8射频识别技术

工作频率
低频Low Frequency(LF)
低频的最大优点在于其标签靠近金属或液体的物品能 够有效发射讯号，不像其他较高频率标签的讯号会被 金属或液体反射回来，但缺点是读取距离短、无法同 时进行多标签读取以及资讯量较低，一般应用于门禁 系统、动物晶片、汽车防盗器和玩具等。
高频 High Frequency(HF)：主要规格 13.56MHz
有相同序列号的应答器响应为止 2.二进制搜索法
二进制搜索法
读写器发出一个请求命令，以从一组应答器中选择其 中之一
读写器通过合适的信号编码，确定发生冲突的准确比 特位置，从而对应答器返回的数据做出进一步的判断， 发出另外的请求命令，以最终确定读写器作用范围内 的所有应答器
读写器控制法(减少冲突应答器集合)
如何解决冲突
读写器一标签:类似于无线电广播，多个接收机(标签) 同时接收同一个发射机(读写器)发出的信息。
标签一读写器:称为多路存取，使得在读写器作用范围 内多个标签的数据同时传送给读写器。
可以借鉴无线电通信系统中多路存取的方法解决冲突 问题
射频识别系统中常用的多路存取方法
空分多路法(SDMA) 频分多路法(FMDA) 时分多路法(TDMA)
空分多路法
空分多路(Space Division Multiple Access）法可以 理解为在分离的空间范围内重复使用确定的资源
应用到无线射频识别中，一般有两种方式: 使用多个读写器，并将它们的天线安置在一个阵列中，
当应答器进入不同的天线作用区内的时候，对应的读 写器可以读取应答器中的数据 控制天线依次对准每个应答器或者应答器逐次对准天 线
READ-DATA一读出数据:选中的应答器将存储的数据 发送给读写器，此命令属于上层通信命令。
标签控制法(随机的冲突分析) 读写器控制法(减少冲突应答器集合)
标签控制法(随机的冲突分析)
每个应答器随机选择一个时间槽，如果发生冲突，应 答器就换成另外的时间槽
开关断开法:应答器成功完成数据交互后，通过读写器 发出的命令进入“静止”状态，即不再发送自己的序 列号和数据
标签控制法(随机的冲突分析)
成功识别所有应答器的概率由应答器数目和时间槽总 数决定
应答器数目：进行多次试探性读取并根据结果估计 时间槽总数：根据估计结果进行调整
优点:可以在比较短的时间内识别出大部分的应答器 缺点:最后可能会产生一定的误差
读写器控制法(减少冲突应答器集合)
每次找到一个应答器，成功后就沉默 应答器依次产生响应 1.轮询法:所有的序列号被读写器依次询问，直至某个
应答器(PICC)到读写器(PCD)的数据传输
负载调制
防冲突ห้องสมุดไป่ตู้制
TYPE A的防冲突机制被称为“位冲突检测协议” 或“二进制检索树算法”，应用的是减少冲突 的应答器集合的思想
TYPE B的防冲突机制又称为“ALOHA"法，应 用的是随机的冲突分析思想
TYPE A的相关命令
REQUEST（SNR）一请求(序列号):此命令发送一序列 号作为参数给应答器。应答器把自己的序列号与接收 的序列号比较，如果是自己的序列号小于或等于接收 的序列号，则此应答器回送序列号给读写器，由此来 缩小应答器的冲突范围。
数据编码方法
数据完整性
数据完整性用来描述数据传输过程中一组、一帧或者 一包数据的内在关联一致性。
数据完整性
采用非接触技术传输数据时，很容易遇上干扰，使传 输数据发生改变，因而导致传输错误，通常采用数据 检错与纠错算法来解决
常采用的方法有奇偶校验、纵向冗余校验、循环冗余 校验
奇偶校验法
把一个奇偶校验位组合到每一字节中 (即每字节发送9 位)
读取距离约10-100公分； 优点在于传输速度较快且可进行多标签辨识； 缺点是于环境干扰较为敏感，在金属或较潮湿的环
境下，读取率较低；
应用于门禁系统、悠游卡、电子钱包、图书管理、 产品管理、文件管理、栈板追踪、电子机票、行李 卷标；
超高频Ultra High Frequency(UHF)
可采用蚀刻或印刷的方式制造，因此成本较低，读 取距离约5-6公尺；
