第四章RFID系统的工作原理优秀PPT.ppt

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1、n n4.1 RFID系统组成系统组成 典型的典型的典型的典型的RFIDRFID系统主要由阅读器、电子标签、中间件和应用系统软件组成。系统主要由阅读器、电子标签、中间件和应用系统软件组成。系统主要由阅读器、电子标签、中间件和应用系统软件组成。系统主要由阅读器、电子标签、中间件和应用系统软件组成。n n4.1.1 硬件组件硬件组件n n1.阅读器阅读器n n 阅读器（阅读器（Reader）又称读写器。阅）又称读写器。阅读器主要负责与电子标签的双向通信，同读器主要负责与电子标签的双向通信，同时接收来自主机系统的限制指令。阅读器时接收来自主机系统的限制指令。阅读器的频率确定了的频率确定了RFID系统

2、工作的频段，其功系统工作的频段，其功率确定了射频识别的有效距离。阅读器依率确定了射频识别的有效距离。阅读器依据运用的结构和技术的不同可以是读或读据运用的结构和技术的不同可以是读或读/写装置，它是写装置，它是RFID系统信息限制和处理中系统信息限制和处理中心。心。n n 阅读器通常由射频接口、逻辑限制阅读器通常由射频接口、逻辑限制单元和天线三部分组成。单元和天线三部分组成。n n 图4-2 RFID阅读器n n（1 1）射频接口）射频接口）射频接口）射频接口n n 射频接口模块主要任务和功能：射频接口模块主要任务和功能：射频接口模块主要任务和功能：射频接口模块主要任务和功能：n n 产生高频放射

3、能量，激活电子标签并为其供应能量。产生高频放射能量，激活电子标签并为其供应能量。产生高频放射能量，激活电子标签并为其供应能量。产生高频放射能量，激活电子标签并为其供应能量。n n 对放射信号进行调制，将数据传输给电子标签。对放射信号进行调制，将数据传输给电子标签。对放射信号进行调制，将数据传输给电子标签。对放射信号进行调制，将数据传输给电子标签。n n 接收并调制来自电子标签的射频信号。接收并调制来自电子标签的射频信号。接收并调制来自电子标签的射频信号。接收并调制来自电子标签的射频信号。n n 留意，在射频接口中有两个分隔开的信号通道，分别来留意，在射频接口中有两个分隔开的信号通道，分别来留意

4、，在射频接口中有两个分隔开的信号通道，分别来留意，在射频接口中有两个分隔开的信号通道，分别来往于电子标签和阅读器两个方向的数据传输。往于电子标签和阅读器两个方向的数据传输。往于电子标签和阅读器两个方向的数据传输。往于电子标签和阅读器两个方向的数据传输。n n（2 2）逻辑限制单元）逻辑限制单元）逻辑限制单元）逻辑限制单元n n 逻辑限制单元也称读写模块，主要任务和功能：逻辑限制单元也称读写模块，主要任务和功能：逻辑限制单元也称读写模块，主要任务和功能：逻辑限制单元也称读写模块，主要任务和功能：n n 与应用系统软件进行通信，并执行从应用系统软件发与应用系统软件进行通信，并执行从应用系统软件发与

5、应用系统软件进行通信，并执行从应用系统软件发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。送来的指令。送来的指令。送来的指令。n n 限制阅读器与电子标签的通信过程。限制阅读器与电子标签的通信过程。限制阅读器与电子标签的通信过程。限制阅读器与电子标签的通信过程。n n 信号的编码与解码。信号的编码与解码。信号的编码与解码。信号的编码与解码。n n 对阅读器和标签之间传输的数据进行加密和解密。对阅读器和标签之间传输的数据进行加密和解密。对阅读器和标签之间传输的数据进行加密和解密。对阅读器和标签之间传输的数据进行加密和解密。n n 执行防碰撞算法。执行防碰撞算法。执行防碰撞算法。执行防

6、碰撞算法。n n 对阅读器和标签的身份进行验证。对阅读器和标签的身份进行验证。对阅读器和标签的身份进行验证。对阅读器和标签的身份进行验证。n n天线天线天线天线n n 天线是一种能将接收到的电磁波转换为电流信号，天线是一种能将接收到的电磁波转换为电流信号，天线是一种能将接收到的电磁波转换为电流信号，天线是一种能将接收到的电磁波转换为电流信号，或者将电流信号转换成电磁波放射出去的装置。在或者将电流信号转换成电磁波放射出去的装置。在或者将电流信号转换成电磁波放射出去的装置。在或者将电流信号转换成电磁波放射出去的装置。在RFIDRFID系统中，阅读器必需通过天线来放射能量，来形成电磁场，系统中，阅读

