（电磁场与微波技术专业论文）基于epc+gen2协议的超高频rfid技术研究.pdf

摘要 近几年，超高频( u h f ) 频段射频识别系统应用的要求推动了超高频阅读器 和电子标签的研究与开发。本论文主要对频率为8 6 0 9 6 0 m h z 超高频射频识别系 统的阅读器和防碰撞算法进行了研究。 首先，本论文介绍了e p cg e n 2 标准的特点，具体对协议的编码，调制技术 和标签群的识别管理进行了分析和研究。对超高频( u h f ) 频段射频识别系统阅读 器设计有一定的指导意义。 其次，在对射频识别系统的协议和无线电频谱规范进行分析的基础上，确定 了阅读器射频前端的体系架构。阅读器的发射电路和接收电路都采用i q 直接变 频的结构，这种结构能够兼容多种调制，并且易于升级。阅读器的反射电路用升 余弦滤波器抑制带外频谱，而接收电路可以用功率合成的方法消除的盲点效应。 第三，本论文系统地研究和分析了影响阅读器射频前端的性能的各种因素， 在理论研究的基础上，建立了射频识别的系统模型，对发射电路进行了仿真，实 验证了理论的分析。 最后，对e p cg e n 2 标准的防碰撞方案进行了研究，e p cg e n 2 标准采用的 防冲突算法是基于时隙a l o h a 算法的，通过仿真和试验，总结出了当参与查询 循环的标签个数在大于5 0 和小于5 0 时，c 参数以及q 印初始值的设置方式对实 验结果的影响。 关键词：射频识别超高频防碰撞m a t l a b s i m u l i n ke p cg c i l 2 a b s t r a c t 1 1 地r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to nu h fr f i dr e a d e ra n dt a ga r ed r i v e nb yt h e r e q u i r e m e n t si na p p l i c a t i o no fu h f r f i ds y s t e m si nr e c e n ty e a r s t h eu h fr f i d r e a d e ra n da n t i - c o l f i s i o na r i t h m e t i ca r cr e s e a r c h e di nt h i sp a p e r , w h i c hf r e q u e n c yi s 8 6 0 9 6 0 h m z a tf i r s t ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ec h a r a c t e r so fe p cg e n 2s t a n d a r d , i n c l u d i n g e n c o d e m o d u l a t i o na n dm a n a g e m e n to f t a g s i tm a k e s9 髓1 s eo f t h ei n s t r u c t i o nf o rt h e u h fr f i dr e a d e r sd e s i g n s e c o n d l y , t h ea r c h i t e c t u r eo fr e a d e rf r o n te n di s d e t e r m i n e db a s e do nt h e a n a l y s i so f r f i dp r o t o c o l sa n dw i r e l e s sf r e q u e n c yr e g u l a t i o n s b o t ho f t h e t r a n s m i t t e r a n dt h er e c e i v e ra r co nd i r e c tc o n v e r s i o na r c h i t e c t u r e sw i t hi qb r a n c h e s 1 1 1 e a r c h i t e c t u r ei sf l e x i b l ef o rm u l t i m o d u l a t i o nt y p e s ，a n du p g r a d e a b l e t h eo u tb a n d s p u r i o u ss p e c t r u mi sl i m i t e db yr a i s e dc o s i n ef i l t e ri nt r a n s m i t t e r , a n dt h es h a d o w e f f e c tc a nb er e m o v e db yc o m b i n i n gt h es i g n a lp o w e ro f t w ob r a n c h e si nr e c e i v e r t h i r d l y , m o s to f t h ee f f e c t si nt h ef r o n te n do f r e a d e r a l ea n a l y z e ds y s t e m i c a l l y 1 1 m o d e lo fr f i da r eb u i l tb a s e do nt h er e s e a r c ho ft h e o r y , t h e ns i m u l a t et h e t r a n s m i t t e ra n dt e s tt h er e s u l to f e x p e r i m e n t f i n a l l y , t h ea n t i - c o l l i s i o na r i t h m e t i co f e p cg e n 2s t a n d a r di sr e s e a r c h e d t h e a n t i c o l l i s i o na r i t h m e t i co fe p cg e n 2i sb a s e do ns l o t t e da l o h a t h r o u g hs i m u l a t e a n dt e s t ，t h e r ei sar e s u l tt h a tt h es e t t i n go fca n dq 审w i l le f f e c tt h er e s u l t so ft h e e x p e r i m e n t sw h e nt h en u m b e r so ft a g sp a r t i c i p a t e di nq u e r yc i r c l ei so v e r5 0o rl e s s 5 0 k e y w o r d s ：r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ( r f i d ) ，u l t r a h i g hf r e q u e n c y0 j s f ) a n t i - c o l l i s i o nm a t l a b s i m u l i n ke p cg e n 2 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得安律妇噼或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：割厌华 签字日期：如d 1 年5 月上。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解安粥大学有关深留、使用学位论文的规定 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权蜜4 割姨学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存，汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：刘厌华导师签名：乡参议哜氏 签字日期：2 d d l 年5 月2 d 日 签字日期： 0 7 年f 月仞e l f 学位论文作者毕业去向： 工作单位：韵承苦美屠杀孰集板角限公司 电话： 通讯地址： 邮编： 第一章绪论 1 1 研究背景与意义 1 1 1r f i d 技术概述 射频识别( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n - - r f i d ) 技术是2 0 世纪9 0 年代 开始兴起的一种非接触式的自动识别技术。它利用射频信号通过空间耦合( 交变 磁场或电磁场) 实现无接触信息传递，并通过所传递的信息达到识别目的【”。 同传统的接触式识别技术和光学识别技术相比，射频识别技术不但可以使 射频标签和读卡器之间实现无接触，而且还可以实现多个标签的防冲突操作，从 而可以解决很多传统识别技术上的缺陷。例如r f i d 技术具有条形码所不具备的 防水、防磁、耐高温、读取距离大、数据加密、存储数据容量更大、存储信息更 改简单等特点。