《RFID原理与应用》-许毅陈建军-知识点总结

RFID原理和应用课程复习提纲

第一章

1、什么是RFID?

无线射频识别作为一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。常用的有低频（125k~134.2K）、高频（13.56Mhz）、超高频，微波等技术。 2、RFID技术特点

1快速扫描2体积小型化、形状多样化3抗污染能力和耐久性4可重复使用5穿透性和无屏障阅读6数据的记忆容量大7安全性

3、RFID系统的组成

RFID系统主要由阅读器、电子标签、RFID中间件和应用系统软件4部分构成。 4、阅读器的构成以及各部分的功能

组成：射频接口、逻辑控制单元和天线

天线：天线是一种能将接受到的电磁波转换为电流信号，或将电流信号转换为电磁波发射出去的装置。

射频接口模块：1产生高频发射能量，激活电子标签并为其提供能量2对发射信号进行调制，将数据传输给电子标签 3接受并调制来自电子标签的射频信号

逻辑控制模块：1与应用系统软件进行通信，并执行从应用系统软件发送来的指令2控制阅读器与电子标签的通信过程3信号的编码与解码4对阅读器和标签之间传输的数据进行加密和解密5执行防碰撞算法6对阅读器和标签的身份进行验证 5、电子标签分类、组成及各组成部分功能

根据工作原理的不同，电子标签分为利用物理效应进行工作的数据载体和以电子电路为理论基础的数据载体 6、RFID中间件的主要功能

1阅读器协调控制2数据过滤与处理3数据路由与集成4进程管理 7、RFID系统能量耦合方式和数据传输原理

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密耦合系统、遥耦合系统和远距离系统三类。数据传输原理P10 8、RFID系统的工作原理

阅读器通过天线向周围空间发送一定频率的射频信号;标签一旦进入阅读器天线的作用区域将产生感应电流，获得能量被激活;激活标签将自身信息编码后经天线发送出去;阅读器接收该信息，经过解码后必要时送至后台网络;后台网络中主机鉴定标签身份的合法性，只对合法标签进行相关处理，通过向前端发送指令信号控制阅读器对标签的读写操作; 9、RFID系统的性能指标

1射频标签的存储容量2工作方式3数据传输速度4读写距离5多个标签识别能力6射频标签与天线间的射频载波频率7RFID系统的连通性8数据载体9状态模式10能量供应 10、RFID系统的频率划分和作用距离

射频识别系统读写器发送的频率基本上划归4个范围：低频（30~300KHZ）、高频（3~30MHZ）、超高频（300MHZ）和微波（2.5GHZ以上）。根据作用距离，射频识别系统的附加分类：密耦合（0~1cm）、遥耦合（0~1m）和远距离系统（1~10m）。 11、RFID技术现状和面临的主要问题

问题：1. 标签成本问题2.标准制订问题 3.公共服务体系问题 4.产业链形成问题5.技术和安全问题

第二章

1、数字通信系统的特点和主要性能指标

特点：在传输过程中可实现无噪声积累、便于加密处理、便于设备的集成和微型化、占用的信道频带宽。指标：数据传输速率、信道频带宽度、误码率。 2、波特率与比特率的关系

波特率是指数据信号对载波的调制速率，即每秒钟通过信道传输的码元数。比特率是指每秒钟通过信道传输的信息量，也即单位时间内可传输的二进制位的位数。比特率=波特率*1bM 3、基带信号、编码、调制和已调信号的概念

基带信号：原始的电信号。编码与调制：将基带信号进行编码，然后抓换成适合在信道中传输的信号。解调与解码：在接收端进行反编码，然后进行解码的过程。已调信号：经过调制后的信号。 4、信号需要调制的原因和信号调制方法

原因：1工作频率越高带宽越大。当信号带宽加大时，可以提高无线系统的抗干扰，抗衰弱能力，还可以实现传输带宽与信噪比之间的互换；当信号带宽加大时，还可以将多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道的利用率。2工作频率越高天线尺寸越小。无线通信需要采用天线来发射和接收信号，如果天线的尺寸可以与工作波长相比拟，天线的辐射更为有效。由于工作频率与波长成反比，提高工作频率可以降低波长，进而可以减小天线的尺寸。

方法：幅移键控（ASK）（为简化射频标签设计成本多数射频识别系统采用ASK调制方式），频移键控（FSK），相移键控（PSK）、副载波调制。

5、RFID系统常用的编码方法：

反向不归零编码（高电平表示二进制1，反之为0）、曼切斯特编码（由高到低的电压跳变表示1，反之为0）、单极性归零编码（发出窄脉冲为1,不发送电流为0）、密勒编码（半个位周期任意边沿为1，下一个位周期电平不变为0）和变形密勒编码。