7、器必需通过天线来放射能量，来形成电磁场，系统中，阅读器必需通过天线来放射能量，来形成电磁场，系统中，阅读器必需通过天线来放射能量，来形成电磁场，通过电磁场对电子标签进行识别。因此，阅读器天线所形通过电磁场对电子标签进行识别。因此，阅读器天线所形通过电磁场对电子标签进行识别。因此，阅读器天线所形通过电磁场对电子标签进行识别。因此，阅读器天线所形成的电磁场范围即为阅读器的可读区域。成的电磁场范围即为阅读器的可读区域。成的电磁场范围即为阅读器的可读区域。成的电磁场范围即为阅读器的可读区域。n n2 2 电子标签电子标签电子标签电子标签n n 电子标签电子标签电子标签电子标签(Electronic T

8、ag)(Electronic Tag)也称为智能标签也称为智能标签也称为智能标签也称为智能标签(Smart (Smart Tag)Tag)，是由，是由，是由，是由ICIC芯片和无线通信天线组成的超微型的小标芯片和无线通信天线组成的超微型的小标芯片和无线通信天线组成的超微型的小标芯片和无线通信天线组成的超微型的小标签，其内置的射频天线用于和阅读器进行通信。电子标签签，其内置的射频天线用于和阅读器进行通信。电子标签签，其内置的射频天线用于和阅读器进行通信。电子标签签，其内置的射频天线用于和阅读器进行通信。电子标签是是是是RFIDRFID系统中真正的数据载体。系统工作时，阅读器发系统中真正的数据载体

9、。系统工作时，阅读器发系统中真正的数据载体。系统工作时，阅读器发系统中真正的数据载体。系统工作时，阅读器发出查询（能量）信号，标签（无源）在收到查询（能量）出查询（能量）信号，标签（无源）在收到查询（能量）出查询（能量）信号，标签（无源）在收到查询（能量）出查询（能量）信号，标签（无源）在收到查询（能量）信号后将其一部分整流为直流电源供电子标签内的电路工信号后将其一部分整流为直流电源供电子标签内的电路工信号后将其一部分整流为直流电源供电子标签内的电路工信号后将其一部分整流为直流电源供电子标签内的电路工作，一部分能量信号被电子标签内保存的数据信息调制后作，一部分能量信号被电子标签内保存的数据信息

10、调制后作，一部分能量信号被电子标签内保存的数据信息调制后作，一部分能量信号被电子标签内保存的数据信息调制后反射回阅读器。反射回阅读器。反射回阅读器。反射回阅读器。电子标签内部各模块的功能：电子标签内部各模块的功能：电子标签内部各模块的功能：电子标签内部各模块的功能：（1 1）天线：用来接收由阅读器送来的信号，并把要求的数据传送回给阅读器。）天线：用来接收由阅读器送来的信号，并把要求的数据传送回给阅读器。）天线：用来接收由阅读器送来的信号，并把要求的数据传送回给阅读器。）天线：用来接收由阅读器送来的信号，并把要求的数据传送回给阅读器。（2 2）电压调整器：把由阅读器送来的射频信号转换为直流电源，

11、并经大电容存）电压调整器：把由阅读器送来的射频信号转换为直流电源，并经大电容存）电压调整器：把由阅读器送来的射频信号转换为直流电源，并经大电容存）电压调整器：把由阅读器送来的射频信号转换为直流电源，并经大电容存储能量，再通过稳压电路以供应稳定的电源。储能量，再通过稳压电路以供应稳定的电源。储能量，再通过稳压电路以供应稳定的电源。储能量，再通过稳压电路以供应稳定的电源。（3 3）调制器：逻辑限制电路送出的数据经调制电路调制后加载到天线返给阅读）调制器：逻辑限制电路送出的数据经调制电路调制后加载到天线返给阅读）调制器：逻辑限制电路送出的数据经调制电路调制后加载到天线返给阅读）调制器：逻辑限制电路送

12、出的数据经调制电路调制后加载到天线返给阅读器。器。器。器。（4 4）解调器：去除载波，取出调制信号。）解调器：去除载波，取出调制信号。）解调器：去除载波，取出调制信号。）解调器：去除载波，取出调制信号。（5 5）逻辑限制单元：译码阅读器送来的信号，并依据要求返回数据给阅读器。）逻辑限制单元：译码阅读器送来的信号，并依据要求返回数据给阅读器。）逻辑限制单元：译码阅读器送来的信号，并依据要求返回数据给阅读器。）逻辑限制单元：译码阅读器送来的信号，并依据要求返回数据给阅读器。（6 6）存储单元：包括）存储单元：包括）存储单元：包括）存储单元：包括ERPROMERPROM和和和和ROMROM，作为系统

