选用教材：RFID原理及应用（清华大学出版社）

什么是RFID RFID的发展史 RFID的构成及各模块功能 RFID的几种分类 RFID的应用领域

RFID技术，又称射频识别，是一种通信技术，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。— 百度百科

RFID技术是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号识别目标对象并获取相关数据，可快速的进行物品追踪和数据交换。—《射频识别技术与应用》

RFID技术是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号的空间耦合实现非接触式的信息传递，从而达到识别的目的。—《RFID原理与技术》

快速扫描 体积小型化，形状多样化 抗污染能力，耐久性 可重复使用 穿透性，无需无屏障阅读 数据记忆容量大 安全性

与电子标签的通信 接受来自主机系统的控制指令 分类：只读、读写

（供能）产生高频发射能量，激活电子标签，为其提供能量 （写）调制发射信号，传输数据给电子标签 （读）接受，调制来自标签的射频信号

与应用系统进行通信，执行接收的指令 控制阅读器与电子标签的通信过程 信号的编解码 数据的加密和解密 防碰撞算法 对阅读器和标签进行身份验证

功能 接收到的电磁波>>>电流信号 电流信号>>>要发射的电磁波

天线发射电磁波>>>电磁场>>>激活和识别电子标签 天线的电磁场范围即是阅读器的可读区域

磁卡是将具有信息存储功能的特殊材料以液体磁性材料或磁条为信息载体，将宽6～14 mm的磁条压贴在卡片上制作而成。

磁条上有三条磁道，前两条为只读磁道，第三条为读写磁道。

智能卡又称集成电路卡（IC卡），内部带有微处理器和存储单元等部件。

IC卡的芯片具有写入和存储数据的能力，IC卡存储器中的内容可以根据需要有条件地供外部读取，或供内部信息处理和判定之用。

超大规模集成电路技术、计算机技术以及信息安全技术等发展结合的产物。

按照与外界数据传送的形式来分，IC卡分为接触式和非接触式两种。

IC卡的芯片全部封于卡内，无暴露部分 卡内嵌有微型天线，与读卡器非接触的通信 通过无线电波或电磁场感应来交换信息 将射频识别技术和IC技术结合起来 解决了无源，非接触这两大难题

非接触式IC卡是一种典型的电子标签。若改变非接触式IC卡封装形式，则可呈现形式多样的外观，统称为射频电子标签。优点：可靠性高、操作方便、防碰撞、可以适用于多种应用、加密性能好。

电子标签也叫智能标签，由IC芯片和无线通信天线组成的微型标签。电子标签内部模块：天线和芯片。芯片由电压调节器、调制器、解调器、逻辑控制单元、存储单元组成。

电压调节器：将从阅读器接收的射频信号转换为直流电源，经大电容存储能量，经稳压器后为芯片提供电源（无源标签）

调制器：将要发送的数据调制后加载给天线 解调器：去除载波，获得真正的信号信息 逻辑控制单元：读取，分析阅读器送来的信号，根据要求回送数据 存储单元：系统运行和存放数据的位置

电子标签和应用程序之间的中介。主要功能：阅读器协调控制、数据过滤与处理、数据路由与集成、进程管理。

存储器标签：由地址和安全逻辑单元进行数据处理和访存操作。

微处理器标签：集成电路中含有CPU、EEPROM、随机存储器（RAM）以及片内操作系统（COS）。

EEPROM：电可擦写可编程只读存储器。这种存储器可以在加电的情况下，实现对原来数据的擦除和数据的重新写入。

有源（主动式）：可主动侦测阅读器并传送信息 无源（被动式）：天线接收电磁波唤醒芯片工作，转化的电力同时用来回传信号 半有源（半主动式）：内装电池仅用于驱动标签芯片，不主动传输数据

​ 低频：30～300 kHz ​ 高频：3～30 MHz ​ 超高频：300 MHz～1 GHz （未来主流） ​ 微波：2.45 GHz以上

内置式 卡式 粘贴式 悬挂式 其他形式

主动式标签 被动式标签

只读、一次写入只读、读写、含有片上传感器的可读写、含有收发信机的可读写电子标签。

EAS系统 便携式数据采集系统 物流控制系统 定位系统

双频技术的射频识别系统同时具有较强的穿透能力、较远的识别距离以及高速的识别能力。

在双频系统中，发送数据和接收数据采用不同的工作频率。 读写器不断地产生低频编码电磁信号，用来激活进入有效范围的双频标签； 同时读写器将接收天线接收的来自双频标签的高频载波信号放大，再解调出有效的数字信号。