正是由于射频识别技术的这些独特的优势，射频识别正在逐渐地 被广泛应用于工业生产自动化、商业自动化和交通运输控制管理等领域。另外随 着大规模集成电路技术的进步以及生产规模的不断扩大，应用射频识别技术的产 品成本将会不断降低，其应用领域也将越来越广泛。 i i 2r f i d 系统的组成及工作原理 一个典型的射频识别系统一般由射频卡( 应答器) 、读写器( 阅读器) 和应 用系统( 包括连接线路) 三部分构成“1 。系统构成如下图1 1 和图1 2 ： 般揪流 - _ 图1 1 射频识别系统的构成 】i 鹦介，亡件 线躐、微波 戳) 图1 2 阅读器与应答器信息传递 应答器中一般保存有约定格式的电子数据，在实际应用中，应答器附着在 待识别物体的表面。阅读器又称为读出装置，可无接触地读取并识别应答器中所 保存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的，阅读器通过天线发送出一定频 率的射频信号，当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，发送出自身编码 等信息被阅读器读取并解码后送至计算机，由计算机及计算机网络实现对物体识 别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。 1 1 3r f i d 系统的工作频率 射频识别系统的工作频率可以选择从低频，高频，超高频，以及微波等多 个频率，工作频率不同时，其工作的机理以及面临的问题不相同。表1 1 是工作 于不同频段的射频识别系统的对比，从表1 1 中可以看出，工作于超高频频段的 射频识别系统其工作距离最远，这个频段的射频识别系统是本文的研究内容。 表1 1 工作于不同频段的射频识别系统对比 工作频率典型工作频率波长通信机制典型通信距离 低频( l f ) 1 2 5 1 3 4 k h z 约2 4 千米 电感藕合l o 厘米 高频( h f ) 1 3 5 6 m h z约2 0 米电感藕合 几厘米到1 米 超高频( u h f1 8 6 0 - 9 6 0 m h z 约3 3 厘米电磁场藕合几米到l o 米 微波( m i c r o w a v e ) 2 4 - 2 4 5 g h z约1 2 厘米 电磁场藕合i 米到3 米 2 1 2r f i d 系统国内外发展现状 r f i d 技术的发展最早可以追溯至第二次世界大战时期，那时它被用来在空 中作战行动中进行敌我识别。从历史上看，r f i d 技术的发展基本可按1 0 年期划 分为几个阶段( 参见表1 - 2 ) 2 。因此r f i d 并不是一个崭新的技术。从分类上看， 因为经过多年的发展，1 3 5 6 m h z 以下的r f i d 技术已相对成熟，目前业界最关 注的是位于中高频段的r f i d 技术，特别是8 6 0 m h z - 9 6 0 m h z ( u h f 频段) 的远 距离r f i d 技术发展最快，而2 4 5 g h z 和5 8 g h z 频段由于产品拥挤，易受干扰， 技术相对复杂，其相关的研究和应用仍处于探索的阶段。 2 0 0 1 年至今，标准化问题日趋为人们所重视，r f i d 产品种类更加丰富，有 源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降 低，规模应用行业扩大。r f i d 技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、 多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物 体的r f i d 正在成为现实。 r f i d 技术在国外的发展较早也较快。尤其是在美国、英国、德国、瑞典、 瑞士、日本、南非目前均有较为成熟且先进的r f i d 系统。其中，低频近距离 r f i d 系统主要集中在1 2 5 k h z 系统；高频远距离r f i d 系统主要集中在h f 和 u h f 频段1 3 5 6 m h z ，9 1 5 m h z , 2 4 5 g h z ，5 8 g h z 。u h f 频段的远距离r f i d 系统 在北美得到了很好的发展；在欧洲，有源2 4 5 g h z 系统得到了较多的应用，而 5 8 g h z 系统在日本和欧洲均有较为成熟的有源r f l d 系统1 3 h 7 。 表l - 2r f i d 技术发展的历程 时期发展情况 1 9 4 1 1 9 5 0 焦 雷达的改进和应用催生了r f i d 技术，1 9 4 8 年奠定了r f i d 技术的理论基 础。 