《RFID原理及应用》期末复习总结（2）

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1、数字通信模型

• 信源编码与信源译码：A/D转换；数据压缩
• 信道编码与信道译码：增强信号干扰能力，提高传输的可靠性
• 数字调制：改变载波参数；通过将数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号
• 加密模块与解密模块：信源编码与信道编码之间
  
  数字通信发送模型：信源编码 - 加密 - 信道编码 - 载波调制

2、数字通信特点

（1）避免噪声积累，便于长距离高质量传输
（2）便于加密处理
（3）便于设备的集成，微型化
（4）占用较宽的信道频率

3、数字通信的特征指标

（1）传输速率
（2）信道带宽：频带利用率=速率bps/带宽Hz
（3）误码率

4、RFID通信方式

（1）反向散射调制
（2）负载调制

5、RFID系统的通信过程

读写器中信号经：信号编码、调制器、传输介质（无线信道）、电子标签中的解调器、信号译码

6、模拟信号、数字信号

模拟信号：连续；数字信号：离散

7、数字信号特点

（1）信号的完整性
（2）信号的安全性
（3）便于存储，处理和交换
（4）设备便于集成化，微型化
（5）便于构成物联网

8、时域，频域

9、信号工作方式

时序系统、全双工系统、半双工系统

10、通信握手

由通信协议规定：优先通信、数据同步、信息确认

11、信道

• 信道分类：
  • 电磁波在空间传播的渠道（无线信道）
  • 电磁波的引导传播渠道（如电缆信道）
• 信道指标：
  • 带宽： 信号所拥有的频率范围
    • 能够通过的最高频率 - 能够通过的最低频率
    • 单位：Hz
  • 传输速率：每秒传输的二进制比特数：比特率bps
  • 波特率：每秒钟通过信道的码元数
    • 码元：携带数据信息的信号单元
    • 比特率=波特率*log2(M) M：离散电平个数（bit数）
    • 两相调制：1个码元使用1个bit
    • 四相调制：1个码元使用2个bit
    • 八相调制：1个码元使用3个bit
  • 容量：
    • 理想信道
    • 受高斯白噪声干扰的信道：香农定理
      • 信噪比=信号功率/噪声功率
    • 特征：
      • 带宽越大，容量越大
      • 信噪比越大，容量越大
    • 高斯白噪声：
      • 把瞬时值的概率分布服从高斯分布，功率谱密度服从均匀分布

12、编解码

（1）信源编码/解码：数模转换、数据压缩（例：哈夫曼编码）
（2）信道编码/解码：检错与纠错，区分通路，适应信道条件，提高通信可靠性
（3）保密编码

13、信号需要调制的因素

（1）提高传输速率：工作频率越高，传输速度越快，带宽越大
（2）减小天线体积：工作频率越高，波长越小，天线尺寸越小
（3）允许频道复用：信道复用

14、信源编码、数据编码

• 信源编码：将模拟信号转换成数字信号，或将数字信号编码成更适合传输的数字信号（必须保证不中断读写器对电子标签的能量供应）
• 数据编码：反向不归零编码、曼彻斯特编码、密勒编码、修正密勒编码