RFID远距离识别车辆管理系统示意图
RFID应用
如果每个商品上都贴有RFID标签的话，只要将整个购物车推过 一道装有感应器的门，即可瞬间完成结帐，既方便又有效率。
RFID应用
公交卡
RFID应用
RFID应用于汽车制造
RFID系统组成
一套典型的RFID系统由电子标签（Tag）、读写器(Reader) 和Middleware & A.P.中介和应用系统构成。
通过数据编码与数据完整性校验，纠正数据传输中的 某些差错
通过多次重发、比较剔除出错的数据并保留判断为正 确的数据
识读率与误读率
多目标识别与系统防冲突
冲突
由于无法预知读写范围内的应答器的情况，因 此从读写器到应答器的数据传输只能采用广播 形式，即读写器发送的信号被所有应答器同时 接收。
此时，由于同一标准的应答器采用的频率是一 样的，因此如果多个应答器同时发送数据必然 会导致读写器读到的数据面目全非，这就是所 谓的冲突。
SE LECT（ SN R）一选择(序列号):此命令将某个己经 识别出来的序列号作为参数发送给应答器来选择该应 答器。具有相同序列号的应答器将以此作为执行上层 通信命令的切入开关，即没有相同序列号的应答器将 对上层通信命令不予响应。具有不同序列号的应答器 只对REQUEST 命令应答。
TYPE A的相关命令
优点:在足够长的时间内总可以识别出所有的应答器 缺点:在某些情况下，可能在不匹配任何应答器的序列
号上耽搁太长时间
ISO14443 和ISO15693
ISO14443:Proximity Coupling ISO15693:Vicinity Coupling
耦合类型
密耦合:0~1cm. 30M以下频率，通常是插入读写器中 或者放置到读写器天线的表面，适合安全性较高，作 用距离无要求的应用系统，如电子门锁、饭卡。
特性和应用领域与超高频段相似，但是对于环境的敏 感性较高.
数据传输协议与方式
数字调制 数字调制是指用数字数据调制模拟信号，主要
有三种形式：移幅键控法ASK、移频键控法FSK、 移相键控法PSK
数据传输协议与方式
数字调制的三种方式
数据编码方法
反向不归零码(Non Return to Zero ） 曼彻斯特编码(Manchester） 单极性归零编码(Unipolar RZ） 差动双项编码(DBP） 米勒编码(Miller) 差动编码 脉冲宽度编码(Pulse Width Modulation) 脉冲位置编码(Pulse Position Modulation
控制天线依 次对准每个 应答器或者 应答器逐次 对准天线
空分多路法的缺点
复杂的天线系统 相当高的实施费用 一般应用于某些特殊应用场合
频分多路法
频分多路(Frequency Division Multiple Access FDMA)法是把若干个使用不同载波频率的传输通路同 时供通信用户(应答器)使用的方法
无线射频识别技术
目录
无线射频识别技术基本工作原理 无线射频识别的数据传输协议与安全性 数据完整性 多目标识别与系统防冲突
无线射频识别技术基本工作原理
无线射频识别技术(Radio Frequency Identification) 是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射 频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)传输特性，实现 对被识别物体的自动识别。
在射频识别的下行通路(从读写器到应答器)的频率固 定的情况下，上行通路(从应答器到读写器)中，应答 器可以采用各自独立的副载波频率(如在某个频率范围 内)来进行数据传输
频分多路法的缺点
每个接收通路必须有自己单独的接收器，以接收不同 频率的应答器信号
局限性更大，读写器的成本很高
时分多路法
时分多路(Time Division Multiple Access，TDMA)法 是把整个可供使用的通路容量按时间槽分配给多个用 户(应答器)使用的方法，可以分为:
