RFID 原理与应用思维导图

U136850271

2023-06-11

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RFID

技术基础

射频前端

RFID 原理与应用

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思维导图大纲

第四章 RFID 的射频前端

射频前端

实现射频能量和信息传输的电路称为射频前端电路

电感耦合和电磁反向散射耦合的区别

①电感耦合

电感耦合方式即变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合依据的是电磁感应定律

一般适合于高、低频工作的近距离 RFID 系统；

典型的工作频率有：125kHz、134kHz、13. 56MHz；

典型作用距离为 10-20cm；例如：第二代身份证。

②电磁反向散射耦合

电磁耦合方式即雷达原理，依据的是电磁波的空间传播规律；

一般适合于超高频、微波工作的远距离 RFID系统；

典型的工作频率有：433MHz、915MHz、245GHz、5.8GHz；典型的作用距离为 3-10m；例如：ETC

（阅读器）串联谐振回路的特性

①谐振时，回路电抗 X=0，阻抗 Z=R 为最小值，且为纯阻；

②谐振时，回路电流最大，且电压与电流相同；

③电感和电容两端电压的模值相等，且等于外加电压的 Q 倍。

通频带通常用半功率点的两个边界频率之间的间隔表示半功率点的电流比 Im/I0m为 0.707，通频带 BW=f2-f1=f0/Q。

a=√2 r(a 为线圈半径，r 为离线圈中心的距离)，在一定距离 r 处，当线圈半径 a=√2 r 时，可获得最大场强。

（应答器）并联协整回路的特性

①并联谐振回路谐振时的谐振电阻 Rp为纯阻性

②谐振时电感和电容中电流的幅值为外加电流源的 Qp倍。

并联谐振回路和串联谐振回路的谐振曲线的形状是相同的，但其纵坐标是 Vm/Vpm。BW=fp/ Qp。

应答器直流电源电压的变换过程

整流器→

滤波→

稳压电路→

芯片其他电→

负载调制

应答器的天线电路谐振频率不应低于阅读器天线的谐振频率。

能量关系

回路中存储的能量保持不变

只在线圈和电容器间相互转换。

第一章RFID 技术概述

自动识别

智能卡识别

条形码识别

射频识别

生物识别（指纹识别、语音识别）

RFID 系统主体

阅读器

阅读器的频率决定了 RFID 系统工作的频段，其功率决定了射频识别的有效距离。

电子标签

RFID 中间件

包括 4 个功能

阅读器协调控制

数据过滤与处理

数据路由与集成

进程管理

应用系统软件

中间件

应用系统软件

1位/bit

1 位射频标签在百货商场和商店中用于商品防盗系统

耦合类型

密耦合系统

作用距离（0-1cm）

耦合方式（电感耦合）

工作频率（30MHz 以下）

遥耦合系统

作用距离（1m）

耦合方式（电感耦合）

工作频率（13.56MHz）

近耦合系统

作用距离为 15cm

疏耦合系统

作用距离为 1m

远距离系统

作用距离（1-10m）

耦合方式（反向散射耦合）

工作频率（915MHz（在欧洲是不允许的）、2.45GHz、、5.8GHz）

存储数据

用电可擦可编程只读存储器EEPROM

一般射频识别所使用的系统

缺点是写入过程的功率消耗很大

使用寿命一般为写入 10 万次

铁电随机存取存储器FRAM

生产工艺不够成熟至今未获得广泛应用

和静态随机存取存储器

发送频率

为低频（30~300kHz）

高频或射频（3~30MHz）

超高频（300MHz~3GHz）

微波（>3GHz）

第二章RFID RFID 设计技术基础

信源编码

信源编码是对信源输出的信号进行变换

加密

保密编码的目的是为了隐藏敏感信息，常采用替换或乱置或两者兼有的方法实现

信道编码

信道编码的目的是前向纠错，以增强数字信号的抗干扰能力

调制

调制就是将基带信号的频谱搬移到信道通带中的过程

常用的编码方式

单极性不归零编码

高电平表示二进制 1，低电平表示二进制 0

单极性归零码

双极性不归零编码

曼彻斯特编码

从高到低跳变表示 1，从低到高跳变表示0 解决同步问题的最佳方案

差动双向编码

密勒编码

编码方式的选择因素

电子标签能量的来源

电子标签检错的能力

电子标签时钟的提取

常用的调制方法

幅移键控(ASK)

最常用的调制方式

频移键控(FSK)

相移键控(PSK)