13、运行及存放识别数据。，作为系统运行及存放识别数据。，作为系统运行及存放识别数据。，作为系统运行及存放识别数据。n n4.1.2 4.1.2 软件组件软件组件软件组件软件组件n n1 1 中间件中间件中间件中间件 中间件是一种独立的系统软件或服务程序。分布式应用软件借助这种软件在不同中间件是一种独立的系统软件或服务程序。分布式应用软件借助这种软件在不同中间件是一种独立的系统软件或服务程序。分布式应用软件借助这种软件在不同中间件是一种独立的系统软件或服务程序。分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源。中间件位于客户机、服务器的操作系统之上，管理计算机资源和的技术之间共享资源。中间件位于客

14、户机、服务器的操作系统之上，管理计算机资源和的技术之间共享资源。中间件位于客户机、服务器的操作系统之上，管理计算机资源和的技术之间共享资源。中间件位于客户机、服务器的操作系统之上，管理计算机资源和网络通信。网络通信。网络通信。网络通信。中间件的主要任务和功能：中间件的主要任务和功能：中间件的主要任务和功能：中间件的主要任务和功能：（1 1）阅读器协调限制）阅读器协调限制）阅读器协调限制）阅读器协调限制 终端用户可以通过终端用户可以通过终端用户可以通过终端用户可以通过RFIDRFID中间件接口干脆配置、监控以及发送指令给阅中间件接口干脆配置、监控以及发送指令给阅中间件接口干脆配置、监控以及发送指

15、令给阅中间件接口干脆配置、监控以及发送指令给阅读器。一些读器。一些读器。一些读器。一些RFIDRFID中间件开发商还供应了支持阅读器即插即用的功能，中间件开发商还供应了支持阅读器即插即用的功能，中间件开发商还供应了支持阅读器即插即用的功能，中间件开发商还供应了支持阅读器即插即用的功能，使终端用户新添加不同类型的阅读器时不须要增加额外的程序代码。使终端用户新添加不同类型的阅读器时不须要增加额外的程序代码。使终端用户新添加不同类型的阅读器时不须要增加额外的程序代码。使终端用户新添加不同类型的阅读器时不须要增加额外的程序代码。（2 2）数据过滤与处理）数据过滤与处理）数据过滤与处理）数据过滤与处理

16、当标签信息传输发生错误或有冗余数据产生时，当标签信息传输发生错误或有冗余数据产生时，当标签信息传输发生错误或有冗余数据产生时，当标签信息传输发生错误或有冗余数据产生时，RFIDRFID中间件可以通过中间件可以通过中间件可以通过中间件可以通过确定的算法订正错误并过滤掉冗余数据。确定的算法订正错误并过滤掉冗余数据。确定的算法订正错误并过滤掉冗余数据。确定的算法订正错误并过滤掉冗余数据。RFIDRFID中间件可以避开不同的中间件可以避开不同的中间件可以避开不同的中间件可以避开不同的阅读器读取同一电子标签的碰撞，确保了阅读精确性。阅读器读取同一电子标签的碰撞，确保了阅读精确性。阅读器读取同一电子标签的

17、碰撞，确保了阅读精确性。阅读器读取同一电子标签的碰撞，确保了阅读精确性。（3 3）数据路由与集成）数据路由与集成）数据路由与集成）数据路由与集成 RFID RFID中间件能够确定采集到的数据传递给哪一个应用。中间件能够确定采集到的数据传递给哪一个应用。中间件能够确定采集到的数据传递给哪一个应用。中间件能够确定采集到的数据传递给哪一个应用。RFIDRFID中间件中间件中间件中间件可以与企业现有的企业资源支配（可以与企业现有的企业资源支配（可以与企业现有的企业资源支配（可以与企业现有的企业资源支配（ERPERP）、客户关系管理（）、客户关系管理（）、客户关系管理（）、客户关系管理（CRMCRM）、

18、）、）、）、仓储管理系统（仓储管理系统（仓储管理系统（仓储管理系统（WMSWMS）等软件集成在一起，为它们供应数据的路由和）等软件集成在一起，为它们供应数据的路由和）等软件集成在一起，为它们供应数据的路由和）等软件集成在一起，为它们供应数据的路由和集成，同时中间件可以保存数据，分批的给各个应用提交数据。集成，同时中间件可以保存数据，分批的给各个应用提交数据。集成，同时中间件可以保存数据，分批的给各个应用提交数据。集成，同时中间件可以保存数据，分批的给各个应用提交数据。（4 4）进程管理）进程管理）进程管理）进程管理 RFID RFID中间件依据客户定制的任务负责数据的监控与事务的触发。如在中间

19、件依据客户定制的任务负责数据的监控与事务的触发。如在中间件依据客户定制的任务负责数据的监控与事务的触发。如在中间件依据客户定制的任务负责数据的监控与事务的触发。如在仓储管理中，设置中间件来监控货品库存的数量，当库存低于设置的仓储管理中，设置中间件来监控货品库存的数量，当库存低于设置的仓储管理中，设置中间件来监控货品库存的数量，当库存低于设置的仓储管理中，设置中间件来监控货品库存的数量，当库存低于设置的标准时，标准时，标准时，标准时，RFIDRFID中间件会触发事务，通知相应的应用软件。中间件会触发事务，通知相应的应用软件。中间件会触发事务，通知相应的应用软件。中间件会触发事务，通知相应的应用软

