19.RFID复习

题型:填空题30分（一空一分）
简答题30分（三道题）
综合题40分（两道题）
重点章节第一章，第二章（见整理的练习题），第四章（考计算），第五章

1.RFID技术

RFID：射频识别，是利用射频信号通过空间耦合实现非接触信息双向传递，达到识别目标的技术。

2.RFID系统组成

RFID 系统主要由阅读器、电子标签、中间件和应用系统软件部分构成。

3.天线场的分布

通常，可以根据观测点与天线的距离将天线周围的场划分为三个区域。
（1）无功近场区
无功近场区又称为电抗近场区，是天线辐射场中紧邻天线口径的一个近场区域。
在该区域中，电抗性储能场占支配地位，该区域的界限通常取为距天线口径表面λ/2π处。从物理概念上讲，无功近场区是一个储能场，其中的电场与磁场的转换类似于变压器中的电场、磁场之间的转换。
（2）辐射近场区
超过电抗近场区就到了辐射场区，辐射场区的电磁场已经脱离了天线的束缚，并作为电磁波进入空间。按照与天线距离的远近，又把辐射场区分为辐射近场区和辐射远场区。
在辐射近场区中，辐射场占优势，并且辐射场的角度分布与距离天线口径的距离有关。
对于通常的天线，此区域也称为菲涅尔区。
（3）辐射远场区
辐射远场区即通常所说的远场区，又称为夫朗荷费。在该区域中，辐射场的角分布与距离无关。严格地讲，只有离天线无穷远处才能到达天线的远场区。

4. 耦合类型

根据射频识别系统作用距离的远近情况，标签天线与读写器天线之间的耦合可以分为三类：密耦合系统、遥耦合系统和远距离系统。
1）密耦合系统
密耦合系统，是具有很小作用距离的射频识别系统，其典型作用距离范围为0～1cm。
密耦合系统是利用射频标签与读写器天线的无功近场区之间的电感耦合构成的无接触空间信息传输射频通道进行工作的。密耦合系统的工作频率一般局限于30MHz以下的频率。
2）遥耦合系统
遥耦合系统的典型作用距离可以达1m，所有遥耦合系统在读写器与标签之间都是电感（磁）耦合，遥耦合系统的发送频率通常使用135KHz以下的频率，或使用6.75MHz、13.56MHz以及27.125MHz频率。遥耦合系统又可细分为近耦合系统（典型的作用距离为15cm）与疏耦合系统（典型的作用距离为1m）。
3）远距离系统
远距离系统的典型作用距离为1～10m，个别系统具有更远的作用距离。所有的远距离系统均是利用标签与读写器天线辐射远场区之间的电磁场耦合（电磁波的发射与反射，也称之为反向散射耦合）所构成的无接触空间信息传输通道进行工作的。远距离系统的典型工作频率为915MHz、2.45GHz和5.8GHz，此外，还有一些其他频率，如433MHZ等。

5.数据传输原理

射频识别系统一般包括读写器、标签和天线等部分，读写器和标签之间的通信通过电磁波实现，按照通信距离可分为近场和远场。读写器和标签之间数据交换方式也相应地称为负载调制和反向散射调制。
（1）负载调制。近距离低频射频识别系统是通过准静态场的耦合实现的。在这种情况下，读写器和标签之间的天线能量交换方式类似于变压器结构，称为负载调制。这种调制方式在125kHz和13.56MHz射频识别系统中得到了广泛的应用。
（2）反向散射调制。指无源RFID射频标签将数据发送回读写器所采用的通信方式。射频标签返回数据的方式是控制天线的阻抗，控制射频标签天线阻抗的方法有许多种，都是基于一种称为“阻抗开关”的方法。实际采用的几种阻抗开关有变容二极管、逻辑门、高速开关等。

6.RFID系统基本模型

在射频识别系统工作过程中，空间传输通道中发生的过程可归结为三种事件模型：
1.数据交换是目的
2.时序是数据交换的实现形式
3.能量是时序得以实现的基础

7.射频识别系统的基本工作方式

分为全双工和半双工系统，以及时序系统。
全双工：双方双向通信；当数据的发送和接收分流，分别由两根不同的传输线传送时，通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作。
半双工：双方单向通信；若使用同一根传输线既作接收又作发送，虽然数据可以在两个方向上传送，但通信双方不能同时收发数据。
时序：能量不连续

