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1、射频识别技术RFID Technology 第一章 绪论1、自动识别技术（Automatic Identification Technology, AIDT）是应用一定的识别装置，通过被识别物品和识别装置之间的接近活动，自动地获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术。总之，自动识别技术是一种高度自动化的信息或者数据采集技术。3、无线射频识别技术基本概念：1）什么是RFID？答：Radio Frequency Identification ，无线射频识别。2）RFID的组成: 标签（内含芯片与天线）、阅读器、数据库和软件。13、对于RFID系统来说，阅读
2、器与电子标签之间的通信主要包括三个主要功能模块：阅读器中的数字信号（基带信号、信号编码、信号处理）和解调器（载波回路）、传输介质（信道）及电子标签（接收器）中的解调器（载波回路）和信号译码（信号处理）。14、调制：按照调制信号（基带信号）的变化规律去改变载波某些参数的过程。分为模拟调制和数字调制两种方式。在RFID中常用的是数字调制，多数RFID系统采用ASK方式。问题：为什么要调制？调制的本质是什么？基本概念： 本质：1）基带信号转化为适合传输的频带信号。2）频带是有限的资源。实现信号多路分用，提高信道利用率。3）增强抗干扰能力。4）实现带宽与信噪比之间的互换。（牺牲带宽，提高信噪比）。15
3、、为什么编码？在实际的基带传输系统中，不是所有的原始基带数字信号都能够在信道中传输。如，原始基带信号含有丰富的直流和低频的成分、不便提取同步信息、易形成码间串扰。因此需要将 信码信号变换为适应于信道传输特性的传输码，进行码型变换。16、RFID系统中数字信号的调制技术：在RFID系统中用数字调制载波信号，来传递信息，在接收端对载波信号的离散调制参量进行检测。 在微波RFID系统中，信息从阅读器发送到电子标签，或从电子标签发送到阅读器，根据系统设计的原理不同，采用的调制技术也不同。阅读器必须为电子标签提供一种能量信号而且这种信号必须远大于噪声信号，同时由于电子标签必须体积小，造价低，所以电子标签
4、上的电路必须尽量简单化和实用化。因此，振幅键控信号是RFID系统中被广泛使用的调制技术。16、2ASK二进制振幅键控：设用二进制单极性归零矩形脉冲序列去控制载波的振幅。即信号为“1”码时，载波振幅保持不变，信号为“0”码时，载波振幅变为“0”，则可得2ASK波形。2ASK信号的产生方法：模拟法、键控法2ASK信号的解调：2ASK信号的解调方法有非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）。相干解调需要使用本地载波信号 非相干解调不需要在本地产生的载波信号。17、RFID系统组成：典型的RFID系统主要由阅读器、电子标签、中间件和应用系统软件组成。阅读器（Reader）又称读写器。阅读器主要
5、负责与电子标签的双向通信，同时接收来自主机系统的控制指令。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。阅读器根据使用的结构和技术的不同可以是读或读/写装置，它是RFID系统信息控制和处理中心。阅读器通常由射频接口、逻辑控制单元和天线三部分组成。图4-2 RFID阅读器（1）射频接口：射频接口模块主要任务和功能： 产生高频发射能量，激活电子标签并为其提供能量。对发射信号进行调制，将数据传输给电子标签。接收并调制来自电子标签的射频信号。注意，在射频接口中有两个分隔开的信号通道，分别来往于电子标签和阅读器两个方向的数据传输。（2）逻辑控制单元：逻辑控制单元也称读写模块，