20、件。n n4.2 4.2 各种各种各种各种RFIDRFID系统原理系统原理系统原理系统原理n n 基本工作原理：由阅读器通过放射天线发基本工作原理：由阅读器通过放射天线发基本工作原理：由阅读器通过放射天线发基本工作原理：由阅读器通过放射天线发送特定频率的射频信号，当电子标签进入有效工送特定频率的射频信号，当电子标签进入有效工送特定频率的射频信号，当电子标签进入有效工送特定频率的射频信号，当电子标签进入有效工作区域时产生感应电流，从而获得能量、电子标作区域时产生感应电流，从而获得能量、电子标作区域时产生感应电流，从而获得能量、电子标作区域时产生感应电流，从而获得能量、电子标签被激活，使得电子标签

21、将自身编码信息通过内签被激活，使得电子标签将自身编码信息通过内签被激活，使得电子标签将自身编码信息通过内签被激活，使得电子标签将自身编码信息通过内置射频天线发送出去；阅读器的接收天线接收到置射频天线发送出去；阅读器的接收天线接收到置射频天线发送出去；阅读器的接收天线接收到置射频天线发送出去；阅读器的接收天线接收到从标签发送来的调制信号，经天线调整器传送到从标签发送来的调制信号，经天线调整器传送到从标签发送来的调制信号，经天线调整器传送到从标签发送来的调制信号，经天线调整器传送到阅读器信号处理模块，经解调和解码后将有效信阅读器信号处理模块，经解调和解码后将有效信阅读器信号处理模块，经解调和解码后

22、将有效信阅读器信号处理模块，经解调和解码后将有效信息送至后台主机系统进行相关的处理；主机系统息送至后台主机系统进行相关的处理；主机系统息送至后台主机系统进行相关的处理；主机系统息送至后台主机系统进行相关的处理；主机系统依据逻辑运算识别该标签的身份，针对不同的设依据逻辑运算识别该标签的身份，针对不同的设依据逻辑运算识别该标签的身份，针对不同的设依据逻辑运算识别该标签的身份，针对不同的设定作出相应的处理和限制，最终发出指令信号限定作出相应的处理和限制，最终发出指令信号限定作出相应的处理和限制，最终发出指令信号限定作出相应的处理和限制，最终发出指令信号限制阅读器完成相应的读写操作。制阅读器完成相应的

23、读写操作。制阅读器完成相应的读写操作。制阅读器完成相应的读写操作。n n从电子标签到阅读器之间的通信及能量感应方式从电子标签到阅读器之间的通信及能量感应方式从电子标签到阅读器之间的通信及能量感应方式从电子标签到阅读器之间的通信及能量感应方式来看，系统一般可以分为两类：电感耦合来看，系统一般可以分为两类：电感耦合来看，系统一般可以分为两类：电感耦合来看，系统一般可以分为两类：电感耦合（Inductive CouplingInductive Coupling）系统和电磁反向散射耦合）系统和电磁反向散射耦合）系统和电磁反向散射耦合）系统和电磁反向散射耦合（Backscatter CouplingBa

24、ckscatter Coupling）系统。）系统。）系统。）系统。n n电感耦合通过空间高频交变磁场实现耦合，依据电感耦合通过空间高频交变磁场实现耦合，依据电感耦合通过空间高频交变磁场实现耦合，依据电感耦合通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律。该方式一般适合于中、低频的是电磁感应定律。该方式一般适合于中、低频的是电磁感应定律。该方式一般适合于中、低频的是电磁感应定律。该方式一般适合于中、低频工作的近距离工作的近距离工作的近距离工作的近距离RFIDRFID系统，典型工作频率：系统，典型工作频率：系统，典型工作频率：系统，典型工作频率：125kHz125kHz，225kHz225k

25、Hz，和，和，和，和13.56MHz13.56MHz。识别作用距离。识别作用距离。识别作用距离。识别作用距离一般小于一般小于一般小于一般小于1m1m，典型作用距离为，典型作用距离为，典型作用距离为，典型作用距离为020cm020cm。n n电磁反向散射耦合基于雷达模型，放射出去的电电磁反向散射耦合基于雷达模型，放射出去的电电磁反向散射耦合基于雷达模型，放射出去的电电磁反向散射耦合基于雷达模型，放射出去的电磁波遇到目标后反射，同时携带目标信息，依据磁波遇到目标后反射，同时携带目标信息，依据磁波遇到目标后反射，同时携带目标信息，依据磁波遇到目标后反射，同时携带目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律