6、RFID系统编码方式的选择因素

编码方式的选择要考虑电子标签能量的来源、检错的能力和时钟的提取。 7、RFID常用的调制方法

ASK、FSK、PSK、副载波调制。 8、RFID系统常用的纠错编码方法：

1奇偶校验：奇校验（每个字节的1的个数为奇数，校验位置为0，反之为1）和偶校验（每个字节的1的个数为偶数，校验位置为0，反之为1）2纵向冗余校验（数据块所有字节按位加，结果即为校验字）3CRC（数据序列M(X)除以校验多项式G(X)的余数即CRC 的值）

9、无线通信系统的常用通信冲突的解决办法：空分多路SCDMA\\频分多路FDMA\\时分多路TDMA\\码分多路CDMA 10、RFID系统常用的防碰撞算法

1纯ALOHA算法：主要采用标签先发言的方式，即电子标签一旦进入阅读器的工作范围获得能量后，便向阅读器主动发送自身的序列号。在某个电子标签向阅读器发送数据的过程中，如果有其它电子标签也同时向该阅读器发送数据，此时阅读器接收到的信号就会产生重叠，导致阅读器无法正确识别和读取数据。阅读器通过检测并判断接收到的信号是否发生碰撞，一旦发生碰撞，阅读器则向标签发送指令使电子标签停止数据的传送，电子标签接到阅读器的指令后，便随机的延迟一段时间再重新发送数据。在纯ALOHA算法中，假设电子标签在t时刻向阅读器发送数据，与阅读器的通信时间为To，则碰撞时间为2T0。G为数据包交换量，S为吞吐率

（G=0.5时最大S=18.4%）

2时隙ALOHA算法：为提高RFID系统的吞吐率，可以把时间划分为多段等长的时隙，时隙的长度由系统时钟确定，并且规定电子标签只能在每个时隙的开始时才能向阅读器发送数据帧，这就是时隙ALOHA算法；根据上述规定可得，数据帧要么成功发送，要么完全碰撞，避免了纯ALOHA算法中部分碰撞的发生，使碰撞周期变为To；

（G=1时最大S=36.8%）

3动态时隙ALOHA算法：首先由阅读器把帧长度 N 发送给电子标签，电子标签则产生[1，N]之间的随机数，接下来各电子标签选择相应的时隙，与阅读器进行通信；如果当前时隙与电子标签随机产生的数相同，电子标签则响应阅读器的命令，若不同，标签则继续等待。假如当前时隙内仅有一个电子标签响应，阅读器就读取该标签发送的数据，读取完了以后就使该标签处于“无声”状态。如果当前时隙内有多个标签响应，则该时隙内的数据就出现了碰撞，此时阅读器会通知该时隙内的标签，让它们在下一轮帧循环中重新产生随机数参与通信。逐帧循环，直到识别出所有电子标签为止。

4二进制搜索算法：多个标签进入读写器工作场后，读写器发送带限制条件的询问命令，满足限制条件的标签回答，如果发生碰撞，则根据发生错误的位修改限制条件，再一次发送询问命令，直到找到一个正确的回答，并完成对该标签的读写操作。对剩余的标签重复以上操作，直到完成对所有标签的读写操作。

11、RFID采用的两种认证技术：相互对称认证和利用导出密钥的相互对称认证 12、RFID系统数据完整性的含义

13、RFID电子标签中的加密技术：对称密码体制和非对称密码体制

第三章

1、电子标签天线和阅读器天线的要求

1RFID天线必须足够小，必须能与电子标签有机结合，能满足部分应用特定方向性要求，能够提供最大可能的信号，天线的极化要能与读写器的询问信息相匹配，要具有应有的灵活性，要具有应有的可靠性，天线的频率和频带要满足技术标准，要具有一定的健壮性，要足够便宜

2读写器天线的要求：读写器天线设计要求低剖面，小型化；读写器天线设计要求多频段覆盖。 2、低频、高频、微波频段RFID天线的特点以及主要种类

低频和高频RFID天线的特点：1天线都采用线圈的形式2线圈的形式多样，可以是圆形圈，也可以是矩形环3天线的尺寸比芯片的尺寸大很多，电子标签的尺寸主要的h由天线决定的4有些天线的基板是柔软的，适合粘贴在各种物体的额表面5由天线和芯片构成的电子标签，可以比拇指还小5由天线和芯片构成的电子标签，可以在条带上批量生产

