射頻識別課件：第二章 RFID設計技術基礎

第二章RFID設計技術基礎1.數(shù)字通信基礎2.信號的編碼與調(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設計技術基礎2.1數(shù)字通信基礎2.1.1數(shù)字通信模型

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

數(shù)字通信就是將信源信號轉(zhuǎn)換成二進制形式傳輸。

加密的。2.1.2數(shù)字通信的特點和主要性能指標1．數(shù)字通信的特點在傳輸過程中可實現(xiàn)無噪聲積累便于加密處理便于設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數(shù)據(jù)傳輸速率

信道頻帶寬度誤碼率

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

信號可以從時域和頻域兩個角度來分析，在RFID傳輸技術中，對信號頻域的

研究比對信號時域的研究更重要。

讀寫器與電子標簽之間傳輸?shù)男盘栍衅渥陨淼奶攸c，常需要討論信號工作方式和通信握手等問題。

信號工作方式

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

在時序系統(tǒng)中，從電子標簽到讀寫器的信息傳輸是在電子標簽能量供應間歇進行的，讀寫器與電子標簽不同時發(fā)射，這種方式可以改善信號受干擾的狀況，提高系統(tǒng)的工作距離。

（1）讀寫器先發(fā)射射頻能量，該能量傳送到電子標簽，給電子標簽的電容器充電，將能量用電容器存儲起來，這時電子標簽的芯片處于省電模式或備用模式。（2）讀寫器停止發(fā)射能量，電子標簽開始工作，電子標簽利用電容器的儲能向讀寫器發(fā)送信號，這時讀寫器處于接收電子標簽響應的狀態(tài)。（3）能量傳輸與信號傳輸交叉進行，一個完整的讀出周期由充電階段和讀出階段兩個階段構(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引傳播渠道，如電纜信道、波導信道等。RFID的信道是具有各種傳播特性的自由空間，所以RFID采用無線信道。1）信道帶寬信號所擁有的頻率范圍叫做信號的頻帶寬度，簡稱帶寬。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)的重要技術指標之一，數(shù)據(jù)傳輸速率在數(shù)值上等于每秒鐘傳輸數(shù)據(jù)代碼的二進制比特數(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)信息的信號單元叫碼元，每秒鐘通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)稱為碼元傳輸速率，簡稱波特率。比特率是數(shù)據(jù)傳輸速率，表示單位時間內(nèi)可傳輸二進制位的位數(shù)。如果一個碼元的狀態(tài)數(shù)可以用M個離散電平個數(shù)來表示，有如下關系：2.2.2編碼與調(diào)制數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)，其涉及的技術問題很多，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到某種目的而對信號進行的一種變換。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信號或數(shù)字信號，變換成適合信道傳輸?shù)男盘?，意味著要把信源的基帶信號，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€相對基帶頻率而言非常高的帶通信號。

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

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。為簡化射頻標簽設計并降低成本，多數(shù)射頻識別系統(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制的1，用低電平表示二進制的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）單極性歸零編碼對于單極性歸零碼，當發(fā)1碼時發(fā)出正電流，但正電流持續(xù)的時間短于一個碼元寬度，即發(fā)出一個窄脈沖；當發(fā)0碼時，仍然完全不發(fā)送電流。

4）差動雙相編碼差動雙相編碼在半個位周期中的任意邊沿表示二進制0，而沒有邊沿跳變表示二進制1。此外，在每個位周期開始時，電平都要反相。差動雙相編碼對接收器來說較容易重建。

5）密勒編碼密勒編碼在位周期開始時產(chǎn)生電平交變，對接收器來說，位節(jié)拍比較容易重建。密勒編碼在半個位周期內(nèi)的任意邊沿表示二進制1，而經(jīng)過下一個位周期中不變的電平表示二進制0。

6）變形密勒編碼變形密勒編碼相對于密勒編碼來說，將其每個邊沿都用負脈沖代替。由于負脈沖的時間較短，可以保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中，能夠從高頻場中持續(xù)為射頻標簽提供能量。變形密勒編碼在電感耦合的射頻識別系統(tǒng)中，主要用于從讀寫器到射頻標簽的數(shù)據(jù)傳輸。

7）差動編碼對于差分編碼，每個要傳輸?shù)亩M制1都會引起信號電平的變化，而對于二進制0，信號電平保持不變。RFID常用的調(diào)制方法

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

在信號傳輸?shù)倪^程中，并不是將信號直接進行傳輸，而是將信號與一個固定頻率的波進行相互作用，這個過程稱為加載，這樣一個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，在無源電子標簽中還具有提供能量的作用，這一點與其他無線通信有所不同。

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)制信號的變化而變化。振幅鍵控是利用載波的幅度變化來傳遞數(shù)字信息，在二進制數(shù)字調(diào)制中，載波的幅度只有兩種變化，分別對應二進制信息的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標準均采用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傳遞數(shù)字信息，是對載波的頻率進行鍵控。二進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頻率點變化，分別對應二進制信息的1和0。

4.相移鍵控相移鍵控（PSK）是利用載波的相位變化來傳遞數(shù)字信息，是對載波的相位進行鍵控。二進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，分別對應二進制信息的1和0。

5.副載波調(diào)制副載波調(diào)制是指首先把信號調(diào)制在載波1上，出于某種原因，決定對這個結(jié)果再進行一次調(diào)制，于是用這個結(jié)果去調(diào)制另外一個頻率更高的載波2。在RFID副載波調(diào)制中，首先用基帶編碼的數(shù)據(jù)信號調(diào)制低頻率的副載波，已調(diào)的副載波信號用于切換負載電阻，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，對副載波進行二次調(diào)制。

RFID數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?/p>

使用非接觸技術傳輸數(shù)據(jù)時，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致傳輸錯誤。此類問題通常是由外界的各種干擾和多個應答器同時占用信道發(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用校驗和法和多路存取法。

校驗和法

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

2.縱向冗余校驗

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

3.循環(huán)冗余碼校驗循環(huán)冗余碼校驗是由循環(huán)多項式生成的。假如16位的CRC生成多項式是： 其二進制序列為10001000000100001（十六進制為11021h）。 被校驗二進制序列M(X)除以16位校驗多項式G(X)，余數(shù)就是16位的CRC值。M(X)=4D6F746Fh，其CRC-16的值是B994h。在傳輸時將計算結(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，否則表示錯誤。

多路存取法 在無線通信技術中，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?種不同的方法：空分多路法（SpaceDivisionMultipleAccess，SDMA）頻分多路法（FrequencyDivisionMultipleAccess，F(xiàn)DMA）時分多路法（TimeDivisionMultipleAccess，F(xiàn)DMA）碼分多路法（