8.数字通信模型

9.信道的计算

信道带宽:信号所拥有的频率范围叫做信号的频带宽度，简称带宽。BW=f1-f2
信道传输速率就是数据在传输介质（信道）上的传输速率。单位为比特/秒（b/s）
在信息传输通道中，携带数据信息的信号单元叫码元，每秒钟通过信道传输的码元数称为码元传输速率，简称波特率。
比特率是数据传输速率，表示单位时间内可传输二进制位的位数。

信道容量信道容量是信道的一个参数，反映了信道所能传输的最大信息量。

10.编码格式

反向不归零编码（NRZ编码）
这是一种简单的数字基带编码方式，反向不归零编码用高电平表示二进制的1，
用低电平表示二进制的0。

曼彻斯特编码（Manchester）
用电压跳变的相位不同来区分1和0，其中从高到低跳变表示1，从低到高跳变表示0。

单极性归零编码（Unipolar RZ）
当发1码时发出正电流，但正电流持续的时间短于一个码元宽度，即发出一个窄脉冲；
当发0码时，仍然完全不发送电流。

差动双相编码
在半个位周期中的任意边沿表示二进制0，而没有边沿跳变表示二进制1。此外，在每个位周期开始时，电平都要反相。

密勒编码（Miller）
密勒编码在半个位周期内的任意边沿表示二进制1，
而经过下一个位周期中不变的电平表示二进制0。

11.RFID主要采用数字调制的方式

RFID常用的调制方法：载波、振幅键控、频移键控、相移键控、副载波调制。
副载波调制：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。
对RFID系统来说，副载波调制方法主要用在6.78MHz、13. 56MHz或27. 125MHz的电感耦合系统中，而且是从电子标签到读写器方向的数据传输
在RFID副载波调制中，首先用基带编码的数据信号调制低频率的副载波，已调的副载波信号用于切换负载电阻，然后采用振幅键控 ASK 、频移键控 FSK 或相移键控 PSK 的调制方法，对副载波进行二次调制。

12.校验和法

P46-48
1.奇偶校验
奇偶校验是一种简单的使用广泛的校验方法。奇偶校验分奇校验和偶校验，
收发两端必须约定校验方式。

2. 纵向冗余校验
纵向冗余校验（LRC）是把传输数据块的所有字节进行按位加（或称异或运算），
其结果就是校验字节。在传输数据时，附加传输校验字节。
在收端，将数据字节和校验字节进行按位加，如果结果为0，就认为传输正确，
否则认为传输错误。纵向冗余校验也称作代码和校验。

3. 循环冗余码校验（会计算）
循环冗余码校验是由循环多项式生成的。假如16位的CRC生成多项式是：

其二进制序列为10001000000100001（十六进制为11021h）。
被校验二进制序列M(X)除以16位校验多项式G(X)，余数就是16位的CRC值。M( X)=4D6F746Fh，其CRC-16的值是B994h。在传输时将计算结果附加在数据尾部，
收端将收到的数据除以11021h，如果余数为0表示正确，否则表示错误。

13.多路存取法

空分多路法（Space Division Multiple Access，SDMA）
频分多路法（Frequency Division Multiple Access，FDMA）
时分多路法（Time Division Multiple Access，TDMA）
码分多路法（Code Division Multiple Access，CDMA）

14.防碰撞算法

防碰撞算法利用多路存取法，使射频识别系统中读写器与应答器之间数据完整地传输。
防碰撞算法
1.ALOHA 算法
（1）纯ALOHA算法：信道利用率低，只有18.4%
（2）时隙ALOHA算法：系统需同步，信道利用率为 36.8%
（3）动态时隙ALOHA算法：时隙ALHOA系统的吞吐率S
在交换数据包量G大约为1时达到最大值。
2.二进制搜索算法：
按照二进制树模型和一定的顺序对所有的可能进行遍历。
是一种确定性的防碰撞算法，但该算法要将所有可能全部遍历，
因此其应用起来比较慢。（选用曼彻斯特编码）

15.密码学

密码学的基本概念

对称密码体制：在对称密码体制中，加密密钥和解密密钥相同。
非对称密码体制：它的产生主要有两个方面的原因，
一个是由于对称密码体制的密钥分配问题；另一个是对数字签名的需求。

