【期末复习】RFID射频识别技术期末复习总结
RFID射频识别技术期末复习总结
- 一、填空题
- 二、名词解释
- 三、简答题
- 四、计算题
一、填空题
1.RFID的耦合方式，根据射频耦合方式的不同，RFID可以分为：电感耦合方式(磁耦合)、反向散射耦合方式(电磁场耦合)
2.RFID的工作频率：低频(125k)、高频(13.56M)、特高频(866M-960M)、超高频(5.8G)
3.ISM：Industrial Scientific Medical
4.微波频率范围：300MHz-300GHz
5.串联回路的谐振条件： X = ω L − 1 ω C = 0 {X = \omega L - \frac{1}{\omega C} = 0} X=ωL−ωC1=0
6.谐振角频率： ω 0 = 1 L C {\omega_{0} = \frac{1}{\sqrt{LC}}} ω0=LC1
7.谐振频率： f 0 = 1 2 π L C {f_{0} = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}} f0=2πLC1
8.串联谐振回路的特性阻抗： ω 0 L = 1 ω 0 C = L C = ρ {\omega_{0}L = \frac{1}{\omega_{0}C} = \sqrt{\frac{L}{C}} = \rho} ω0L=ω0C1=CL=ρ
9.修正密勒码编码规则：
(1)逻辑1用时序X表示，逻辑0用时序Y表示。
(2)连续两个0，从第二个0开始及以后的连续的0用时序Z表示。
(3)开始用时序Z表示，结束用逻辑0加时序Y表示。
(4)无信息时，用两个时序Y表示。
(5)与起始位相邻的所有0用时序Z表示。
10.在RFID系统中，数据传输的完整性存在两个方面的问题：
(1)外界的各种干扰可能使数据传输产生错误。
(2)多个应答器同时占用信道使发送数据产生碰撞。
运用数据检验(差错检测)和防碰撞算法可分别解决这两个问题。
11.差错的性质和表示方法：
(1)随机错误：由信道中的随机噪声干扰引起。在出现这种错误时，前后位之间的错误彼此无关。
(2)突发错误：由脉冲噪声引起，当前面出现错误时，后面往往也会出现错误，它们之间有相关性。
(3)混合错误：
差错的表示方法：误比特率
12.差错控制：在传输信息数据中增加一些冗余编码，使监督码元和信息码元之间建立一种确定的关系，实现差错控制编码和差错控制解码功能。
反馈重发(ARQ)、前向纠错(FEC)和混合纠错(HEC)
13.非循环码：海明码、奇偶校验码。
循环码：CRC码、RS码、BCH码。
14.分组码：码组的监督码元仅与本码组的信息码元有关，而与其他码元组的信息码元无关。
卷积码：码组的监督码元不仅与本码组的信息码元相关，而且与本码组相邻的前m个时刻输入的码组的信息码元之间也具有约束关系。性能优于分组码。
交织码：利用交织技术构造出来的编码
15.海明码计算： 2 k ≥ n + k + 1 2^{k} \geq n + k + 1 2k≥n+k+1
n是原二进制的位数。k是计算出的海明码位数。
16.生物识别技术的基本要求:
身份鉴别可利用的生物特征必须满足以下几个条件：
普遍性，即必须每个人都具备这种特征
唯一性，即任何两个人的特征是不一样的
可测量性，即特征可测量
稳定性，即特征在一段时间内不改变
17.生物识别系统的准确度：通过调整阈值等参数，使系统FRR和FAR相等时，这个错误率被称为交叉错误率(Crossover Error Rate,CER)，是衡量设备准确率的主要指标。
18.一个完整的EPC系统由八部分组成：EPC编码、EPC标签、读写器、EPC-Savant、ONS服务器、EPS-IS服务器、PML、Internet。
19.EPC编码是一串由四个域组成的数字，依次为版本号、域名管理者、对象分类、序列号。
编码长度分为64位、96位、256位三种。
20.EPC是存储在EPC标签中的唯一信息，EPC标签根据读写方式可分为只读型标签和读写型标签。
21.凯撒密码是最早知道的代替密码，首先用于军事通信中，对每个明文字母，用字母表后第三个字母代替。共有密钥25个，可简单的依次去测试、强力搜索、穷举攻击。所破译的明文需要识别。
22.DES是一种用56位密钥来加密64位数据的方法。
23.DES加密算法的结构流程：明文→初始置换→16轮运算→初始逆置换→密文。