（远距离）电磁耦合：读写器将射频能量以电磁波的形式发送 （近距离）电感耦合：读写器与射频标签之间的射频通道并没有向空间辐射电磁能量

系统工作过程中，空间传输通道发生的过程归结为三种事件模型： 目的：数据交换 实现形式：时序 实现基础：能量

读写器向标签供给射频能量 无源标签：该能量即为其工作所需能量；一般转换为直流电源储存于标签电容； 半无源标签：该能量能唤醒标签进入工作状态； 有源标签：不依赖该能量工作；发射能量小；通信距离远

读写器先讲 标签先讲

多标签识别： 读写器先讲：隔离指令 标签先讲 需要防碰撞功能

有线写入 无线写入

只接受能量激励 同时接受代码命令

（单向）被唤醒即反射标签信息 （半双工双向）被唤醒后根据指令转入不同状态

数字通信基础 信号的编码与调制 数据传输的完整性 数据安全性

数字通信系统是利用数字信号来传输信息的通信系统。

信源编码与信源译码：完成模拟、数字信号转换 信道编码与信道译码：增强信号抗干扰能力，提高传输的可靠性

数字调制：改变载波参数，使其按照传输信号的特点变化而变化的过程；通过将数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号

数字通信的发送模型，流程是：

信源编码-信道编码-加密-载波调制

避免噪声积累 便于加密 便于集成，微型化 占用较宽的信道频率

传输速率：bps，kbps… 信道带宽：Hz，kHz… 频带利用率 = bps / Hz 误码率：传输错误码元数 / 传输总码元数

以读写器向电子标签传输数据为例：

读写器中信号经过信号编码、调制器及传输介质（无线信道），以及电子标签中的解调器和信号译码等处理。

模拟信号：幅度、频率或相位随时间做连续变化 数字信号：幅度的取值是离散的

信号的完整性 信号的安全性 便于存储，处理和交换 设备便于集成化，微型化 便于构成物联网，易与互联网结合

时序系统： 读写器发射能量，激活电子标签，为其电容充电 读写器停止发射能量，标签利用储能向读写器发送信号

全双工系统

半双工系统

由通信协议所规定：

​ 电磁波在空间传播的渠道（无线信道） ​ 电磁波的引导传播渠道（如电缆信道）

​ 信号所拥有的频率范围 ​ 能够通过的最高频率 - 能够通过的最低频率 ​ 单位：Hz

​ 每秒钟传输的二进制比特（bit）数；比特率 ​ bps，或b/s

​ 每秒钟通过信道的码元数 ​ 设1码元的状态可用M个离散电平个数表示，则 ​ 比特率 = 波特率 x lb(M) lb：以2为底的对数

​ 如用N表示单个码元的二进制位数，则 ​ M = 2^N，或 N = lb(M) ​ 例：N=3位的二进制数可以表示M=8个不同的数值

​ 两相调制：1个码元使用一个bit，则M=2；N=1 ​ 四相调制：1个码元使用两个bit，则M=4；N=2 ​ 八相调制：1个码元使用三个bit，则M=8；N=3

​ 理想信道：奈奎斯特准则 ​ 最高波特率 = 2 x 信道带宽 ​ 信道容量 = 2 x 信道带宽 x M ​ 受高斯白噪声干扰的信道：香农定理 ​ 信道容量 = 信道带宽 x lb(1 + 信号功率/噪声功率) ​ C = Blb(1+S/N) ​ 信号功率/噪声功率：信噪比

​ 特征： ​ 带宽越大，容量越大 ​ 信噪比越大，容量越大

信号编码的作用是使对发送端要传输的信息与信道相匹配，防止信息受到干扰或发生碰撞。根据编码目的不同，可分为信源编码和信道编码。

互不包含！

调制器用于改变高频载波信号，使得载波信号的振幅、频率或相 位与要发送的信号相关。信号需要调制的因素包括：

低频信号无法产生迅速变化的电场和磁场，同时它们的波长又太大，如20 000 Hz频率下波长仍为15 000 m，要求超大天线。因此，要把信号传输出去，必须提高频率，缩短波长。常用的一种方法是将信号“搭乘”在高频载波上，即高频调制，借助于高频电磁波将低频信号发射出去。

信源编码是指将模拟信号转换成数字信号，或将数字信号编码成更适合传输的数字信号。

为了保证系统的正常工作，信道编码方式必须保证不中断读写器对电子标签的能量供应。

数据编码一般又称为基带数据编码，常用的数据编码方法有反向不归零编码、曼彻斯特编码、密勒编码、修正密勒编码等。

反向不归零编码 单极性归零编码 曼彻斯特编码 差动双相编码 密勒编码 变形密勒编码

高电平表示二进制“1”，低电平表示二进制“0”