1 9 5 1 1 9 6 0 正 早期r f i d 技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。 1 9 6 1 1 9 7 0 焦 r f i d 技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。 r f i d 技术与产品研发处于一个大发展时期，各种r f i d 技术测试得到加速。 1 9 7 1 1 9 8 0 盆 出现了一些最早的r f i d 应用。 1 9 8 1 1 9 9 0 焦 r f i d 技术及产品进入商业应用阶段，各种封闭系统应用开始出现 1 9 9 1 - 2 0 0 0 年 r f i d 技术标准化问题日趋得到重视，r f i d 产品得到广泛采用。 1 3 论文主要工作 本文针对超高频射频识别技术的国内外发展现状及发展趋势，阅读了大量文 献及资料。基于e p cg e n 2 协议对u h fr f i d 阅读器结构进行了设计和仿真，并 对防碰撞算法进行了研究和仿真。主要做了以下四方面的工作： 1 对e p cg e n 2 标准进行了深入的了解和研究。 2 设计了阅读器的射频前端电路的架构。 3 用m a t l a b s i n u l i n k 对阅读器的发射电路进行了仿真。 4 对e p cg e n 2 防冲突算法进行了研究，并用c 语言编程模拟阅读器发现 多个标签的过程，并对结果进行了分析。 1 4 论文总体结构和章节安排 本论文主要研究基于e p cg e n 2 标准，载波工作频率为9 1 5 m h 附近阅读器 的结构设计、性能分析以及防冲突算法的研究和实现。全文共分为五章，除第一 章外，其余章节具体安排如下： 第二章“超高频r f i d 无线接口标准i s 0 肥c1 8 0 0 0 6 c 分析”e p cg e n 2 已 经进入i s o i e c1 8 0 0 0 - 6 , 成为i s o i e c1 8 0 0 0 6 c ，本章主要对标准i s 0 m c 1 8 0 0 0 6 c 的特点和新的核心技术进行了分析和介绍，并和i s o 仃e c1 8 0 0 0 6 a 和 b 进行了比较，总结出了不同之处和i s o f l e c1 8 0 0 0 6 ( 2 标准的优越性。 第三章“基于e p cg e n 2 协议的u h fr f i d 阅读器的设计”因为影响阅读器 发射电路架构的因素是射频识别系统的协议以及无线电频率规范，影响阅读器接 收电路架构的因素是存在零点效应，在这两个方面研究的基础上，提出了满足多 种协议，满足频率规范，性能较好和易于升级的阅读器射频前端的体系架构。 第四章“u h fr f i d 系统建模与仿真”主要介绍了射频识别系统和阅读器射 4 频前端的系统建模和仿真，取得了发射电路时域仿真结果，对系统性能的分析和 电路的设计起到了一定理论指导作用。 第五章“防冲突算法的仿真分析”对e p c g e n 2 的防冲突算法的过程进行了 描述，并结合c 语言和g n u p l o t 软件对算法进行了研究和仿真。研究了当标签个 数不同时q ，c 和q f p 初始值的设置对时隙和标签数比值的影响。 1 5 本章参考文献 1 1 i k l a u sf i n k e n z e l l e r , 陈大才射频识别( r w d ) 技术口川北京：电子工业出版 社2 0 0 1 【2 】j e r e m yl a a d t s h r o u d so f t h n e ：t h eh i s t o r yo f r f i d m 1 ，t h ea s s o c i a t i o no f a u t o m 甜i c i d e n t i f i c a t i o na n dd a t ac a p t u r et e c h n o l o g i e s ( a i m ) ，o c t o b e r1 ，2 0 0 1 【3 】范佳林9 1 5 m h z r f i d 读卡器设计【d 】大连理工大学，2 0 0 6 【4 】王静e p c 网络关键技术及其标准的研究与制定【d 】北京工业大学，2 0 0 6 【5 1 刘舒祺r f i d 阅读器与智能车辆识别方案研究口) 】苏州大学，2 0 0 5 【6 】赖晓铮u h f 频段射频识别系统与天线研究【d 】华南理工大学，2 0 0 6 【7 】玉茜基于a r m 的r f i d 读写器设计及应用 d 】电子科技大学，2 0 0 6 第二章超高频r f i d 无线接口标准 i s o i e c18 0 0 0 6 c 分析 2 0 0 5 年1 月e p cc 1 g 2 提请成为i s o i e c1 8 0 0 0 - 6 c ，2 0 0 6 年6 月1 5 日e p c c 1 g 2 正式进入i s o i e c1 8 0 0 0 - 6 ，成为i s o i e c1 8 0 0 0 - 6 c 。