16.RFID中的认证技术

相互对称认证：“三次认证”：
（1）阅读器发送查询口令的命令给应答器，应答器作为应答响应传送所产生的一个随机数RB给阅读器。
（2）阅读器产生一个随机数RA，使用共享的密钥K和共同的加密算法EK，算出加密数据块TOKEN AB，并将TOKEN AB传送给应达器 TOKEN AB=EK（RA，RB）
（3）应答器接收到TOKEN AB后进行解密，将取得的随机数与原先发送的随机数RB进行比较，若一致则阅读器获得了应答器的确认。
（4）应答器发送另一个加密数据块TOKEN BA给阅读器，TOKEN BA为TOKEN BA=EK（RB1,RA）
RA为从阅读器传来的随机数，RB1为随机数。
（5）阅读器接收到TOKEN BA并对其解密，若收到的随机数与原先发送的随机数RA相同，则完成了阅读器对应答器的认证。
三次认证图：

17.天线的定义

天线的定义：天线是用来发射或接收无线电波的装置和部件。（天线的辐射符合叠加原理。）
研究天线的3个方法：解析解、数值解和仿真软件。

18.低频和高频RFID天线和微波RFID天线的形式

在低频和高频频段，读写器与电子标签基本都采用线圈天线。

读写器天线与电子标签天线之间采用电感耦合的方式工作。

低频和高频RFID天线，是基于近场耦合的概念进行设计。

微波RFID天线采用电磁辐射的方式工作，读写器天线与电子标签天线之间的距离较远，一般超过1m，典型值为1～10m微波RFID天线形式多样，可以采用对称振子天线、微带天线、阵列天线和宽带天线等。

19.RFID天线制作工艺

RFID天线制作工艺主要有线圈绕制法、蚀刻法和印刷法。

低频RFID电子标签天线基本是采用绕线方式制作而成；高频RFID电子标签天线利用以上3种方式均可实现，但以蚀刻天线为主，其材料为铝或铜；UHF RFID电子标签天线则以印刷天线为主。

20.阅读器和应答器分别采用什么谐振回路？

在阅读器中，由于串联谐振回路电路简单、成本低，激励可采用低内阻的恒压源，谐振时可获得最大的回路电流等特点，因而被广泛采用。

并联谐振称为电流谐振，在谐振时，电感和电容支路中电流最大，即谐振回路两端可获得最大电压，这对无源应答器的能量获取是必要的。

注意：第四章例题4-1是去年考试原题，重点看，学有余力的同学，将第四章的公式好好复习,会出计算题。

21.RFID系统中负载调制

在RFID系统中，应答器向阅读器的信息传输采用负载调制技术。
在电感耦合方式的RFID系统中，负载调制有电阻负载调制和电容负载调制两种方法。
（看书上102-105.理解P104 图4-23，要求会分析）

22.射频滤波器的设计

（P150要求知道有哪些器件，功能大概是什么样子的）

23.RFID电子标签

24.一位电子标签

1位系统的数据量为1位，当电子标签是1位（1b）系统时，电子标签只有1和0两种状态。

该系统读写器只能发出两种状态，这两种状态分别是“在读写器工作区有电子标签”和“在读写器工作区没有电子标签”

射频法工作系统由读写器（检测器）、电子标签和去激活器三部分组成。

电子标签采用L-C振荡电路进行工作，振荡电路将频率调谐到某一振荡频率上。射频法工作系统由读写器（检测器）发出某一频率的交变磁场，当交变磁场的频率与电子标签的谐振频率相同时，电子标签的振荡电路产生谐振，同时振荡电路中的电流对外部的交变磁场产生反作用，并导致交变磁场振幅减小。读写器（检测器）如果检测到交变磁场减小，就将报警。当电子标签使用完毕后，用“去激活器”将电子标签销毁。（要求掌握射频法工作原理以及1位电子标签的应用场景：电子商品防盗系统EAS）

**声表面波（SAW）**是传播于压电晶体表面的机械波。利用声表面波技术制造标签。

声表面波器件：在压电固体材料表面产生和传播弹性波，该波振幅随深入固体材料深度的增加而迅速减小

结构原理：电信号通过叉指发射换能器转换成声信号（声表面波），在介质中传播一定距离后到达接收叉指换能器，又转换成电信号，从而得到对输入电信号模拟处理的输出电信号。

25.含有芯片的电子标签

含有芯片的电子标签是以集成电路芯片为基础的电子数据载体，这也是目前使用最多的电子标签。

含有芯片的电子标签基本由天线、模拟前端（射频前端）和控制电路三部分组成。

从读写器发出的信号，被电子标签的天线接收，该信号通过模拟前端（射频前端）电路，进入电子标签的控制部分，控制部分对数据流做各种逻辑处理。

为了将处理后的数据流返回到读写器，射频前端采用负载调制器或反向散射调制器等多种工作方式。

26.MIFARE算法（PPT不全，参考书上内容）

P156-157
Mifare卡的主要芯片有S50和S70。
技术参数包括数据存储方式（存储容量和扇区分布）、数据的安全性、工作模式、工作温度、工作频率、通信速率、读写距离等。