24.Rijndael 的轮函数由 4 个不同的计算部件组成，分别是：字节代替BS(非线性层)、行移位SR(线性层)、列混淆MC(线性层)、密钥加ARK(线性层)。
25.利用公钥密码体制，通信双方无需事先交换密钥就可以进行保密通信，公钥密码体制的性质：
(1)机密性
(2)数据完整性
(3)认证
(4)不可抵赖性
26.条形码的校验过程：
(1)将条形码按照从右到左进行编制代码位置序号，校验码所在位置序号为1。
(2)从位置序号2开始，所有偶数位置的数字字符相加求和，所求的和再乘以3
(3)从位置序号3开始，所有奇数位的数字代码求和
(4)将步骤2和步骤3的结果相加求和，得为S
(5)用不小于S且为10的最小整数倍的数减去S，其差d即为所求校验码。即当mod(S,10)为0时，d=0；否则，d=10-mod(S,10)。
27.1924年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名的奈氏准则。他给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。
奈氏准则：在理想条件下(无噪声)，带宽为W赫兹的信道，其码元速率(波特率)最高为：2W(波特)。
无噪声情况下信道容量计算公式: C = 2 W l o g 2 M {C = 2W{log}_{2}M} C=2Wlog2M
C信道容量，W信道带宽，M是码元种类数量
28.信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比。常记为 S/N，并用分贝 (dB) 作为度量单位。
信噪比 ( d B ) = 10 l o g 10 ( S N ) ( d B ) 信噪比(dB) = 10{log}_{10}\left( \frac{S}{N} \right)~(dB) 信噪比(dB)=10log10(NS) (dB)
下面是我为了方便记，而写的一个形式：
分贝 = 10 l o g 10 ( 信噪比 ) 分贝 = 10{log}_{10}(信噪比) 分贝=10log10(信噪比)
29.1984年，香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率(香农公式)。
信道的极限信息传输速率C可表达为： C = W l o g 2 ( 1 + S N ) ( b p s ) C = {Wlog}_{2}\left( 1 + \frac{S}{N} \right)~(bps) C=Wlog2(1+NS) (bps)
其中：W为信道的带宽(以Hz为单位)。S为信道内所传信号的平均功率。N为信道内部的高斯噪声功率。
二、名词解释
1.射频识别：射频识别是无线电频率识别的简称(RFID)，即通过无线电波进行识别。
2.应答器：RFID系统中，识别信息存放在电子数据载体中，电子数据载体称为应答器。
3.阅读器：应答器存放的识别信息由阅读区读出。阅读器不仅可以读出识别信息，也可以写入，读写过程是通过双方之间的无线通信实现的。
4.1比特应答器：由电感线圈和薄膜电容构成的谐振回路的无源应答器，称为1比特应答器。
5.声表面波器件：SAW以压电效应和与表面弹性相关的低速传播的声波为依据。体积小、重量轻、工作频率高、相对带宽较宽。主要工作频率为2.45GHz。
6.无源应答器：不附有电池，从阅读器发出射频能量中提取工作所需的电能。采用电感耦合方式的应答器多为无源应答器。
7.半无源应答器：内装有电池，起辅助作用，对维持数据的电路供电或对应答器芯片工作所需的电压作辅助支持，用于传输通信的射频能量源自阅读器。
8.有源应答器：工作电源完全由内部电池供给，同时内部电池能量也部分地转换为应答器与阅读器通信所需的射频能量。
9.负载调制：负载调制是一种信号调制技术，用于在通信系统中传输信息。通过改变负载的特性，如电阻、电容等，可以调整传输信号的幅度、频率或相位。
10.电阻负载调制：电阻负载调制是负载调制的一种形式，即通过改变电阻的值或与其他电路元件的组合方式，调制传输信号的幅度或功率，实现信息传输。
11.电容负载调制：电容负载调制是负载调制的一种形式，即通过改变电容的值或与其他电路元件的组合方式，调制传输信号的频率或相位，实现信息传输。
12.电阻负载调制和电容负载调制两者之间的不同：他们的区别主要在于负载元件和调节效果的不同。电阻负载调制使用电阻作为负载元件，而电容负载调制使用电容作为负载元件。因此，电阻负载调制主要影响信号的幅度，而电容负载调制主要影响信号的相位和频率响应。
