无线射频识别技术（RFID）基础知识（共9页）-本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-无线射频识别技术（RFID）基础知识无线射频识别技术的基本原理是利用空间电磁感应（Inductive Coupli ng）或 者电磁传播（Propagation Coupli ng）来进行通信，以达到自动识别被标识物 体的目的基本工作方法是将无线射频识别标签（Tags）安装在被识别物体上 （粘贴、插放、挂佩、植入等），当被标识物体进入无线射频识别系统阅读器 （Readers）的阅读范围时，标签和阅读器之间进行非接触式信息通讯，标签向 阅读器发送自身信息如ID号等，阅读器接收这些信息并进行解码，传输给后台 处理计算机，完成整个信息处理过程无线射频识别技术是一本多门学科多种技术综合利用的应用技术所涉及的关 键技术大致包括：芯片技术、天线技术、无线通信技术、数据变换与编码技 术、电磁场与微波技术等基本概念无线射频识别技术（Radio Frequency Identification， RFID）是一种非接触 的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号的空间耦合（电磁感应或者电磁 传播）传输特性，实现对被识别物体的自动识别。
图1所示为RFID系统配置示 意图RFID operationsRtadrii rHos!图1 RFID系统配置示意图电磁感应，即所谓的变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是 电磁感应定律，如图2所示电磁感应方式一般适合于中、低频工作的近距离 射频识别系统典型的工作频率有：125KHz、225KHz和识别作用距离小于 1m，典型作用距离为10〜20cm图2电感耦合电磁传播或者电磁反向散射(Back Scatter)耦合，即所谓的雷达原理模型， 发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波 的空间传播规律，如图3所示电磁反向散射耦合方式一般适合于超高频、微 波工作的远距离射频识别系统典型的工作频率有：433MHz、915MHz、、识 别作用距离大于1m，典型作用距离为3〜10m图3电磁耦合射频识别系统一般由两个部分组成，即电子标签和阅读器在RFID的实际应用 中，电子标签附着在被识别的物体上(表面或者内部)，当带有电子标签的被 识别物品通过阅读器的可识读区域时，阅读器自动以无接触的方式将电子标签 中的约定识别信息取出，从而实现自动识别物品或自动收集物品标识信息的功 能。
阅读器系统又包括阅读器和天线，有的阅读器是将天线和阅读器模块集成 在一^设备单元中的，成为集成式阅读器(In tegrated Reader)由上可见，为了完成RFID系统的主要功能，RFID系统具有两个基本的构成部 分，即电子标签和阅读器二分类根据不同的分类方式，RFID系统可以具有很多不同的分类方式，一般来讲，我 们可以按照如下的方式进行分类1、根据标签的供电形式分为——有源、无源和半有源系统RFID系统可分为有源、无源以及半有源系统，主要是依据射频标签工作所需能 量的供给方式有源系统的标签使用标签内部的电池来供电，主动发射信号， 系统识别距离较长，可达几十米甚至上百米，但其寿命有限并且成本较高，另 外，由于标签带有电池，其体积比较大，无法制成薄卡（比如信用卡标签） 有源标签的电池寿命理论上可能能够达到5年或者更长，但是根据电池的质 量、使用的环境等因素，寿命会大幅缩减特别是在日晒等条件下使用，还有 可能造成电池泄漏等情况但是有源标签系统的发射功率较低有的有源标签 可以制造成电池可以更换的有源标签的成本较高无源射频标签没有电池，利用阅读器发射的电磁波进行耦合来为自己提供能 量，它的重量轻、体积小，寿命可以非常长，成本低廉。
可以制成各种各样的 薄卡或者挂扣卡，但它的识别距离受限制，一般是几十厘米到数十米，且需要 有较大的阅读器发射功率半有源系统的标签带有电池，但是电池只起到对标签内部电路供电的作用，标 签本身并不发射信号2、根据标签的数据调制方式分为——主动式、被动式和半 主动式一般来讲，无源系统为被动式，有源系统为主动式，半有源系统为半主动式 主动式的射频系统用自身的射频能量主动发送数据给阅读器，调制方式可为调 幅、调频或调相，主动标签系统是单向的，也就是说，只有标签向阅读器不断 传送信息，而阅读器对标签的信息只是被动地接收，就像电台和收音机的关 系被动式的射频系统，使用调制散射方式发射数据，它必须利用阅读器的载 波来调制自己的信号，在门禁或交通的应用中比较适宜，因为阅读器可以确保 只激活一定范围之内的射频系统在有障碍物的情况下，采用调制散射方式， 阅读器的能量必须来去穿过障碍物两次而主动方式的射频标签发射的信号仅 穿过障碍物一次，因此主动方式工作的射频标签主要用于有障碍物的应用中， 距离更远，速度更快被动式标签内部不带电池，要靠外界提供能量才能正常工作被动式标签典型 的产生电能的装置是天线与线圈，当标签进入系统的工作区域，天线接收到特 定的电磁波，线圈就会产生感应电流，在经过整流电路时，激活电路上的微型 开关，给标签供电。