继i s o i e c1 8 0 0 0 - 6 a 、 b 之后的i s o i e c1 8 0 0 0 6 c ，它对前两种模式的协议特点进行了一系列有效的修 正与扩充。其中物理层数据编码、调制方式、防碰撞算法等一些关键技术有了改 进，使得i s o i e c1 8 0 0 0 - 6 c 的性能比a 、b 有了很大的提高f 1 】【2 】。本文阅读器的 设计和防碰撞算法的研究都是基于e p cg e n 2 标准，工作频率是 8 6 0 m h z 9 6 0 瑚z 。下面简要介绍其标准特点及其新的核心技术。 2 1 协议总述 i s o i e c1 8 0 0 0 - 6 c 标准定义了u h f 频段射频识别系统的通信协议，工作频率 为8 6 0 9 6 0 m h z 。其包括物理层、标签识别层两大部分。 阅读器发往标签的信息可以采用双边带幅度键控( d s b - a s k ) 、单边带幅 度键控( s s b - a s k ) 或者反向相位幅度键控( p r - a s k ) 的方法进行调制载波。 数据编码可采用脉冲间隔编码( p i e ) 。标签从其调制波中获取工作能量，并开 始进行答复。标签的信息发往阅读器则可以采用反向散射调制载波的幅度或者相 位的方法。编码方式可以采用f m 0 ( 双向间隔码) 编码或者m i l l e r 调制副载波， 但需根据阅读器命令来选择。阅读器和标签的通信是半双工方式的t 3 4 h 甜。 阅读器使用了三种基本操作来对其工作区间的多个标签进行识别管理：选择 ( s e l e c t ) 、发现( i n v e n t o r y ) 、访问( a c c e s s ) 。 6 2 2 通信信息的传输 通信信息的传输包括阅读器到标签、标签到阅读器。 2 2 1p i e 编码 阅读器到标签的通信采用p i e 编码，p i e 编码的原理是通过定义脉冲下降沿之 问的不同时间宽度来表示0 和1 。如图2 1 所示： 数据0 数据1 1 5 t a r i 数据一1 2 o t a r i t a r i0 5 z 伽，x t a r i 图2 ip i e 编码 首先定义一个名称为“t a d ”的时间段，该时间段为相邻两个脉冲下降沿的 时间宽度。一个基准的“碱”的时间段表示数据0 ，2 个“础”时间宽度表示l 。 在“t a d ”时间段中，高电平表示传输持续的载波，低电平表示幅度削弱的持续 的载波。“t a x i ”时间段持续的范围为6 2 5 i t s 到2 5 p t s 之间。由阅读器到标签的通信 是以帧为单位的，因此信号必须以帧头或者帧同步信号开始。帧头在“q u e r y ” 命令之前发出，表明清点管理循环开始。而所有其他的命令必须以帧同步信号开 始。其中帧头由固定长度的开始分隔符，数据0 符号，阅读器到标签的刻度符号 ( r t c a l ) 和标签到阅读器的刻度符号( t r e a d 组成1 6 1 ；, 1 。 2 2 2 调制技术 i s o i e c1 8 0 0 0 6 ( 2 阅读器到标签采用双边带单边带反向相位幅度键控方式 7 ( r p d s b s s b p ra s k ) ，标签到阅读器的通信采用反向散射( b a c k s c a t t c r ) 调制的方 法，调制方式采用a s k 或者是p s k 。标签根据要发送的数据，改变天线的反射系 数，从而改变反射波的波形，将数据发送给阅读器。在反向散射中，标签使用固 定的调制格式，数据编码和比特率。幅度键控的载波幅度受到数字数据的调制而 取不同值，它采用包络检波，其实现简单，适合电子标签特点。相移键控用需要 传输的数据值来调制载波相位，如用1 8 0 相移表示1 ，用0 相移表示0 。图2 2 显示了 针对d s b 调制或s s b - - a s k 调制和针对p r a s k 调制的阅读器对标签( 前向链 路) 基带和调制波形以及标签测得的相应波形包络。 馨 螺 o 1 张符亭 3 襄群 o 糯符号2 3 d _ b - o rs s d s j m s k 调制射赣 孽 簟 _il ili li l -il lil 数据符号 |，、 f iji 、lj ，、 。 i 娥符号2 p r 4 u k 调制射频 。 。