正的高电平表示“1”，负的高电平表示“0”

高电平表示二进制“1”，低电平表示二进制“0” 高电平持续时间小于一个调制周期，即脉冲在小于码的间隔内电平归零

一个调制周期内的10表示“1”，-10表示“0”

电平翻转表示“0”，电平保持表示“1” USB2.0采用的编码方式

归零码、双相码 半个位周期时电平由高变为低表示“1”，由低变为高表示“0”。 10>>>1;01>>>0 半周期的跳变即做时钟信号又做数据信号 10M以太网采用的编码方法

携带时钟信号，自同步，不需要填充位 损失带宽，但对高速信号影响较小 有利于发现传输碰撞错误：多信号叠加抵消产生不跳变

归零码、双相码 半周期时跳变； 周期起始处电平跳变表示“0”，电平保持表示“1”。 半周期的跳变只做时钟信号 用途：令牌环网络

电平变化不多于曼彻斯特

每周期开始时电平反向 半周期时电平跳变表示“0”，半周期时电平保持表示“1”

11/00表示1；01/10表示0 容易重建位同步

数据“1”：码元起始不跳变；中心点出现跳变 数据“0”： 单个“0”：码元边界处电平不跳变，在码元中间点电平也不跳变 连续两个“0”：使连续两个“0”之间的边界处发生电平跳变

以2倍时钟频率读入位值后再判决 读出0→1的跳变后，表示获得了起始位，然后每两位进行一次转换： 01和10都译为1 00和11都译为0。

每位数据中间有个窄脉冲表示“1”， 数据中间没有窄脉冲表示“0”， 有连续的“0”时，从第二个“0”开始在数据的起始部分增加一个窄脉冲。

如果有两个连续的位开始和中间部分都没有窄脉冲，则表示无信息。

​ 时序X：在位中部产生一个窄凹槽；>>>逻辑1 ​ 时序Y：在整个位期间不发生调制；>>>逻辑0 ​ 时序Z：在位的开始处产生一个窄凹槽。

例外1：两个或者更多的连续0：从第二个0开始采用时序Z； 例外2：直接与起始位相连的所有0，用时序Z表示。

数据传输开始时用时序Z表示。 数据传输结束时用逻辑0加时序Y表示。 无信息传输时用至少两个时序Y表示。

用这三种时序对数据帧进行编码即修正密勒码。

电子标签的能量来源 电子标签的检错能力 电子标签时钟的提取

在读写器与电子标签的无线通信中，最主要的干扰因素是信道噪声和多标签操作。

差错控制编码的基本实现方法是在发送端将被传输的信息附上一些监督码元，这些多余的码元与信息码元之间以某种确定的规则相互关联（约束）。

接收端则按照既定规则校验信息码元与监督码元之间的关系，差错会导致信息码元与监督码元的关系受到破坏，因而接收端可以发现错误乃至纠正错误。

根据监督码元的用途，可分为检错码和纠错码。

校验和：差错控制编码 多路存取：信道复用 防碰撞：降低信号干扰

信息码元又称为信息序列或信息位，这是发送端由信源编码得到的被传输的信息数据比特，通常用K来表示。在二元码的情况下，由信息码元组成的信息码组为k个，不同信息码元取值的组合共有2k个。

监督码元又称为监督位或者附加数据比特，这是为了检纠错码而在信道编码时加入的判断数据位。监督码元通常以r 来表示，即有如下关系： n=k+r 式中，经过分组编码后的总长为n位，其中信息码长（码元数）为k位，监督码长（码元数）为r位。

许用码组：根据规则合法的分组编码

禁用码组：不合法的分组编码

发送端编码任务：寻求某种规则从总码组中选出许用码组 接收端解码任务：利用相同的规则来判断及校正收到的码字符合许用码组。

编码效率：码字中信息位占总码元数的比例，直接影响信道中用来传输信息码元的有效利用率。编码效率的计算公式为

一般情况下，监督位越多（即r越大)，检纠错能力越强，但相应的编码效率也随之降低了。

码字：若干个码元组成，如10011001。

码长：码字的总位数。“01001”的码长为5，“100101”的码长为6。

码元距离：两个等长码字之间对应码位上码元不同的个数，简称码距，也称为汉明距。

码距反映的是码字之间的差异程度，如00和01的码距为1，011和100的码距为3。多个码字之间相互比较，可能会有不同的码距，其中的最小值被称为最小码距，它是衡量编码纠/检错能力的重要依据。

在线性分组码中，所有码组的k位信息码元在编码前后保持原来形式的码称为系统码，反之就是非系统码。系统码与非系统码在性能上大致相同，系统码的编/译码都相对比较简单，因此得到了广泛的应用。