15、编码方式

（1）反向不归零编码
（2）单极性归零编码
（3）曼彻斯特编码
（4）差动双相编码
（5）密勒编码
（6）变形密勒编码

16、不归零码、

（1）不归零码（NRZ）

• 单极性不归零码（UNRZ）
  • 高电平1，低电平0
    
• 双极性不归零码（BNRZ）
  • 正高电平1，负高电平0
    
    特点：带宽完全利用、难以同步、直流分量

（2）归零码（RZ）

• 单极性归零码（URZ）
  • 高电平1，低电平0
    
• 双极性归零码（BRZ）
  • 一个调制周期内10表示1，-10表示0
    
    特点：易于同步、浪费带宽

（3）反向不归零码（NRZI）

• 电平翻转0，电平保持1
  
  特点：完全利用带宽、携带时钟信号

（4）曼彻斯特编码：归零码、分相码

• 半个周期时，高->低:1；低->高:0（10->1；01->0）
  
  特点：
• 携带时钟信号，自同步，不需要填充位
• 损失带宽，但对高速信号影响较小
• 有利于发现传输碰撞错误：多信号叠加抵消产生不跳变

信息100101用曼彻斯特编码结果为：100101100110

（5）差分曼彻斯特

• 电位保持代表1，跳变代表0
• 半周期处跳变
  
  特点：电平变化不多于曼彻斯特

（6）差动双相编码

• 每周期开始时电平反向
• 半周期时，电平跳:0；电平保持:1
  

特点：

• 11/00表示1；01/10表示0
• 容易重建位同步

（7）密勒编码

• 1：起始不跳变，中心点跳变
• 0：单个0：边界不跳变，中间也不跳变
  • 连续0：连续两个0之间的边界跳变
    

解码：

• 以2倍时钟频率读入位值
• 0->1跳变为起始位，然后10/01->1；00/11->0

（8）修正密勒码（在密勒码跳变处产生一个负的窄脉冲就是修正密勒码）

• 每位数据中间有窄脉冲:1；没有:0
• 连续0：从第二个0开始，在数据的起始部分加一个窄脉冲
• 无信息：两个连续的位开始和中间部分都没有窄脉冲
  

17、编码方式的选择因素

（1）电子标签的能量来源
（2）电子标签的检错能力
（3）电子标签时钟的提取

18、RFID信道编码

• 最主要的干扰因素：信道噪声、多标签操作
• 差错控制编码：监督码元分为检错码和纠错码

19、信道编码任务

• 校验和：差错控制编码
• 多路存取：信道复用
• 防碰撞：降低信号干扰

20、信息码元、监督码元

• 信息码元：发送端由信源编码得到的被传输的信息数据比特
• 监督码元

21、许用码组、禁用码组

许用码组：根据规则合法的分组编码
禁用码组

22、编码效率计算

编码效率：信息位（k）占总码元数比例

（监督位：r）

23、码字、码长、码距

• 码字：若干个码元组成
• 码长：码字的总位数
• 码距：（汉明距）两个等长码字之间对应码位上码元不同的个数
• 最小码距：衡量编码纠/检错能力的重要依据
  （许用码组之间码距越大越好，许用码组与禁用码组之间码距越小越好）

24、系统码、非系统码

• 系统码：所有码组的k位信息码元在编码前后保持原来形式
• 非系统码

25、纠正随机错误码、纠正突发错误码

26、差错控制编码：奇偶校验法、循环冗余校验法、汉明码

（1）奇偶检验法：在每一个字节后加一个奇偶校验位

• 属于：检错、线性、分组、系统码
• 奇校验法：算上监督位有奇数个1

（2）纵向冗余校验法：

• 多个信息码字纵向排列
• 对应位计算一个监督码元：奇/偶校验法
• 发送时除了发送信息码字，最后发送出监督码字
  
  （3）汉明码
  添加多个校验码，各自对应信息码中的不同码位组
  校验时参考不同校验码位的值，可以快速准确定位出错的信息码位
  

27、信道编码

（1）空分多路复用（SDMA）

• 法1：降低单个读写器的作用距离
• 法2：读写器有向天线

（2）频分多路复用（FDMA）

• 重叠空间内的信道使用不同的载波频率

（3）时分多路复用（TDMA）

• 将信道容量按时间片分配给多个用户使用
• 分类：标签控制法、读写器控制法

（4）码分多路复用（CDMA）：

• 正交码
• 信道、时间均可同时共用

28、防碰撞算法

（1）ALOHA：随机竞争

• 核心思想：需要发送的数据包立刻发送
• 最大信道利用率：18.4%

（2）时隙ALOHA：

• 核心思想：时间分成小的间隙，电子标签只在下一个间隙开始时才可以发送数据包
• 最大信道利用率：36.8%

（3）动态时隙ALOHA：

• 发生潜在碰撞时逐步增加标签可用的时隙数，直到有一个标签可以发送成功
  （根据标签碰撞和空闲的概率来调整帧长）

（4）二进制搜索算法

• 只有符合限制的标签才应答

29、载波调制

（调制深度）键控度=振幅差/振幅和
通断键控指的是调制深度为100%的幅移键控调制

30、RFID的安全需求

机密性、数据完整性、可用性、真实性、隐私性

31、密码学基础

• 密码设计基本原则：混淆、扩散
• 密码体制分类：对称、非对称
• 密码学分类：编码学、分析学
• 对称密码体制：单钥密码体制，即加密密钥和解密密钥相同
• 流密码（序列密码）：对连续的比特流进行加密

32、非对称密码体制：公钥密码体制、双钥密码体制

• 加密和解密的密钥不同：E()；D()
• 满足条件：
  • D(E(m))=m
  • 从E很难推导出D
  • “选择明文”攻击无法破解

RSA算法：

ed mod(a)=1：（ed）除以a的余数为1

33、非对称密码体制用处

• 加密：
  • 发信者以收信人公钥加密信息
  • 只有收信人自己才可以用密钥解密
• 签名：
  • 发信者以自己的密钥加密信息
  • 收信人用发信人的公钥解密，确认：
    • 信息是由签名者发送的
    • 信息自签名后到收到为止，未被修改过
    • 签名者无法否认信息是由自己发送的

34、RFID认证技术