6、主要任务和功能：与应用系统软件进行通信，并执行从应用系统软件发送来的指令。控制阅读器与电子标签的通信过程。信号的编码与解码。对阅读器和标签之间传输的数据进行加密和解密。执行防碰撞算法。对阅读器和标签的身份进行验证。（3）天线：天线是一种能将接收到的电磁波转换为电流信号，或者将电流信号转换成电磁波发射出去的装置。在RFID系统中，阅读器必须通过天线来发射能量，来形成电磁场，通过电磁场对电子标签进行识别。因此，阅读器天线所形成的电磁场范围即为阅读器的可读区域。18、电子标签 (Electronic Tag) 也称为智能标签 (Smart Tag) ，是由IC芯片和无线通信天线组成的超微型的小标签，
7、其内置的射频天线用于和阅读器进行通信。电子标签是RFID系统中真正的数据载体。系统工作时，阅读器发出查询（能量）信号，标签（无源）在收到查询（能量）信号后将其一部分整流为直流电源供电子标签内的电路工作，一部分能量信号被电子标签内保存的数据信息调制后反射回阅读器。电子标签内部各模块的功能：（1）天线：用来接收由阅读器送来的信号，并把要求的数据传送回给阅读器。（2）电压调节器：把由阅读器送来的射频信号转换为直流电源，并经大电容存储能量，再通过稳压电路以提供稳定的电源。（3）调制器：逻辑控制电路送出的数据经调制电路调制后加载到天线返给阅读器。（4）解调器：去除载波，取出调制信号。（5）逻辑控制单元：
8、译码阅读器送来的信号，并依据要求返回数据给阅读器。（6）存储单元：包括ERPROM和ROM，作为系统运行及存放识别数据。19、中间件：中间件是一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。中间件位于客户机、服务器的操作系统之上，管理计算机资源和网络通信。中间件的主要任务和功能：（1）阅读器协调控制：终端用户可以通过RFID中间件接口直接配置、监控以及发送指令给阅读器。一些RFID中间件开发商还提供了支持阅读器即插即用的功能，使终端用户新添加不同类型的阅读器时不需要增加额外的程序代码。（2）数据过滤与处理：当标签信息传输发生错误或有冗余数据产生时，RFID中间
9、件可以通过一定的算法纠正错误并过滤掉冗余数据。RFID中间件可以避免不同的阅读器读取同一电子标签的碰撞，确保了阅读准确性。（3）数据路由与集成：RFID中间件能够决定采集到的数据传递给哪一个应用。RFID中间件可以与企业现有的企业资源计划（ERP）、客户关系管理（CRM）、仓储管理系统（WMS）等软件集成在一起，为它们提供数据的路由和集成，同时中间件可以保存数据，分批的给各个应用提交数据。（4）进程管理：RFID中间件根据客户定制的任务负责数据的监控与事件的触发。如在仓储管理中，设置中间件来监控货品库存的数量，当库存低于设置的标准时，RFID中间件会触发事件，通知相应的应用软件。20、从电子标
10、签到阅读器之间的通信及能量感应方式来看，系统一般可以分为两类：电感耦合（Inductive Coupling）系统和电磁反向散射耦合（Backscatter Coupling）系统。电感耦合通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律。该方式一般适合于中、低频工作的近距离RFID系统，典型工作频率：125kHz，225kHz，和13.56MHz。识别作用距离一般小于1m，典型作用距离为020cm。电磁反向散射耦合基于雷达模型，发射出去的电磁波碰到目标后反射，同时携带目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律。该方式一般适用于高频、微波工作的远距离RFID系统，典型的工作频率：433MHz，9
11、15MHz，2.45GHz和5.8GHz。识别作用距离大于1m，典型作用距离为46m。231、反向散射调制的能量传输：电磁波从天线向周围空间发射，会遇到不同的目标。到达目标的电磁波能量一部分被目标吸收，另一部分以不同的强度散射到各个方向上去。反射能量的一部分最终返回发射天线。（1）阅读器到标签的能量传输在距离阅读器距离为R的电子标签处的功率密度为式中，PTX为读写器的发射功率，GTX为发射天线的增益，R是标签到读写器天线之间的距离，EIRP为天线的有效辐射功率，是指读写器发射功率和天线增益的乘积。在电子标签和发射天线都处于最佳姿态，并且极化方向相匹配时，电子标签可以吸收的最大功率与阅读器发射信