表带型
卡片型
钥匙型
试管型
钮扣型
电子卷标
智能型标签
钮扣型
RFID标签的类型
依据电子标签供电方式的不同，电子标签可以分为有 源电子标签(Active tag)、无源电子标签(Passive tag)和半无源电子标签(Semi—passive tag)。有源 电子标签内装有电池，无源射频标签没有内装电池， 半无源电子标签(Semi—passive tag)部分依靠电池 工作。
接收端对接收到的数据进行与发送端相同的校验方法 优点：简单，且广泛使用 缺点：识别错误的能力低
纵向冗余校验法（LRC）
纵向冗余校验法（LRC）
优点：算法简单 缺点：多个错误可能相互抵消 主要用于快速校验很小的数据块 对容量较小的标签(每次交互数据量不大)比较适合
循环冗余校验法（CRC）
遥耦合:1m，分为近耦合（典型作用距离15cm）和疏 耦合（1m）
远距离系统:1~10m
ISO14443 和ISO15693
ISO 14443和ISO 15693标准在1995年开始操作，单个 系统于1999年进入市场，两项标准的完成则是在2000 年之后
二者皆以13.56MHz交变信号为载波频率 ISO15693读写距离较远，当然这也与应用系统的天线
形状和发射功率有关 ISO 14443读写距离稍近，但应用较广泛，目前的第
二代电子身份证采用的标准是ISO14443 TYPE B协议
ISO14443 和ISO15693
高频频段为技术成熟的非接触式智能卡采用， 囿于通信速率和安全性需求，非接触式智能卡 的工作距离一般在10cm 左右。高频频段中的 ISO15693 规范通过降低通信速率使通信距离 加大，通过大尺寸天线和大功率读写器，工作 距离可以达 1 米。
RFID标签
RFID电子标签： 是射频识别系统 的数据载体，电 子标签由标签天 线和标签专用芯 片组成，每个标 签具有唯一的电 子编码，附着在 物体上标识目标 对象。
RFID标签的类型
依据封装形式的不同可分为信用卡标签、线形标签、 纸状标签、玻璃管标签、圆形标签及特殊用途的异形 标签等。
RFID标签的类型
ISO 14443
对近耦合卡(Proximity integrated circuit card)的物理特性、频谱功率、信号接口和通 信协议等方面进行了详细的规定
对应的读写器为PCD (Proximity Coupling Device)
分为TYPE A和TYPE B两种类型
读写器(PCD)到应答器(PICC)的数据传输
干扰与抗干扰
标签 1 标签错误的响应读写器的命令 2 标签工作状态的混乱 3 可写入标签错误的进入体眠状态 读写器 1不能识别正常工作的标签，误判标签故障 2 将一个标签判别为另外一个标签，造成识别错误
可能的抗干扰措施
通过标签与读写器通信约定的数据完整性方法，检验 出受到干扰出错的数据
通过数据编码提高数据传输过程中的抗干扰能力，使 得数据传输中不容易受到干扰
RFID标签的类型
被动式(Passive)与主动式 (Active) Tag
工作频率
读写器发送无线信号时所使用的频率被称为无线射频 识别系统的工作频率
低频LF（125-134KHz) 高频HF（13.56MHz） 超高频UHF（433MHz，860-960MHz） 微波（2.45GHz)
无线射频识别技术基本工作原理
被动式标签工作流程图
RFID应用
带有RFID芯片的第二代身份证及读写设备
RFID应用
汽车钥匙中含有特定的应答器，在汽车上装有阅读器。当钥匙 插入到点火器中时，阅读器能够辨识钥匙的身份。如果阅读器 接收不到射频卡发送来的特定信号，汽车的引擎将不会发动。
RFID应用
优点在于读取距离较远、信息传输速率较快，而且 可以同时进行大数量标签的读取与辨识，目前已成 为市场的主流；
缺点是在金属与液体的物品上的应用较不理想； 应用于航空旅客与行李管理系统、货架及栈板管理、
出货管理、物流管理、货车追踪、供应链追踪； 技术门坎高是未来发展的主流
微波Microwave(MW)