26、。该方式一般适用于的是电磁波的空间传播规律。该方式一般适用于的是电磁波的空间传播规律。该方式一般适用于的是电磁波的空间传播规律。该方式一般适用于高频、微波工作的远距离高频、微波工作的远距离高频、微波工作的远距离高频、微波工作的远距离RFIDRFID系统，典型的工作系统，典型的工作系统，典型的工作系统，典型的工作频率：频率：频率：频率：433MHz433MHz，915MHz915MHz，2.45GHz2.45GHz和和和和5.8GHz5.8GHz。识别作用距离大于识别作用距离大于识别作用距离大于识别作用距离大于1m1m，典型作用距离为，典型作用距离为，典型作用距离为，典型作用距离为46m46m。

27、n n4.2.1 电感耦合电感耦合RFID系统系统n n 电感耦合工作方式对应于电感耦合工作方式对应于ISO/IEC14443协协议。电感耦合电子标签由一个电子数据作为载体，议。电感耦合电子标签由一个电子数据作为载体，通常由单个微芯片及天线（大面积线圈）等组成。通常由单个微芯片及天线（大面积线圈）等组成。在标签中的微芯片工作所需的全部能量由阅读器在标签中的微芯片工作所需的全部能量由阅读器发送的感应电磁能供应。高频的强电磁场由阅读发送的感应电磁能供应。高频的强电磁场由阅读器的天线线圈产生，并穿越线圈横截面和四周空器的天线线圈产生，并穿越线圈横截面和四周空间，以使旁边的电子标签产生电磁感应。间，以

28、使旁边的电子标签产生电磁感应。n n1.能量供应能量供应n n 阅读器天线线圈激发磁场，其中一小部阅读器天线线圈激发磁场，其中一小部分磁力线穿过电子标签天线线圈，通过感应，在分磁力线穿过电子标签天线线圈，通过感应，在电子标签的天线线圈上产生电压电子标签的天线线圈上产生电压U，将其整流后，将其整流后作为微芯片的工作电源。作为微芯片的工作电源。电容器电容器CrCr与阅读器的天线线圈并联，电容器与天线线圈的电感与阅读器的天线线圈并联，电容器与天线线圈的电感一起，形成谐振频率与阅读器放射频率相符的并联震荡回路，该回一起，形成谐振频率与阅读器放射频率相符的并联震荡回路，该回路的谐振使得阅读器的天线线圈产

29、生较大的电流。路的谐振使得阅读器的天线线圈产生较大的电流。电子标签的天线线圈和电容器电子标签的天线线圈和电容器C1C1构成震荡回路，调谐到阅读器构成震荡回路，调谐到阅读器的放射频率。通过该回路的谐振，电子标签线圈上的电压的放射频率。通过该回路的谐振，电子标签线圈上的电压U U达到最达到最大值。这两个线圈的结构可以被说明为变压器（变压器的耦合）。大值。这两个线圈的结构可以被说明为变压器（变压器的耦合）。n n2 数据传输数据传输n n 对于电子标签和阅读器天线之间的作用距对于电子标签和阅读器天线之间的作用距离不超过离不超过 ，并电子标签处于近场范围内，并电子标签处于近场范围内，电子标签与阅读器的

30、数据传输为负载调制（电感电子标签与阅读器的数据传输为负载调制（电感耦合、变压器耦合）。耦合、变压器耦合）。n n 假如把谐振的电子标签放入阅读器天线的假如把谐振的电子标签放入阅读器天线的交变磁场，那么电子标签就可以从磁场获得能量。交变磁场，那么电子标签就可以从磁场获得能量。接受从供应阅读器天线的电流在阅读器内阻上的接受从供应阅读器天线的电流在阅读器内阻上的压降就可以测得这个附加的功耗。电子标签天线压降就可以测得这个附加的功耗。电子标签天线上负载电阻的接通与断开促使阅读器天线上的电上负载电阻的接通与断开促使阅读器天线上的电压发生变更，实现了用电子标签对天线电压进行压发生变更，实现了用电子标签对天

31、线电压进行振幅调制。而通过数据限制负载电压的接通和断振幅调制。而通过数据限制负载电压的接通和断开，这些数据就可以从标签传输到阅读器了。开，这些数据就可以从标签传输到阅读器了。n n 此外，由于阅读器天线和电子标签天线此外，由于阅读器天线和电子标签天线之间的耦合很弱，因此阅读器天线上表示有用信之间的耦合很弱，因此阅读器天线上表示有用信号的电压波动比阅读器的输出电压小。在实践中，号的电压波动比阅读器的输出电压小。在实践中，对对13.56MHz的系统，天线电压（谐振时）只能的系统，天线电压（谐振时）只能得到约得到约10mV的有用信号。因为检测这些小电压的有用信号。因为检测这些小电压变更很不便利，所以

