发展为ISO/IEC 18000-3标准。1.3.4 ISO/IEC 15693标准ISO/I第1章 射频识别技术 72721.3.5 ISO/IEC 18000标准标准2005年，中国国家标准化管理委员会下发文件，正式批准将ISO/IEC 18000标准列为2005年国家标准制订计划，并由中国物品编码中心和信息产业部电子工业标准化研究所作为两个起草单位，共同负责完成ISO/IEC 18000转换为国家标准的工作。ISO/IEC 18000共分17(缺5)六个部分，其中，标准16是基于单品的射频识别，标准7是超高频有源射频识别，其各部分的协议内容如下。1.3.5 ISO/IEC 18000标准2005年第1章 射频识别技术 73731.ISO/IEC 18000-1该部分规定了参考结构和标准化的参数定义，规范了空中接口通信协议中共同遵守的读写器与标签的通信参数表、知识产权基本规则等内容。这样，每一个频段对应的标准不需要对相同内容进行重复规定。2.ISO/IEC 18000-2该部分适用于中频125134 kHz，规定了在标签和读写器之间通信的物理接口，读写器应具有与Type A(FDX)和Type B(HDX)标签通信的能力；也规定了协议和指令以及多标签通信的防碰撞方法。1.ISO/IEC 18000-1该部分规定了第1章 射频识别技术 74743.ISO/IEC 18000-3该部分适用于高频段13.56 MHz，规定了读写器与标签之间的物理接口、协议和命令以及防碰撞方法。关于防碰撞协议可以分为两种模式，而模式1又分为基本型与两种扩展型协议(无时隙无终止多应答器协议和时隙终止自适应轮询多应答器读取协议)；模式2采用时频复用FTDMA协议，共有8个信道，适用于标签数量较多的情形。4.ISO/IEC 18000-4该部分适用于微波段2.45 GHz，规定了读写器与标签之间的物理接口、协议和命令以及防碰撞方法。该标准包括两种模式，模式1是无源标签，工作方式是读写器先讲；模式2是有源标签，工作方式是标签先讲。3.ISO/IEC 18000-3该部分适用于第1章 射频识别技术 75755.ISO/IEC 18000-6该部分适用于超高频段860960 MHz，规定了读写器与标签之间的物理接口、协议和命令以及防碰撞方法。它包含TYPE A、TYPE B和TYPE C三种无源标签的接口协议，通信距离最远可以达到10 m。6.ISO/IEC 18000-7该部分适用于超高频段433.92 MHz，属于有源电子标签，规定了读写器与标签之间的物理接口、协议和命令以及防碰撞方法。有源标签识读范围大，适用于大型固定资产的跟踪。5.ISO/IEC 18000-6该部分适用于超第1章 射频识别技术 76761.4 RFID与物联网与物联网物体的标签化是物联网的重要概念和基础知识，也是关键技术之一。20世纪70年代，商品条形码的出现引发了商业的第一次革命。当今，基于RFID技术的电子商品编码(Electronic Product Code，EPC)新技术给商品的识别、存储、流动和销售各个环节带来了巨大的变革，也使物体联网产生成为可能。1.4 RFID与物联网物体的标签化是物联第1章 射频识别技术 77771.4.1 EPC系统系统为推动RFID技术应用的发展，1999年美国麻省理工学院成立了Auto-ID中心，进行RFID技术的研发，通过创建RFID并利用网络技术形成EPC系统，为建设全球物联网而努力。EPC统一了全球对物品的编码方法，可以编码至单个物品。EPC规定了将此编码以数字信息的形式存储并附着在商品上的应答器(在EPC中常称为标签)中。阅读器通过无线空中接口读取标签中的EPC码，并经过计算机网络传送至信息控制中心，进行相应的数据处理、存储、显示和交互。1.4.1 EPC系统为推动RFID技术应用的发展，第1章 射频识别技术 78781.4.2 EPC与物联网与物联网EPC系统是在计算机因特网的基础上，利用RFID、EPC编码和数据通信等技术，构造一个覆盖全球万事万物的物联网(Internet of Things)。EPC系统由应答器、阅读器、中间件服务器、对象名称解析服务器和EPC信息服务器以及与它们之间的网络组成，如图1-17所示。1.4.2 EPC与物联网EPC系统是在计算机因特网第1章 射频识别技术 7979图1-17 EPC系统组成 图1-17 EPC系统组成 第1章 射频识别技术 8080EPC系统各主要组成部分如下：应答器装载有EPC编码，作为标签附着在物品上。阅读器用于读写EPC标签，并能连接到本地网络中。中间件是连接阅读器和服务器的软件，是物联网中的核心技术。对象名称解析服务器的作用类似于因特网中的域名解析服务，它给中间件指明了存储产品有关信息的服务器，即EPC信息服务器。EPC系统各主要组成部分如下：应答器装载有EPC编第1章 射频识别技术 8181EPC系统有如下特点：采用EPC编码方法，可以识别至单个物品。EPC系统具有开放的体系结构，可以将企业的内联网、RFID和因特网有机地结合起来，既避免了系统的复杂性，又提高了资源的利用率。EPC系统是一个着眼于全球的系统，规范和标准众多，目前还不统一。EPC是一个大系统，需要较多的成本投入，对于低价值的识别对象，必须考虑引入成本。但随着EPC系统技术的进步和价格的降低，低价值识别对象进入系统将成为现实。EPC系统有如下特点：采用EPC编码方法，可以识别