RFID第3章RFID无线通信原理
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
对数性质 lg(a.b)=lg(a) +lg(b) 所以相应 的乘法转换为加法
3.3 阅读器信号的调制与复用
等幅波(Continuous Wave, CW)： 一个简单的，频率、相位、振幅不发生 变化的周期正弦信号。它无法携带信息， 也叫载波信号。
需要携带数据时，需要在这样的周期信 号上进行调制：m(t)含有基带信息，余 弦为载波。
3.1 射频频谱与电磁信号传输
电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式 传递能量和动量,其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面
无线信道干扰？
无线通信并非有线信道可靠，会产生干扰，解决 办法就是将各种无线信号调制到不同频率的载波 信号中传输。但无线频谱分配远远不能满足日益 增长的无线通信应用
能量大小用功率表示，按照正弦规律变 化的电场，可以用微积分计算一个周期 的电流能量，再除以时间。v0为峰值，R 为负载的电阻 ，Pav为平均功率
3.2 信号的电压与能量
信号处理问题中，相对变化更值得关注。 现实应用中，信号功率根据环境不同会 发生巨大的变化，使用分贝(dB)代替瓦 特(W)：
分贝是相对的，描述具体功率时需要加 入参考功率，常用的是1毫瓦特(mW)， 此处分贝大小为dBm
对RFID阅读器信号的调制一般执行的是 数位调变(Digitally Modulated)。 通断键控(On-Off Keying, OOK)，对“1” 保持高功率，“0”保持低功率。 对于某个实际的二进制串将会转化为一 段功率或高或低的电磁波。
OOK是否有问题？
3.3 阅读器信号的调制与复用
OOK对于RFID被动标签，数据位是0时 能量低，无法激活标签，导致工作不正 常。
射 频 识 别
第 三
RFID无线 通信原理
章 技
术
原理、协议及系统设计
本章内容
3.1 射频频谱与电磁信号传输 3.2 信号的电压与能量 3.3 阅读器信号的调制与复用 3.4 反向散射机制与标签编码 3.5 链路预算 3.6 天线增益与极化对传输范围的影响 3.7 真实环境下的信号传输 3.8小结
3.1 射频频谱与电磁信号传输
将各种无线信号调制到不同频率的载波信号中传输。
3.1 射频频谱与电磁信号传输
• 典型的RFID工作频率包括低频125KHz-134KHz；高频 13.56MHz，超高频860MHz-960MHz （915M）以及微 波2.4GHz和5.8GHz
• 低频信号由于波长较长，拥有较好的衍射能力，通常可 以绕过大多数障碍物传输，但穿透力较差。
• 例如阅读器A在频道10监听标签信号，阅读器B在频道 11发送请求信号，阅读器A很难听到标签信息
3.4 反向散射机制与标签编码
变化的磁场产生变化的电场，变化的电 场产生磁场 信号发射器中的电流通过天线辐射出无 线电磁波，形成变化的电磁场，在接收 器天线线圈感应到变化的电磁场，而在 线圈内部产生电压，如果接收器的天线 是通过某种负载连通的，就会产生感应 电流。
如何处理？
在调制之前对二进制数串进行编码。 脉冲间隔编码(PIE): “1”：输出长时间的高功率跟随短暂的 低功率 “0”：输出短暂高功率跟随短暂低功率 缺点：二进制0其传输速率会比二进制1 的传输速率快很多
3.3 阅读器信号的调制与复用
• 频分多址（FDMA）技术，要求不同应用使用不同的载 波频率传输信息，而接收端接收器仅获取相应频率信号 来进行解调，而得到所需传输的数据。
3.3 阅读器信号的调制与复用
当m(t)也是正余弦信号时，根据三角函 数关系，有：
这种正弦调制将信号分为两个信号，称 为边带，一个频率高于载波（公式第一 项），一个低于载波（公式第二项）。 这表示在某个信号经过调制之后，得到 的信号频谱将会变宽，包含载波频率周 围的一段频率。
3.3 阅读器信号的调制与复用
任何物体在接受到某个电磁波之后会同 样传输这样一串电磁波。