32、可以接受天线电压振幅调制变更很不便利，所以可以接受天线电压振幅调制所产生的调制波边带。假如电子标签的附加负载所产生的调制波边带。假如电子标签的附加负载电阻以很高的时钟频率接通或断开，那么在阅读电阻以很高的时钟频率接通或断开，那么在阅读器发送频率将产生两条谱线，此时该信号就简洁器发送频率将产生两条谱线，此时该信号就简洁检测了，这种调制也称为副载波调制。检测了，这种调制也称为副载波调制。n n4.2.2 电磁反向散射电磁反向散射RFID系统系统n n1 反向散射调制反向散射调制n n 电磁波从天线向四周空间放射，到达目电磁波从天线向四周空间放射，到达目标的电磁波能量的一部分（自由空间衰减）被目标的

33、电磁波能量的一部分（自由空间衰减）被目标吸取，另一部分以不同的强度散射到各个方向标吸取，另一部分以不同的强度散射到各个方向上去。反射能量的一部分最终会返回放射天线，上去。反射能量的一部分最终会返回放射天线，称其为回波。在雷达技术中，用这种反射波测量称其为回波。在雷达技术中，用这种反射波测量目标的距离和方位。目标的距离和方位。n n 在在RFID系统中，利用电磁波反射完成从系统中，利用电磁波反射完成从电子标签到阅读器的数据传输，主要应用于电子标签到阅读器的数据传输，主要应用于915MHz、2.45GHz甚至更高频率的系统中。该甚至更高频率的系统中。该RFID系统工作分为以下两个过程：系统工作分为

34、以下两个过程：n n （1）标签接收读写器放射的信号，其中包）标签接收读写器放射的信号，其中包括已调制载波和未调制载波。当标签接收的信号括已调制载波和未调制载波。当标签接收的信号没有被调制时，载波能量全部被转换为直流电压，没有被调制时，载波能量全部被转换为直流电压，该电压供应电子标签内部芯片能量；当载波携带该电压供应电子标签内部芯片能量；当载波携带数据或者吩咐时，标签通过接收电磁波作为自己数据或者吩咐时，标签通过接收电磁波作为自己的能量来源，并对接收信号进行处理，从而接收的能量来源，并对接收信号进行处理，从而接收读写器的指令或数据。读写器的指令或数据。n n （2 2）标签向读写器返回信号时，

35、读写器只向标签发送未调制）标签向读写器返回信号时，读写器只向标签发送未调制）标签向读写器返回信号时，读写器只向标签发送未调制）标签向读写器返回信号时，读写器只向标签发送未调制载波，载波能量一部分被标签转化成直流电压，供应标签工作；载波，载波能量一部分被标签转化成直流电压，供应标签工作；载波，载波能量一部分被标签转化成直流电压，供应标签工作；载波，载波能量一部分被标签转化成直流电压，供应标签工作；另一部分能量被标签通过变更射频前端电路的阻抗调制并反射载另一部分能量被标签通过变更射频前端电路的阻抗调制并反射载另一部分能量被标签通过变更射频前端电路的阻抗调制并反射载另一部分能量被标签通过变更射频前端

36、电路的阻抗调制并反射载波来向读写器传递信息。波来向读写器传递信息。波来向读写器传递信息。波来向读写器传递信息。电子标签的等效电路图如下所示，电子标签的等效电路图如下所示，电子标签的等效电路图如下所示，电子标签的等效电路图如下所示，VsVs为天线接收信号，为天线接收信号，为天线接收信号，为天线接收信号，ZaZa表示天线的阻抗，表示天线的阻抗，表示天线的阻抗，表示天线的阻抗，Z1Z1表示芯片的输入阻抗。为了达到调制背向反表示芯片的输入阻抗。为了达到调制背向反表示芯片的输入阻抗。为了达到调制背向反表示芯片的输入阻抗。为了达到调制背向反射载波的目的，射载波的目的，射载波的目的，射载波的目的，Z1Z1有

37、两种状态，分别为有两种状态，分别为有两种状态，分别为有两种状态，分别为Z11Z11和和和和Z12Z12。当标签须要发送的信息为二进制数当标签须要发送的信息为二进制数当标签须要发送的信息为二进制数当标签须要发送的信息为二进制数“1”“1”时，芯片的阻抗状时，芯片的阻抗状时，芯片的阻抗状时，芯片的阻抗状态为态为态为态为Z11Z11；当标签须要发送的信息为二进制数；当标签须要发送的信息为二进制数；当标签须要发送的信息为二进制数；当标签须要发送的信息为二进制数“0”“0”时，芯片的阻时，芯片的阻时，芯片的阻时，芯片的阻抗状态为抗状态为抗状态为抗状态为Z12Z12。这样在两种状态下标签反射回读写器的信号