13.基带信号：基带信号即基本频带信号，是来自信源的信号。包含有较多的低频成分，甚至有直流成分。
14.调制：分为基带调制和带通调制两种。
15.基带调制：仅对基带信号的波形进行变换，把数字信号转换为另一种形式的数字信号。这种过程也称为编码。
16.带通调制：使用载波进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号。经过载波调制后的信号称为带通信号(即仅在一段频率范围内能通过信道)。
17.TYPE B中的副载波调制：位编码采用不归零NRZ编码，副载波调制采用BPSK方式，逻辑状态的转换用副载波相移180°来表示， θ 0 \theta_{0} θ0表示逻辑1， θ 0 \theta_{0} θ0＋180°表示逻辑0，副载波频率fs=847kHz，数据传输速率为106kbps。
18.EMC、EMI、EMS的含义：EMC是电子产品的电磁兼容性，包含两个方面。一是EMI电磁干扰，二是EMS抗电磁干扰能力。EMI电磁干扰是指电子产品产生的任何降低其他装置、设备的性能，或对生物、物质等产生不良影响的电磁效应。EMS抗电磁干扰能力是指电子产品在某种电磁环境下，其性能不会发生恶化的抵御能力。
19.修正密勒码的编码规则：
(1)逻辑1用时序X表示，逻辑0用时序Y表示。
(2)连续的两个逻辑0从第二个逻辑0开始及以后的逻辑0都用时序Z表示。
(3)开始用时序Z表示，结束用逻辑0加时序Y表示。
(4)连续的两个时序Y代表无信息。
(5)与开始的时序Z相邻的所有逻辑0都用时序Z表示。
20.调制：将各种数字基带信号转换成适于信道传输的数字调制信号的过程。
21.解调：在接收端将收到的数字频带信号还原成数字基带信号。
22.有哪些调制和解调技术以及它们的特点：
(1)振幅调制AM：将信息信号的振幅变化应用于载波信号，实现调制。AM实现简单，但受到噪声和干扰的影响较大。
(2)频率调制FM：将信息信号的频率变化应用于载波信号，实现调制。FM抗噪声能力强，但频谱占用宽。
(3)相位调制PM：将信息信号的相位变化应用于载波信号，实现调制。PM抗噪声能力较好，但对调制信号的幅度变化敏感，复杂度较高。
三、简答题
1.什么是负载调制？什么是电阻负载调制？什么是电容负载调制？它们之间有何不同？
答：负载调制是一种信号调制技术，用于在通信系统中传输信息。通过改变负载的特性，如电阻、电容等，可以调整传输信号的幅度、频率或相位。电阻负载调制是负载调制的一种形式，即通过改变电阻的值或与其他电路元件的组合方式，调制传输信号的幅度或功率，实现信息传输。电容负载调制是负载调制的一种形式，即通过改变电容的值或与其他电路元件的组合方式，调制传输信号的相位或频率，实现信息传输。他们主要的区别在于负载元件和调节效果的不同，电阻负载调制使用电阻作为负载元件，而电容负载调制使用电容作为负载元件。因此，电阻负载调制主要影响信号的幅度，而电容负载调制主要影响信号的相位和频率响应。
2.EMC、EMI、EMS表示什么含义？他们对RFID系统有何意义？
答：EMC是电子产品的电磁兼容性，包含两个方面。一是EMI电磁干扰，二是EMS抗电磁干扰能力。EMI电磁干扰是指电子产品产生的任何降低其他装置、设备的性能，或对生物、物质等产生不良影响的电磁效应。EMS抗电磁干扰能力是指电子产品在某种电磁环境下，其性能不会发生恶化的抵御能力。一个电子产品自身可能会产生一些电磁干扰，而与此同时它也在某种电磁环境下工作，这两者共同构成了该电子产品的EMC电磁兼容性。EMC确保RFID系统与其他电子设备能够在同一电磁环境中协调工作，而不会相互干扰或受到干扰。RFID系统需要满足EMC标准，以确保读写器和标签能够正常通信，并保持稳定的性能。
3.简述修正密勒码的编码规则：
(1)逻辑1用时序X表示，逻辑0用时序Y表示。
(2)连续的0，从第二个0及以后的所有0用时序Z表示。
(3)无信息用两个时序Y表示。
(4)开始用时序Z表示，结束用逻辑0加时序Y表示。
(5)与开始的时序Z相邻的逻辑0都用时序Z表示。
4.什么是调制与解调？有哪些调制和解调技术？各有何特点？
答：调制是将各种数字基带信号转换为适合于信道传输的数字调制信号的过程。解调是在接收端将收到的数子频带信号还原为数字基带信号的过程。调制解调技术：
(1)振幅调制AM：将信息信号的振幅变化应用于载波信号，实现调制。AM实现简单，但受到噪声和干扰的影响较大。