接受器调制后辐射的电磁波能返回到传 输器的天线中，并产生能被识别的信号， 叫做反向散射信号。
3.4 反向散射机制与标签编码
接收器在某一时刻接收到的反射信号向量是空间中各种信号的矢量叠加
如下图所示，叠加导致了不确定性，如果想利用反向散射机制，就必须 设计某种编码机制使Fra Baidu bibliotek接收器能够根据这些变化识别信号，而不关心信 号的相位或振幅。
• 例如：ALR-9900阅读器，其工作频率是902.75MHz— 927.75MHz，在处理FDMA时阅读器将此段频率平均分 成50个频道，每个频道500KHz频率范围，阅读器通过 和标签在指定频率范围内通信来减少和其他信号之间的 冲突。
• 但虽然FDMA从理论上解决了多种信号冲突的问题，但 在实际应用中，仍然需要注意阅读器的部署，周围空间 中其它信号干扰等情况，以保证RFID阅读过程成功完 成。
• 低频和高频的RFID标签往往采用电感耦合的技术通信， 其通信距离短也正是因为磁场能量是按照距离的立方这 个速度进行衰减的
• 超高频和微波采用电磁发射原理，其能量是按照距离的 平方这个速度进行衰减的。
3.2 信号的电压与能量
变化电场可以通过电压或电流的时间函 数来描述其变化方式，我们认为电场的 电压一般可以转化为正弦波的描述形式
3.1 射频频谱与电磁信号传输
• RFID技术指是利用无线电波通信来识别RFID标签的一种方式，可 以实现非视距、无接触的识别。
• 一个RFID系统中通常需要包含RFID标签、RFID阅读器以及与之配 套的天线。工作流程如图3.1所示 • 终端控制阅读器发出查询命令 • 阅读器对查询命令进行编码和调制，并通过阅读器天线发送出 去 • 阅读器天线将查询信号利用无线信道发送给标签，并被RFID标 签内嵌的微型天线接收到 • 当末各RFID标签接收到的无线信号强度高于某一阈值，标签将 被激活并对阅读器信号进行解调和解码 • 根据阅读器的查询信号，标签生成带有特殊标志的返回信号， 编码调制后返回给阅读器天线； • 阅读器端利用阅读器天线不断扫描识别区域而获得标签返回的 标识符 • 阅读器对标签信号进行解调和解码工作并将其解码信息传输给 后台程序进行进一步处理。
3.3 阅读器信号的调制与复用
等幅波(Continuous Wave, CW)： 一个简单的，频率、相位、振幅不发生 变化的周期正弦信号。它无法携带信息， 也叫载波信号。
需要携带数据时，需要在这样的周期信 号上进行调制：m(t)含有基带信息，余 弦为载波。
3.1 射频频谱与电磁信号传输
电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式 传递能量和动量,其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面
无线信道干扰？
无线通信并非有线信道可靠，会产生干扰，解决 办法就是将各种无线信号调制到不同频率的载波 信号中传输。但无线频谱分配远远不能满足日益 增长的无线通信应用
能量大小用功率表示，按照正弦规律变 化的电场，可以用微积分计算一个周期 的电流能量，再除以时间。v0为峰值，R 为负载的电阻 ，Pav为平均功率
3.2 信号的电压与能量
信号处理问题中，相对变化更值得关注。 现实应用中，信号功率根据环境不同会 发生巨大的变化，使用分贝(dB)代替瓦 特(W)：
分贝是相对的，描述具体功率时需要加 入参考功率，常用的是1毫瓦特(mW)， 此处分贝大小为dBm
对RFID阅读器信号的调制一般执行的是 数位调变(Digitally Modulated)。 通断键控(On-Off Keying, OOK)，对“1” 保持高功率，“0”保持低功率。 对于某个实际的二进制串将会转化为一 段功率或高或低的电磁波。
OOK是否有问题？
3.3 阅读器信号的调制与复用
OOK对于RFID被动标签，数据位是0时 能量低，无法激活标签，导致工作不正 常。
射 频 识 别
第 三
RFID无线 通信原理
章 技
术
原理、协议及系统设计
本章内容