含有微处理器的电子标签：微处理器不仅是微型计算机的核心部件，也是各种数字化智能设备的关键部件。含有微处理器的电子标签实例MIFARE®PRO见书上P159。

27.读写器的组成

读写器的软件：
读写器的所有行为均由软件控制完成。软件向读写器发出读写命令，作为响应，读写器与电子标签之间就会建立起特定的通信。
读写器的硬件：
由天线、射频模块、控制模块和接口组成。控制模块是读写器的核心，由ASIC组件和微处理器组成。

控制模块处理的信号通过射频模块传送给读写器天线，由读写器天线发射出去。控制模块与应用软件之间的数据交换，主要通过读写器的接口来完成。
低频读写器：基于U2270B芯片的读写器（掌握工作频率，应用领域）

U2270B基站的射频频率工作在100～150kHz的范围内，在频率为125kHz的标准情况下，数据传输速率可以达到5000b/s。

应用场景：考勤系统的读写器，汽车防盗系统的读写器。
高频读写器MF RC500芯片工作频率13.56MHz,是非接触、高集成的IC读卡芯片.

28.微波RFID系统

是目前射频识别系统研发的核心，是物联网的关键技术。
微波RFID常见的工作频率是433MHz、860/960MHz、2.45GHz和5.8GHz等，该系统可以同时对多个电子标签进行操作，主要应用于较长的读写距离和高读写速度的场合。

29.RFID的标准体系

国际上的五大标准体系：EPC global综合了美国和欧洲厂商，实力相对占上风。
AIM、ISO、UID则代表了欧美国家和日本；IP-X的成员则以非洲、大洋洲、亚洲等国家为主。

30.UID泛在识别中心的技术体系架构

由泛在识别码（ucode）、泛在通信器、信息系统服务器和ucode解析服务器等4部分组成。该规范对频段没有强制要求，标签和读写器都是多频段设备。能同时支持13.56MHz或2.45GHz频段。

ucode是识别对象不可缺少的要素，是在大规模泛在计算模式中识别对象的一种手段。

最基本的泛在识别技术，就是为现实世界中的各种物品赋予固有的号码ucode，通过计算机极易从物品中读取，即计算机可以自动识别现实世界中的物品，并能够进行适当的数据处理。

泛在通信器主要由IC标签、读写器和无线广域通信设备等部分构成，主要用于将读取的ucode码信息传送到ucode解析服务器，并从信息系统服务器获取有关信息。

信息系统服务器存储并提供与ucode相关的各种信息。出于安全考虑，采用eTRON，从而保证具有防复制、防伪造特性的电子数据能够在分散的系统框架中安全地流通和工作。

ucode解析服务器确定与ucode相关的信息存放在哪个信息系统服务器上，其通信协议为ucode RP和实体传输协议（eTP），其中eTP是基于eTRON（PKI）的密码认证通信协议。

31.ucode标签P196-197

根据标签的安全性进行分类，以便于进行标准化。目前主要分为9类（Class0至Class 8)

32.EPCglobal标准体系

体系框架活动：EPC物理对象交换、EPC基础设施和EPC数据交换三种活动，每种活动都是由EPCglobal体系框架内相应的标准支撑的。

EPC编码是EPC系统的重要组成部分，是对实体及实体的相关信息进行代码化，通过统一、规范化的编码建立全球通用的信息交换语言。
EPC 编码规则：唯一性、永久性、简单性、可扩展性、保密性与安全性、无含义。
EPC 编码结构：是由一个版本号加上另外三段数据（依次为域名管理、对象分类、序列号）
组成的一组数字。

33.ISO/IEC标准体系P209-220

ISO/IEC技术标准规定了RFID的有关技术特性、技术参数和技术规范等，是有关组织专门针对RFID制定的专业技术标准，主要包括ISO/IEC 18000（空中接口参数）、ISO/IEC 10536（密耦合非接触集成电路卡）、ISO/IEC 15693（疏耦合非接触集成电路卡）和ISO/IEC 14443（近耦合非接触集成电路卡）。（掌握标准制定和工作频率）
三大编码体系的区别
RFID编码体系分别为ISO/IEC标准体系、EPCglobal标准体系和UID标准体系。
（参考书上P220，自行总结。）