12、号的功率密度S式中，Ae为电子标签的有效面积：GTag为电子标签的天线增益，因此，有：（2）电子标签到阅读器的能量传输：电子标签返回的能量与它的雷达散射截面面积成正比，它是目标反射电磁波能力的测度。散射面积取决于一系列的参数，这既包含物体本身的特性，如目标的大小、形状、材料和表面结构，也包括反射电磁波的特性，如电磁波的波长和极化方向等。电子标签在空间某个位置接收到阅读器发射的电磁波，一部分自身吸收用于提供自身工作的能量，另一部分被反射回去，电子标签反射电磁波的能量为：返回阅读器的功率密度为：接收天线的有效面积为 ：式中，GRX为天线的增益。可以得出，阅读器接收的标签反射信号的总功率为24、声表
13、面波RFID原理：声表面波（Surface Acoustic Wave, SAW）是传播于晶体表面的一种机械波，其声速仅为电磁波速的十万分之一，传播衰耗很小。声表面波器件的功能部分，是采用现代微电子技术在表面抛光的压电材料基片上制作的叉指换能器、反射体和耦合栅等金属电极结构，基于（逆）压电效应，射频信号在经历电磁波-声表面波-电磁波的换能过程中得到处理，达到预定功能要求。以高频谐振器、带通滤波器为代表的现代声表面波器件，具有体积小、重量轻、可靠性高、一致性好、功能多及设计灵活等优点，已成为了先进广泛使用的电子关键元器件。28、电子标签的分类：1 按照供电方式分类：双频标签与双频系统2 按工作频
14、率分类（1）低频标签：典型的电感耦合型标签，天线多为线圈型。（2）高频标签：工作频率高于低频标签，无线电波较长（一般为几米），亦是典型的电感耦合型标签，天线多为线圈型。（3）超高频和微波标签：工作频率远高于低频和高频标签，工作波长较短（分米级或厘米量级），工作方式为电磁反向散射耦合方式。3 按封装形式分类：根据射频系统不同的应用场合及不同的技术性能参数，考虑到标签的成本、环境要求等，可以将射频识别标签封装成不同厚度、不同大小、不同形状的标签。根据标签封装材质分：主要有纸标签、塑料标签和玻璃标签。4 按照作用距离分类：（1）密耦合标签：作用距离小于1cm的标签。（2）近耦合标签：作用距离约为15
15、cm的标签。（3）疏耦合标签：作用距离约为1m的标签。（4）远距离标签：作用距离从1m到10m甚至更远的标签。5 无芯片标签和SAW标签一般意义上的电子标签都包含有电子标签天线及标签电路。标签电路经过集成后，降低了电子标签的生产成本和整体功耗。以IC芯片为主要特征的电子标签不是唯一的电子标签形式。近年来，随着技术的发展，出现了无芯片标签。（1）声表面波SAW标签声表面波标签以声表面波器件为核心，克服了IC芯片工作时要求直流电源供电的缺陷，同样实现了电子标签的数据保存功能及无接触空间无限通信的功能。（2） 无芯片电子标签无芯RFID标签指的是不含有IC芯片的射频识别标签。无芯片电子标签的特点是超
16、薄、低成本，存储数据量少。典型的实现技术有远程磁学技术（Remote Magnetics）、层状非晶体管电路技术（Laminar Transistorless Circuits）、层状晶体管电路技术等。37、中间件：是介于应用系统和系统软件之间的一类软件，它使用系统软件提供的基础服务（功能），衔接网络上应用系统的各个部分或不同的应用，以达到资源共享、功能共享的目的。即中间件是一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。中间件位于客户机服务器的操作系统之上，管理计算资源和网络通信。中间件的工作机制：从理论上讲，在客户端上的应用程序需要从网络中的某个地方获取一定的数据或服务，这些数据或服务可能处于一个运行着不同操作系统的特定查询语言数据库的服务