被动式标签具有永久的使用期，常常用在标签信息需要每 天读写或频繁读写多次的地方，而且被动式标签支持长时间的数据传输和永久 性的数据存储被动式标签的缺点主要是数据传输的距离要比主动式标签小 因为被动式标签依靠外部的电磁感应而供电，它的电能就比较弱，数据传输的 距离和信号强度就受到限制，需要敏感性比较高的信号接收器（阅读器）才能 可靠识读半主动RFID系统也称为电池支援式（Battery Assisted）反向散射调制系统 半主动标签本身也带有电池，只起到对标签内部数字电路供电的作用，但是标 签并不通过自身能量主动发送数据，只有被阅读器的能量场“激活”时，才通 过反向散射调制方式传送自身的数据我们一般所见的有源系统都是半有源系 统3、根据标签的工作频率可以分为一低频、高频、超高 频、微波系统阅读器发送无线信号时所使用的频率被称为RFID系统的工作频率，基本上划分 为：低频(Low Frequency, LF) (30〜300KHz)、高频(High Frequency, HF) (3〜30MHz)、超高频(Ultra High Frequency, UHF) (300—968MHz)、微波(Micro Wave, MW)〜。
低频系统一般工作在100〜300kHz，常见的工作频率有125kHz、；高频系统工 作在10-15MHz左右，常见的高频工作频率为；超高频工作频率为433〜 960MHZ，常见的工作频率为、；有些射频识别系统工作在的微波段自从1980 年以来，低频(125 - 135kHz)RFID技术一直用于近距离的门禁管理由于其信 噪比(Signal Noise Ratio，S/N)较低，其识读距离受到很大限制低频系统 防冲撞(An ti-collisio n)性能差，多标签同时识读慢，其性能也容易受到其 它电磁环境的影响高频RFID产品可以部分地解决这些问题高频RFID系统 速度较快，可以实现多标签同时识读，形式多样，价格合理但是高频RFID产 品对可导媒介(如液体、高湿、碳介质等)穿透性不如低频产品，由于其频率 特性，识读距离较短860〜960MHz超高频RFID产品常常被推荐应用在供应链 管理(Supply Chain Manage，SCM)上，超高频产品识读距离长，能够实现高 速识读和多标签同时识读但是，超高频电磁波对于如水等可导媒介完全不能 穿透，对金属的绕射性也很差实践证明，由于高湿物品、金属物品对超高频 无线电波的吸收与反射特性，超高频RFID产品对于此类物品的跟踪与识读是完 全失败的。
RFID频谱如图4所示Illif— -LF WFHFVHFUHFmwT14-1 MKeIO MHF1QO MHje1 Mt13+58915 2.45图4 RFID系统频谱简图4、根据标签的可读写性分为——只读、读写和一次写入多 次读出根据射频标签内部使用的存储器类型的不同可分成三种：可读写标签(RW)、 -次写入多次读出标签(WORM)和只读标签(R0)RW标签一般比WORM标签 和R0标签贵得多，如信用卡等WORM标签是用户可以一次性写入的标签，写 入后数据不能改变，WORM标签比RW标签要便宜R0标签存有一个唯一的号码 ID,不能修改，这样提供了安全性，RO标签最便宜只读标签内部只有只读存储器ROM(Read Only Memory)和随机存储器RAM(Ra ndom Access Memory)ROM用于存储发射器操作系统程序(Program)和 安全性要求较高的数据，它与内部的处理器或逻辑处理单元(Logical Treatme nt Unit)完成内部的操作控制功能，如响应延迟时间控制，数据流控 制，电源开关控制等另外，只读标签的ROM中还存储有标签的标识信息这 些信息可以在标签制造过程中由制造商写入ROM中，也可以在标签开始使用时 由使用者根据特定的应用目的写入特殊的编码信息。
这种信息可以只简单地代 表二进制中的“0”或者“1”，也可以象二维条码那样，包含复杂的相当丰富 的信息但这种信息只能是一次写入，多次读出只读标签中的RAM用于存储 标签反应和数据传输过程中临时产生的数据另外，只读标签中除了 ROM和 RAM外，一般还有缓冲存储器，用于暂时存储调制后等待天线发送的信息 可读可写标签内部的存储器除了 ROM、RAM和缓冲存储器之外，还有非易失可编 程记忆存储器这种存储器除了存储数据功能外，还具有在适当的条件下允许 多次写入数据的功能非易失可编程记忆存储器有许多种，EEPROM (电可擦除 可编程只读存储器)是比较常见的一种，这种存储器在加电的情况下，可以实 现对原有数据的擦除以及数据的重新写入可写存储器的容量根据标签的种类 和执行的标准存在较大的差异5、根据RFID系统标签和阅读器之间的通信工作次序可以 分为——TTF和RTF系统时序指的是阅读器和标签的工作次序问题，也就是阅读器主动唤醒标签(Reader Talk First， RTF)还是标签首先自报家门(Tag Talk First， TTF) 的方式对于无源标签来讲，一般是阅读器先讲的形式，对于多标签同时识读 来讲，可以采用阅读器先讲的形式，也可以是标签先讲的形式。
对于多标签同 时识读，“同时”也只是相对的概念为了实现多标签无冲撞同时识读，对于 阅读器先讲的方式，阅读器先对一批标签发出隔离指令，使得阅读器识读范围 内的多个电子标签被隔离，最后只保留一个标签处于活动状态与阅读器建立无 冲撞的通信联系通信结束后发送指令使该标签进入休眠，指定一个新的标签 执行无冲撞通信指令如此往复，完成多标签同时识读对于标签先讲的方 式，标签在随机的时间反复的发送自己的识别ID，不同的标签可在不同的时间 段最终被阅读器正确读取，完成多标签的同时识读和RTF相比，TTF系统通信协议比较简单，防冲撞能力更强，速度更快但是 TTF也会带来一些诸如性能不够稳定、数据读取与写入误码率较高等不良后 果这也可能是主流RFID厂商大多采用RTF的原因所在三、基本工作原理射频识别系统的基本模型如图5所示其中，电子标签又称为射频标签、应答 器、数据载体；阅读器又称为读出装置、扫描器、通讯器、读写器（取决于电 子标签是否可以无线改写数据）电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间（无接触）耦合，在 耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的交换图5 RFID的基本模型图图6 RFID系统前端原理示意图。