2.物联网射频识别，RFID通信原理，RFID读写器与标签无线交互方式、数据反馈方式，RFID调制与解调、编码方式，不同RFID标签与读写器

一。RFID无线识别的原理

1.RFID系统无线通信基本原理

        如下图所示，左边是读写器（刷卡器），右边是标签（卡），中间通过无线通信方式。

标签：（卡）

读写器：（刷卡机）

问题：无源RFID标签如何取电？即没有电源的卡如何取电？

        无源RFID的天线接收从读卡器上传递过来的电磁场能并把能量转化为射频能，射频能通过建波变为电能。即电生磁，磁再生电。

2.读写器与标签之间的无线电波交互方式

补充：RFID按频段分类

        我们可以看到工作原理是电感耦合，电磁反向散射耦合，这就是读写器与标签之间的电波交互。下面详细分析他。

<1>电感耦合

（1）使用的原理是线圈互感（高中时期学的两个线圈的电磁感应）。

（2）注意只能发生在近场，原因是电感耦合发生在低频。

<2>电磁反向散射耦合

（1）类比雷达，当电磁波遇到空间目标时，其能量的一部分被目标吸收，另一部分以不同的强度散射到各个方向。

（2）在散射的能量中，一小部分反射回发射天线，并被天线接收(因此发射天线也是接收天线)，对接收信号进行放大和处理，即可获得目标的有关信息。

3.标签是如何将数据反馈给读写器的

<1>电感耦合中的负载调制

（1）接通和关断在电子标签天线线圈处的负载电阻Rmod，会造成读写器天线的电压变化，这将影响读写器天线上电压的幅度。

（2）通过数据控制电子标签负载电阻的接通和断开，这些数据将能从电子标签传送到读写器。

<2>电磁反向散射中的负载调制

（1）标签天线的反射性能受到连接到天线的负载变化的影响，因此可以采用负载调制方法实现反射调制。

（2）通过与天线并联一个附加负载电阻或电容，传输的数据流控制该电阻或电容的接通和断开，从而完成对标签反射功率的振幅调制。

        由此可见两种调制方式原来类似，都是通过并联一个可变化的电阻或者电容，来控制线圈或者天线的输出电压，通过这个变化的电压向外传递信号0与1。

---

二。RFID无线通信中的调制

1.无线通信为什么需要调制

（1）无线通信中信道的概念

    1.无线通信中的信道是发送端和接收端之间通路的一种形象比喻，无线信道也就是常说的无线的“频段（Channel）”

    2.信道的频带宽度：允许传输的频率范围，例如，我国将840~845MHz和920~925MHz分配给RFID使用，则信道的频带宽度是2个5MHz。

    3.信道容量：单位时间内能可靠传输的最大信息量，和频带宽度以及信噪比成正比。

（2）无线通信为什么需要调制

    1.数字基带信号不适于无线传输，所以，把数字基带信号搬移到射频，用射频进行无线传输，以适应信道传输的要求。将基带信号搬移到射频的过程称为调制，其逆过程称之为解调。

（1）原因1：基带信号因为频谱过宽，无法直接传输。

（2）原因2：利于信道复用，一般每个被传输信号的带宽小于信道带宽，可以将基带信号搬移到信道内不同频点传输。

（3）原因3：提高抗干扰能力，使接收端解调增益更高。

（4）原因4：对无源RFID标签，需要载波提供能量。

2.RFID系统常见的调制方法

（1）振幅键控（ASK）

14443-A 读写器-标签 100%ASK

14443-B 读写器-标签 10%ASK

14443-A 标签-读写器 100%ASK(副载波847k)

18000-6C 读写器-标签 80%~100%ASK

（2）频移键控

18000-7(433MHz) 读写器-标签

（3）相移键控

14443-B 标签-读写器(副载波847k)

（4）副载波调制

目的是方便读写器检出标签反馈的信号，电感耦合方式常用

---

三。RFID无线通信中的编码

1.无线通信为什么需要编码

    1.编码分为信源编码和信道编码，本处讨论的是信道编码。

    2.信道编码是指对待传输（二进制）数据进行适当变换，使其更利于传输，接收端需要解码。

        原因1：是克服数字信号中连续的0或者1，产生的直流分量。

        原因2：是为接收端提供可靠的时钟同步信号。

        原因3：可以增加监督码元，增加抗干扰能力。

2.RFID系统常见的编码方法（计算机网络有详细设计）

（1）反向不归零码

1.反向不归零 (NRZ)编码

（1）有直流

（2）不能直接提取同步信号

（3）一般用于近距离传输

例如：14443-B读写器和标签双向

（2）曼彻斯特编码

1.曼彻斯特(Manchester)编码

（1）负脉冲表示1，正脉冲表示0

（2）自同步编码

（3）构成比特数据的校验

例如：14443-A标签到读写器

（3）米勒编码

1.米勒(Miller)编码

（1）改进的Manchester编码

（2）中心点有电平转换表示1，没有表示0

（3）连续的0则在码结束点进行电平转换

（4）接收器容易建立节拍

例如：14443-A读写器到标签

（4）双向空间编码

1.双向空间编码(FM0)

（1）0在位中间和边沿均发生电平转换

（2）1只在位边沿发生电平转换

例如：18000-6C的标签到读写器

（5）脉冲间隔编码

1.脉冲间隔编码(PIE)

（1）是0和1有不同时间间隔的一种编码方式

（2）有4种编码符：0，1，SOF，EOF

（3）数据按帧传送，由SOF，命令数据和EOF组成

（4）作为读写器到标签的编码使用，比其他编码有更长的充电时间，可以为标签提供更多的能量

例如：18000-6C读写器到标签

---

四。RFID系统中的标签和读写器

1.RFID系统中标签和读写器基本组成

2.不同频段RFID系统中的标签和读写器

（1）低频RFID系统中的标签和读写器

常见标签芯片有T5577和EM4200等。

读写器一般由单片机+射频调制解调电路组成，对外多为串口。

（2）高频RFID系统中的标签和读写器

常见标签芯片有MIFARE Class , MIFARE Ultralight, NTAG212等。

读写器一般由单片机+专用读写接口芯片组成，如MFRC522、CLRC663、ST25R3911、FM17550、Si522等，对外多为串口、USB口。

（3）超高频RFID系统中的标签和读写器

常见标签芯片有Impinj的Monza 4和NXP的UCode7 等。

读写器一般由专用读写接口芯片组成，如Indy R2000、ST25RU3993、FM13RD1616等，对外多为串口。

四个问题：

1) RFID按频段不同，工作原理也有差异，主要分为 电感耦合和 电磁反向散射耦合。

2) 14443-A，标签到读写器的调制方式是 振幅键控（ASK） 编码格式是： 曼彻斯特编码。

3) EPC C1G2标准读写器到标签的编码格式是 脉冲间隔编码(PIE)，调制方法是： Binary Phase Shift Keying二进制移相键控法 (BPSK)。

4) 简述无源RFID标签是如何从读写器上获得能量的。
        无源RFID的天线接收从读卡器上传递过来的电磁场能并把能量转化为射频能，射频能通过建波变为电能。