微波RFID天线特点：1微波RFID天线的结构多样2很多电子标签天线的基板是柔软的，适合粘贴在各种物体的额表面3天线的尺寸比芯片的尺寸大很多，电子标签的尺寸主要的h由天线决定的4由天线和芯片构成的电子标签，可以在条带上批量生产5由天线和芯片构成的电子标签尺寸很小6有些天线提供可扩充装置，来提供短距离和长距离的RFID电子标签。

3、RFID天线的主要制造工艺：线圈绕制法、蚀刻法和印刷法

4、导电油墨天线技术的特点：成本低、导电性好、操作容易、无污染、使用时间短

第四章

1、电感耦合方式RFID系统阅读器和标签天线采用的电路形式以及电路特点 2、掌握负载调制的基本原理

3、微波电磁反向散射方式射频前端的构成及工作原理（远距离RFID系统\\微波RFID系统）

4、混频器的作用：可以将输入信号的频率升高或降低而不改变原信号的特性。混频器的典型应用是在射频的接收系统中，混频器可以将较高频率的射频输入信号变换为频率较低的中频输出信号，以便更容易对信号进行后续的调整和处理。

第五章

1、电子标签根据工作原理可以分为哪两大类及其特点

根据工作原理的不同，电子标签分为利用物理效应进行工作的数据载体和以电子电路为理论基础的数据载体。特点？ 2、射频法一位电子标签工作原理：射频法工作系统由读写器、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fR上。射频法工作系统由读写器发出某一频率fG的交变磁场，当交变磁场的频率fG与电子标签的谐振频率fR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。

3、声表面波标签的主要特点：1实现电子标签的超小型化2实现电子器件的优越性能3易于工业化生产4性能稳定 4、电感耦合电子标签和电磁反向散射工作方式电子标签的模拟前端的构成

电感耦合工作方式的模拟前端：当电子标签进入读写器产生的磁场区域后，电子标签通过与读写器电感耦合，产生交变电压，该交变电压通过整流、滤波和稳压后，给电子标签的芯片提供所需的直流电压。当电子标签与读写器的距离足够近时，电子标签的线圈上就会产生感应电压，RFID电感耦合系统的电子标签主要是无源的，电子标签获得的能量可以使标签开始工作。

电磁反向散射工作方式的射频前端有送电路、接收电路和公共电路三部分。 5、具有存储功能的电子标签和具有微处理器标签的特点

具有存储功能的电子标签主要特点是利用状态自动机在芯片上实现寻址和安全逻辑。 具有微处理器的电子标签特点：？

6、MIFARE卡主要技术特点或参数（带有微处理器和不带有微处理器） P159

7、电子标签的主要发展趋势：1作用距离更远2无源可读写性能更加完善3适合高速移动物体识别4快速多标签读/写功能5一致性更好6强磁场下的自保护功能更完善7智能性更强、加密特性更完善8带有传感器功能的标签9带有其他附属功能的标签10具有杀死功能的标签11新的生产工艺12体积更小13成本更低

第六章

1、读写器的硬件组成及各部分功能

读写器的主要功能是将数据加密后发送给电子标签，并将电子标签返回的数据解密，然后传送给计算机网络。读写器的硬件一般由天线、射频模块、控制模块和接口组成。控制模块功能：1与应用软件进行通信，并执行应用软件发来的命令2控制与电子标签的通信过程3通信的编码与解码4执行防冲突算法5对电子标签与读写器之间传送的数据进行加密和解密6进行电子标签与读写器之间的身份验证。射频前端主要发送电路和接收电路够格称，用以产生高频发射功率，并接收和解调来自电子标签的射频信号。读写器接口实现读写器控制模块与应用软件之间的数据交换。天线发射活接受无线电波。 2、低频读写器的构成和工作原理，结合考勤系统说明（运用U2270B芯片构成）

低频读写器主要工作在125KHZ，可用于门禁考勤、汽车防盗和动物标示。由U2270B构成的读写器模块，关键部分是天线、射频读写基站芯片U2270B和微处理器。工作时，基站芯片U2270B通过天线以约125KHZ的调制射频信号为RFID卡提供能量，同时接收来自RFID卡的信息，并以曼彻斯特联编码输出。

3、高频读写器的构成和工作原理，结合MF RC500和AT89S51芯片构成的系统说明

高频读写器主要工作在13.56MHZ，典型的应用有我国第二代身份证、电子车票和物流管理等。基于AT89S51和MF RC500的读写器系统主要由AT89S51、MF RC500、时钟电路、看门狗、MAX232和矩阵键盘等组成。系统先由MCU控制MF RC500，驱动天线对MIFARE卡进行读写操作，然后与PC通信，把数据传给上位机。 4、微波读写器的构成和工作原理

微波读写器硬件包括基带处理电路、射频发射电路和射频接收电路3个部分。