38、为：。这样在两种状态下标签反射回读写器的信号为：。这样在两种状态下标签反射回读写器的信号为：。这样在两种状态下标签反射回读写器的信号为：S0(t)=s(t)S1 S0(t)=s(t)S1 S1(t)=s(t)S2 S1(t)=s(t)S2 式中，式中，式中，式中，s(t)s(t)为标签接收到的信号。为标签接收到的信号。为标签接收到的信号。为标签接收到的信号。当电子标签的阻抗实行不同的变更方式时，可以形成不同的当电子标签的阻抗实行不同的变更方式时，可以形成不同的当电子标签的阻抗实行不同的变更方式时，可以形成不同的当电子标签的阻抗实行不同的变更方式时，可以形成不同的后向散射调制方式，使得标签返回的

39、能量和进入标签的能量具有后向散射调制方式，使得标签返回的能量和进入标签的能量具有后向散射调制方式，使得标签返回的能量和进入标签的能量具有后向散射调制方式，使得标签返回的能量和进入标签的能量具有不同的特性。以下为四种状况：不同的特性。以下为四种状况：不同的特性。以下为四种状况：不同的特性。以下为四种状况：（1 1）OOKOOK调制方式调制方式调制方式调制方式(On-Off Keying,OOK)(On-Off Keying,OOK)。在该方式下，阻抗状。在该方式下，阻抗状。在该方式下，阻抗状。在该方式下，阻抗状态为态为态为态为1 1时，完全反射；阻抗状态为时，完全反射；阻抗状态为时，完全反射；阻

40、抗状态为时，完全反射；阻抗状态为2 2时完全匹配，而且这两种阻抗时完全匹配，而且这两种阻抗时完全匹配，而且这两种阻抗时完全匹配，而且这两种阻抗状态下标签的反射系数的相位相同。状态下标签的反射系数的相位相同。状态下标签的反射系数的相位相同。状态下标签的反射系数的相位相同。|S1|=1|S1|=1|S2|=0|S2|=0 arg(S1)=arg(S2)arg(S1)=arg(S2)(2)BPSK(2)BPSK调制方式调制方式调制方式调制方式(Binary Phase Shift Keying,BPSK)(Binary Phase Shift Keying,BPSK)。在该方式。在该方式。在该方式。

41、在该方式下，这两种阻抗状态有相同程度的失配，但是这两种阻抗状态的下，这两种阻抗状态有相同程度的失配，但是这两种阻抗状态的下，这两种阻抗状态有相同程度的失配，但是这两种阻抗状态的下，这两种阻抗状态有相同程度的失配，但是这两种阻抗状态的下标签的反射系数的相位相反。下标签的反射系数的相位相反。下标签的反射系数的相位相反。下标签的反射系数的相位相反。0|S1|=|S2|1 0|S1|=|S2|1 arg(S1)=-arg(S2)arg(S1)=-arg(S2)(3)(3)随意调制因子的随意调制因子的随意调制因子的随意调制因子的ASKASK（Amplitude Shift Keying,ASKAmpli

42、tude Shift Keying,ASK）调制。在）调制。在）调制。在）调制。在该方式下，这两种阻抗状态有着不同程度的失配，但是这两种阻该方式下，这两种阻抗状态有着不同程度的失配，但是这两种阻该方式下，这两种阻抗状态有着不同程度的失配，但是这两种阻该方式下，这两种阻抗状态有着不同程度的失配，但是这两种阻抗状态的下标签的反射系数的相位相同。抗状态的下标签的反射系数的相位相同。抗状态的下标签的反射系数的相位相同。抗状态的下标签的反射系数的相位相同。0|S1|S2|1 0|S1|S2|1 arg(S1)=arg(S2)arg(S1)=arg(S2)这种阻抗变更的方式可以使标签反射的信号形成随意调制

43、这种阻抗变更的方式可以使标签反射的信号形成随意调制这种阻抗变更的方式可以使标签反射的信号形成随意调制这种阻抗变更的方式可以使标签反射的信号形成随意调制因子的因子的因子的因子的ASKASK调制方式。调制方式。调制方式。调制方式。(4)PR-ASK(4)PR-ASK（Phase Reverse Amplitude Shift Keying,PR-ASK Phase Reverse Amplitude Shift Keying,PR-ASK）方）方）方）方式。该方式下，这两种阻抗状态有不同程度的失配，而且这两种式。该方式下，这两种阻抗状态有不同程度的失配，而且这两种式。该方式下，这两种阻抗状态有不同

44、程度的失配，而且这两种式。该方式下，这两种阻抗状态有不同程度的失配，而且这两种阻抗状态的下标签的反射系数的相位相同。阻抗状态的下标签的反射系数的相位相同。阻抗状态的下标签的反射系数的相位相同。阻抗状态的下标签的反射系数的相位相同。0|S1|S2|1 0|S1|S2|1 arg(S1)=-arg(S2)arg(S1)=-arg(S2)这种阻抗变更的方式可以使标签反射的信号形成相位相反的这种阻抗变更的方式可以使标签反射的信号形成相位相反的这种阻抗变更的方式可以使标签反射的信号形成相位相反的这种阻抗变更的方式可以使标签反射的信号形成相位相反的幅度键控调制方式。幅度键控调制方式。幅度键控调制方式。幅度