3.1 射频频谱与电磁信号传输 3.2 信号的电压与能量 3.3 阅读器信号的调制与复用 3.4 反向散射机制与标签编码 3.5 链路预算 3.6 天线增益与极化对传输范围的影响 3.7 真实环境下的信号传输 3.8小结
3.1 射频频谱与电磁信号传输
将各种无线信号调制到不同频率的载波信号中传输。
3.1 射频频谱与电磁信号传输
• 典型的RFID工作频率包括低频125KHz-134KHz；高频 13.56MHz，超高频860MHz-960MHz （915M）以及微 波2.4GHz和5.8GHz
• 低频信号由于波长较长，拥有较好的衍射能力，通常可 以绕过大多数障碍物传输，但穿透力较差。
• 例如阅读器A在频道10监听标签信号，阅读器B在频道 11发送请求信号，阅读器A很难听到标签信息
3.4 反向散射机制与标签编码
变化的磁场产生变化的电场，变化的电 场产生磁场 信号发射器中的电流通过天线辐射出无 线电磁波，形成变化的电磁场，在接收 器天线线圈感应到变化的电磁场，而在 线圈内部产生电压，如果接收器的天线 是通过某种负载连通的，就会产生感应 电流。
如何处理？
在调制之前对二进制数串进行编码。 脉冲间隔编码(PIE): “1”：输出长时间的高功率跟随短暂的 低功率 “0”：输出短暂高功率跟随短暂低功率 缺点：二进制0其传输速率会比二进制1 的传输速率快很多
3.3 阅读器信号的调制与复用
• 频分多址（FDMA）技术，要求不同应用使用不同的载 波频率传输信息，而接收端接收器仅获取相应频率信号 来进行解调，而得到所需传输的数据。
3.3 阅读器信号的调制与复用
当m(t)也是正余弦信号时，根据三角函 数关系，有：
这种正弦调制将信号分为两个信号，称 为边带，一个频率高于载波（公式第一 项），一个低于载波（公式第二项）。 这表示在某个信号经过调制之后，得到 的信号频谱将会变宽，包含载波频率周 围的一段频率。
3.3 阅读器信号的调制与复用
任何物体在接受到某个电磁波之后会同 样传输这样一串电磁波。
接受器调制后辐射的电磁波能返回到传 输器的天线中，并产生能被识别的信号， 叫做反向散射信号。
3.4 反向散射机制与标签编码
接收器在某一时刻接收到的反射信号向量是空间中各种信号的矢量叠加
如下图所示，叠加导致了不确定性，如果想利用反向散射机制，就必须 设计某种编码机制使Fra Baidu bibliotek接收器能够根据这些变化识别信号，而不关心信 号的相位或振幅。
• 例如：ALR-9900阅读器，其工作频率是902.75MHz— 927.75MHz，在处理FDMA时阅读器将此段频率平均分 成50个频道，每个频道500KHz频率范围，阅读器通过 和标签在指定频率范围内通信来减少和其他信号之间的 冲突。
• 但虽然FDMA从理论上解决了多种信号冲突的问题，但 在实际应用中，仍然需要注意阅读器的部署，周围空间 中其它信号干扰等情况，以保证RFID阅读过程成功完 成。
• 低频和高频的RFID标签往往采用电感耦合的技术通信， 其通信距离短也正是因为磁场能量是按照距离的立方这 个速度进行衰减的
• 超高频和微波采用电磁发射原理，其能量是按照距离的 平方这个速度进行衰减的。
3.2 信号的电压与能量
变化电场可以通过电压或电流的时间函 数来描述其变化方式，我们认为电场的 电压一般可以转化为正弦波的描述形式
3.1 射频频谱与电磁信号传输
• RFID技术指是利用无线电波通信来识别RFID标签的一种方式，可 以实现非视距、无接触的识别。
• 一个RFID系统中通常需要包含RFID标签、RFID阅读器以及与之配 套的天线。工作流程如图3.1所示 • 终端控制阅读器发出查询命令 • 阅读器对查询命令进行编码和调制，并通过阅读器天线发送出 去 • 阅读器天线将查询信号利用无线信道发送给标签，并被RFID标 签内嵌的微型天线接收到 • 当末各RFID标签接收到的无线信号强度高于某一阈值，标签将 被激活并对阅读器信号进行解调和解码 • 根据阅读器的查询信号，标签生成带有特殊标志的返回信号， 编码调制后返回给阅读器天线； • 阅读器端利用阅读器天线不断扫描识别区域而获得标签返回的 标识符 • 阅读器对标签信号进行解调和解码工作并将其解码信息传输给 后台程序进行进一步处理。