(2)频率调制FM：将信息信号的频率变化应用于载波信号，实现调制。FM抗噪声能力强，但频谱占用宽。
(3)相位调制PM：将信息信号的相位变化应用于载波信号，实现调制。PM抗噪声能力较好，但对调制信号的幅度变化敏感，复杂度较高。
四、计算题
1.MCRF355芯片工作于13.56MHz，其天线尺寸为85.6mm54mm0.76mm。当芯片的天线电路上上有4V(峰值)电压时，器件可达到正常工作所需的2.4V直流电压。设其天线电路的Q=50，线圈圈数N2=4，试求阅读器线圈的电流值。(已知阅读器线圈数N1=2，作用距离为40cm，阅读器线圈半径为0.1m)
解： v 2 ′ = − 2 π f N 2 S Q B Z ⇒ B Z = V 2 ′ 2 π f N 2 S Q v_{2}^{'} = - 2\pi fN_{2}SQB_{Z}~\underset{}{\Rightarrow}~B_{Z} = \frac{V_{2}^{'}}{2\pi fN_{2}SQ}~ v2′=−2πfN2SQBZ ⇒ BZ=2πfN2SQV2′
其中 f = 13.56 M H z , N 2 = 4 , S = 85.6 ∗ 54 ∗ 1 0 − 6 m 2 , Q = 50 , v 2 ′ = 4 2 V f = 13.56MHz~,~N_{2} = 4~,~S = 85.6*54*10^{- 6}{~m}^{2}~,~Q = 50~,~v_{2}^{'} = \frac{4}{\sqrt{2}}V f=13.56MHz , N2=4 , S=85.6∗54∗10−6 m2 , Q=50 , v2′=24V
解得 B Z = 3.5909380715 ∗ 1 0 − 8 W b / m 2 B_{Z} = 3.5909380715*10^{- 8}Wb/m^{2} BZ=3.5909380715∗10−8Wb/m2
B z = μ 0 N 1 a 2 2 ( a 2 + r 2 ) 3 2 ∗ I 1 ⇒ I 1 = 2 ( a 2 + r 2 ) 3 2 B z μ 0 N 1 a 2 B_{z} = \frac{\mu_{0}N_{1}a^{2}}{2\left( a^{2} + r^{2} \right)^{\frac{3}{2}}}*I_{1}~\underset{}{\Rightarrow}~I_{1} = \frac{2\left( a^{2} + r^{2} \right)^{\frac{3}{2}}B_{z}}{\mu_{0}N_{1}a^{2}} Bz=2(a2+r2)23μ0N1a2∗I1 ⇒ I1=μ0N1a22(a2+r2)23Bz
其中 a = 0.1 m , N 1 = 2 , r = 40 c m , μ 0 = 4 π ∗ 1 0 − 7 N / A 2 a = 0.1m~,~N_{1} = 2~,~r = 40cm~,~\mu_{0} = 4\pi*10^{- 7}N/A^{2} a=0.1m , N1=2 , r=40cm , μ0=4π∗10−7N/A2(真空磁导率)
解得 I 1 = 0.200295611284 A ≈ 0.2 A I_{1} = 0.200295611284A \approx 0.2A I1=0.200295611284A≈0.2A，即阅读器线圈的电流值约为0.2A。
2.若信息码字为11100011，生成多项式G(X)=X5+X4+X+1，则计算出的CRC校验
码为(B)。
A、01101 B、11010
C、001101 D、0011010
解：由多项式可得除数为110011。因此余数也就是校验码是5位(除数位数-1)。在信息码字11100011后补5个0得1110001100000，除以(异或运算)110011后得到余数11010。
3.发送方要发送的数据为10111001010，采用CRC的生成多项式是X5+X4+X+1，请完成：
(1)计算CRC校验码，要求给出计算过程。
(2)若数据在传输过程中最前面的一个1变成了0，接收端是如何发现错误的？给出计算过程。
答:
(1)CRC校验码为00110。
(2)余数为11001，而不为00000。
4.求0101按"偶校验"配置的海明码
答：海明码为0100101。
5.按配偶原则配置0011的海明码
答：海明码为100011。具体过程同计算题第4题。
6.已知接收到的海明码为0100111(按配偶原则配置)试问要求传送的信息是什么?