45、键控调制方式。n2 反向散射调制的能量传输反向散射调制的能量传输n 电磁波从天线向四周空间放射，电磁波从天线向四周空间放射，会遇到不同的目标。到达目标的电磁会遇到不同的目标。到达目标的电磁波能量一部分被目标吸取，另一部分波能量一部分被目标吸取，另一部分以不同的强度散射到各个方向上去。以不同的强度散射到各个方向上去。反射能量的一部分最终返回放射天线。反射能量的一部分最终返回放射天线。下面我们看该方式调制的能量传输。下面我们看该方式调制的能量传输。n（1）阅读器到标签的能量传输）阅读器到标签的能量传输n 在距离阅读器距离为在距离阅读器距离为R的电子的电子标签处的功率密度为标签处的功率密度为n n

46、式中，式中，PTX为读写器的放射功为读写器的放射功率，率，GTX为放射天线的增益，为放射天线的增益，R是标签是标签到读写器天线之间的距离，到读写器天线之间的距离，EIRP为天为天线的有效辐射功率，是指读写器放射线的有效辐射功率，是指读写器放射功率和天线增益的乘积。功率和天线增益的乘积。n 在电子标签和放射天线都处于在电子标签和放射天线都处于最佳姿态，并且极化方向相匹配时，最佳姿态，并且极化方向相匹配时，电子标签可以吸取的最大功率与阅读电子标签可以吸取的最大功率与阅读器放射信号的功率密度器放射信号的功率密度S成正比：成正比：n n 式中，式中，式中，式中，AeAe为电子标签的有效面积：为电子标签

47、的有效面积：为电子标签的有效面积：为电子标签的有效面积：GTag GTag为电子标签的天线增益，因此，有：为电子标签的天线增益，因此，有：为电子标签的天线增益，因此，有：为电子标签的天线增益，因此，有：无源无源无源无源RFIDRFID系统的电子标签通过电磁场供电，标签功耗很大，系统的电子标签通过电磁场供电，标签功耗很大，系统的电子标签通过电磁场供电，标签功耗很大，系统的电子标签通过电磁场供电，标签功耗很大，读写距离越短，性能就越差。读写距离越短，性能就越差。读写距离越短，性能就越差。读写距离越短，性能就越差。RFIDRFID电子标签能否工作也主要由电子标签能否工作也主要由电子标签能否工作也主要

48、由电子标签能否工作也主要由电子标签的工作电压所确定，这也确定了无源电子标签的工作电压所确定，这也确定了无源电子标签的工作电压所确定，这也确定了无源电子标签的工作电压所确定，这也确定了无源RFIDRFID系统的识别系统的识别系统的识别系统的识别距离。但随着距离。但随着距离。但随着距离。但随着 集成电路工艺的发展，射频电子标签芯片本身的功集成电路工艺的发展，射频电子标签芯片本身的功集成电路工艺的发展，射频电子标签芯片本身的功集成电路工艺的发展，射频电子标签芯片本身的功耗渐渐在降低。目前，典型的低功耗电子标签的工作电压为耗渐渐在降低。目前，典型的低功耗电子标签的工作电压为耗渐渐在降低。目前，典型的低

49、功耗电子标签的工作电压为耗渐渐在降低。目前，典型的低功耗电子标签的工作电压为1.2V1.2V左右，标签本身的功耗可以低至数十微瓦到数微瓦。这使得无源左右，标签本身的功耗可以低至数十微瓦到数微瓦。这使得无源左右，标签本身的功耗可以低至数十微瓦到数微瓦。这使得无源左右，标签本身的功耗可以低至数十微瓦到数微瓦。这使得无源电子标签的识别距离在无线电放射功率受到限制的状况下可以达电子标签的识别距离在无线电放射功率受到限制的状况下可以达电子标签的识别距离在无线电放射功率受到限制的状况下可以达电子标签的识别距离在无线电放射功率受到限制的状况下可以达到到到到10m10m以上。以上。以上。以上。（2 2）电子标

50、签到阅读器的能量传输）电子标签到阅读器的能量传输）电子标签到阅读器的能量传输）电子标签到阅读器的能量传输 电子标签返回的能量与它的雷达散射截面面积成正比，它是电子标签返回的能量与它的雷达散射截面面积成正比，它是电子标签返回的能量与它的雷达散射截面面积成正比，它是电子标签返回的能量与它的雷达散射截面面积成正比，它是目标反射电磁波实力的测度。散射面积取决于一系列的参数，这目标反射电磁波实力的测度。散射面积取决于一系列的参数，这目标反射电磁波实力的测度。散射面积取决于一系列的参数，这目标反射电磁波实力的测度。散射面积取决于一系列的参数，这既包含物体本身的特性，如目标的大小、形态、材料和表面结构，既包