副载波调制

是指首先把信号调制在载波 1 上，出于某种原因，决定对这个结果再进行一次调制，于是用这个结果去调制另外一个频率更高的载波 2；已调的副载波信号用于切换负载电阻

奇偶校验的特点

实现简单

无错误定位和纠错能力

多采用奇校验

奇校验位的设定

若每字节的 1 的个数为奇数时，校验位置 0；反之置 1。检测时，如果 9 位数中 1 的个数为奇数，则正确；反之，则错

偶校验位的设定

之置 0。检测时，如果 9 位数中 1 的个数为偶数，则正确；反之，则错

纵向冗余校验

①将十六进制数转换成二进制数； ②进行异或运算； ③将算出的二进制数转换为十六进制数。

循环冗余检验码

①补零，根据已给的系数序列（给 5 位补 4 个 0，给 4 位补 3 个 0）； ②补零，根据已给的系数序列（给 5 位有 4 位余数，缺 1 位补 1 个 0，缺 2 位补 2 个 0，不缺不补；给 4 位有 3 位余数） ③要求的系数序列=信息位+余数。

无线通信技术

通信冲突（碰撞）的问题是长久以来存在的问题，但同时也研究出许多相应的解决方法。

空分多址（SDMA）

频分多址（FDMA）

时分多址（TDMA）

码分多址（CDMA）

ALOHA 算法

纯 ALOHA 算法

纯ALOHA是一种“标签先发言的通信方式。

时隙 ALOH算法

时隙ALOHA是一种“阅读器先发言”的通信方式。要求标签有随机数发生器，这样标签才会在一个时隙里发送数据。时隙ALOHA算法还要求同步时钟这样标签和阅读器才能在一个时隙里发送数据。

高频 RFID 系统中，变迁的防碰撞算法一般采用 ALOHA 算法

在超高频 RFID 系统中，主要采用二进制树型搜索算法

读写器之间的碰撞问题

主动式

正在工作的读写器主动告知近邻读写器它正处于的工作状态

被动式

通过想要占用信道的临近读写器的询问，该读写器才告诉其工作状态

信息安全

数据保密

认证

信息认证

用户认证

安全攻击

主动攻击

被动攻击（窃听技术）

对称密码体制和非对称密码体制的区别

对称密码体制制（加密密钥和解密密钥相同）

对称密码体制（加密密钥和解密密钥不相同）

分组密码

高级加密标准（AES：分组长度为 128 位，密钥长度为 128 位、192 位和 256 位 3 种）、序列密码（m 序列：用线性反馈移位寄存器产生，周期：2n-1；M 序列：用非线性反馈移位寄存器产生，周期：2n）。

是数据加密标准（DES：分组长度为 64 位，密钥长度为 56 位）

RSA 算法

密钥获取

①选择两个大素数 p 和 q；

②计算 n=p*q 和欧拉函数ø(n)=(p-1)(q-1)；

③选择一个和ø(n)互质的数，令其为 d；

④选择一个 e，使其满足能满足 e*d≡1(mod ø( n)),则公开密钥由(e,n)组成，私人密钥由(d,n)组成

加密方法

①明文 M；

②对数据块 M 进行加密，计算 C≡Me(mod n), C 就是 M 的密文。

③C 进行解密时的计算为 M≡Cd(mod n

第五章 RFID 电子标签

具有密码功能的电子标签

分级密钥是指系统有多个密钥，不同的密钥访问权限不同，在应用中可以根据访问权限确定密钥的等级。

分段存储的电子标签

当电子标签存储的容量较大时，可以将电子标签的存储器分为多个存储段。每个存储段单元具有独立的功能，存储着不同应用的独立数据。

Mifare one

M1 卡分为 16 个扇区，每个扇区由四块（块 0、块 1、块 2、块3）组成。

每个扇区的块 0、块 1、块 2 为数据块，块 3为控制块。

第 0 扇区的块 0（即绝对地址 0 块），它用于存放厂商代码，已经固化，不可更改。

第七章 RFID 的标准体

RFID 的标准体系（ISO/IEC、EPCglobal、 UID）。

UCode 的最大特点是可兼容各种已有 ID 代码的编码体系。

EPC 编码是一个版本号加上另外 3 段数据（依次为域名管理、对象分类、序列号）组成的一组数字。

EPC 代码有 64 位、96 位和 256 位 3 种。

根据其功能级别的不同，EPC 标签可分为 5 类，目前所开展的 EPC 测试使用的是Class1Gen2 标签。

EPC 系统的构成（EPC 编码体系、射频识别系统、信息网络系统）。

RFID 标准体系可以分为

技术标准

数据内容（数据结构）标准

应用标准

性能标准

ISO/IEC 技术标准

ISO/IEC18000（空中接口参数）

ISO/IEC10536（密耦合非接触集成电路卡）

ISO/IEC15693（疏耦合非接触集成电路卡）

ISO/IEC14443（近耦合非接触集成电路卡）。

TYPE A 的防碰撞协议

（采用位检测防碰撞协议来检测碰撞情况）

帧有三种类型

短帧（REQA（=0*26）帧和 WAKE-UP（0* 52），用于初始化通道）

面向比特的防碰撞帧（用于防碰撞循环）；

标准帧（用于数据交换）

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