答：0101。(先纠错，再找原信息)
7.写出按偶校验配置的海明码0101101的纠错过程。
答：算出来P4P2P1为100，也就是说第四位错了。但因为第四位是校验位，所以纠不纠错都无所谓，因为不影响原数据位的传递。
8.将"01234567"编码为Version1尺寸的二维码(QR数字模式编码)
解：
(1)从左往右每3个数字分为一组，即012 345 67。
(2)三位就转10bit，两位转7bit，一位转4bit。即012→0000001100、345→0101011001、67→1000011
(3)由下表可知，Version1的数字模式下，字符计数的位数为10bit。而这个编码有8位数字，也就是把8转化为10bit。8→0000001000
(4)由下表可知，数字编码为0001。
把四个步骤得到的二进制数据从最后一个步骤往前依次写出来就得到了最终的QR数字模式编码：0001 0000001000 0000001100 0101011001 1000011
9.将"AE-86"编码为Version1尺寸的二维码(QR字符模式编码)
(1)将字符每两个分为一组，再按照下表得到索引值。
原字符→(A,E) (-,8) (6)→(10,14) (41,8) (6)
(2)把每组先转换为45进制数，然后一组内有两个字符就转换为11bit，只有一个字符就转换为6bit。
(10,14)→1045+14=464→00111010000
(41,8)→4145+8=1853→11100111101
(6)→6→000110
(3)由下表可知，Version1的字符模式下，字符计数的位数为9bit。而这个编码有5位字符，也就是把5转化为9bit。5→000000101
(4)由下表可知，字符编码为0010
把四个步骤得到的二进制数据从最后一个步骤往前依次写出来就得到了最终的QR字符模式编码：0010 000000101 00111010000 11100111101 000110
10.Playfair是一种双字母代替密码，其密钥矩阵大小为5*5。请完成：
(1)若已知密钥词为"chenxianyi"，请写出Playfair密钥矩阵。
(2)用上述密钥加密，得到密文为"AGBC BHWH YTNQ ODVI",请写出明文，要求给出必要的解密过程。
答：
(1)从矩阵左上角开始依次写出CHENXIANYI，遇到重复的就跳过，I和J合并在一起。写完这些后接着从没写过的26个英文字母开始继续往下写，就是ABCDEFG…的顺序。
密钥矩阵如下：
(2)将密文两两分组，得到AG BC BH WH YT NQ OD VI，然后按照同列找上下，同行找左右，不同列不同行找对角的规则去猜着破解一下明文，找到拼接后有意义的字符串。
比如AG在同一列上，那么对应的明文可能是HA，也可能是GP。暂时还不确定，那就接着往下看。BC不在同一列也不在同一行，那就是对角。也就是N(I/J)或者(I/J)N。那此时我就已经看出来了，大概是个HAIN这样子，因为我是海南大学的。不过还不确定，接着往下看。BH也是对角，那么对应的明文可能是AN也可能是NA，那么很明显了，就是HAINAN。最后破解出来是HAINAN UNIVERSITY。
11.假设已知素数p=11，q=13，用RSA算法生成一对密钥。请完成：
(1)计算密钥的模n和欧拉函数φ(n)的值。
(2)若选公钥e=7，计算私钥d的值。
(3)若对数据M=8进行加密，试计算密文c的值。
(4)接收方得到密文C后，如何解密？
解：
(1)密钥的模n=pq=143，欧拉函数φ(n)=(p-1)(q-1)=120
(2) ( e ∗ d ) % 120 = 1 (e*d)\% 120 = 1 (e∗d)%120=1,得出d=103。(一个一个试，从e*d=121开始，121、241、361的试，看什么时候d能是个整数)
注意这里穿插一个细节，虽然第二问题目中已经给出选取的公钥e=7了，但是如果没给的话就要取一个φ(n)和e的最大公约数为1的e的数来确定e，也就是e要和φ(n)互为素数。
(3)密文 c = M e % n = 8 7 % 143 = 57 c = M^{e}~\%~n = 8^{7}~\%~143 = 57 c=Me % n=87 % 143=57
(4)解密 M = c d % n = 5 7 103 % 143 = 8 M = c^{d}~\%~n = 57^{103}~\%~143 = 8 M=cd % n=57103 % 143=8