敦据符# 3 图2 2 前向链路调制( d s b s s b p ra s k ) 8 2 2 3 基带f m o 编码 标签的数据编码采用基带f m o 或者是m i l l e r 调制副载波。基带f m o 的原理是 在一个位窗内采用电平变化来表示逻辑，图2 3 显示了基带f m o 编码及状态转换 图。如果电平从位窗的起始处翻转则表示逻辑“l ”，如果电平除了在位窗的起始 处翻转，还在位窗中间翻转则表示逻辑“0 ”。图2 3 中s - s 4 代表4 个不同相位的 f m o 函数波形。图2 3 状态转换图上的标记o 和1 表示编码数据序列的逻辑值，也代 表由此产生的f m o 发射波形。状态转换图映射发射逻辑数据序列时，f m o 编码间 的转换方向。由于f m o 编码序列选择依赖于先前波形，因此f m o 编码需要存储 器来存储前一编码比特的波形。 i 馨 鞲0 1 n 帕基本功能 数据0 数据- 1 ( n l 0 f m o 发生器状态圈 图2 3f m o 基本功能和发生器状态图 2 2 4m i l l e r 调制副载波 m i l l e 胡制副载波也是标签到阅读器通信时可选的数据编码方式之一。 m i l l e 编码规则是逻辑“0 ”的电平和前位有关，而逻辑“1 ”虽然在位中间有跳 变，但是上跳还是下跳取决于前位结束时的电平。m i l l e r 编码的规则见表2 1 。 9 蒲 晤 表2 1m i l l e r 编码的规则表 b i t i 1b i t i m i l l e r 编码规则 x1b i ti 的起始位置不变化，中间位置 跳变 oob i ti 的起始位置跳变，中间位置不 跳变 l ob i ti 的起始位置不跳变，中间位置 不跳变 图2 4 是基带m i l l e r 编码基本信号波形和信号状态图，不同于基带f m 0 编码 之处是基带m i l l 酬编码仅在二个连续符号0 间才发生相位翻转，其他数据符号组 合( 0 1 1 0 11 ) 不发生相位翻转，发射波形为基带波形乘上m ( m 值由阅读器指定， 可以为2 、4 或者8 ) 倍符号速率的方波信号。m i l l e 编码调制信号中带有时钟信息， 具有较好的抗干扰能力。 i 粤 鞲o m i l l e r 基本功能 数据- o数据1 t 时间 l ( o o 1 洲 - - ! t i 时面 1 一 m i l l e r 发信状态图 图2 4m i l l e r 基本功能和发生器状态图 例如数据0 11 0 0 0 11 0 1 的m i l l e r 编码如图2 5 所示。 l0l1o001l0l 0 起始楠停止啦 l|il 图2 5 数据0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 的m i l l e r 编码 1 0 m i l l e r 调制副载波是指用表示数据信息的m i l l e r 去调制一定的副载波。具体波 形如图2 6 所示。 悯嘲几几l 几m 几l 。几几 几几几； n 几几门几几 0 1 1 l 1 0 1 n o 几几厂 几几l 几几几n 几 1 1 0 1 l l o 1 1 i 图2 6m i l l e r 调制副载波 2 3 标签群的识别管理 阅读器采用图2 7 所示的三个基本操作管理标签群。每个操作均由一个或一 个以上的命令组成。这三个基本操作的定义如下： 选择( s e l e c t ) ：阅读器选择标签群以便于清点和访问。阅读器可以以一 个或一个以上的s e l e c t 命令在清点之前选择特定的标签群。 发现( i n v e n t o r y ) ：阅读器识别标签的过程。阅读器在四个通话的其中一 个通话中传输q u e r y 命令，开始一个清点周期。一个或一个以上的标签可以应答。 阅读器检查某个标签应答，请求该标签发出p c 、e p c 和c r c 1 6 。同时只在一 个通话中进行一个清点周期。 访问( a c c e s s ) ：阅读器与各标签交易( 读取或写入标签) 的过程。访问前 必须要对标签进行识别。访问由多个命令组成。 阅读嚣 图2 7 阅读器，标签操作和标签状态 阅读器在对标签群进行管理时，标签可以处于以下的几种状态： 就绪状态 就绪可以被视为通电的标签( 未被灭活或未参与某清点周期的标签) 的保持 状态。进入激励射频场后，未灭活的标签应进入就绪状态。标签应保持其就绪状 态直至收到其已清点参数( q u e r y 命令规定的通话的已清点参数) 和s e l 参数与其 当前标记值匹配的q u e r y 命令。匹配标签应从其r n g 中抽出q 位数，将该数字 载入其时隙计数器内，若该数字非零则转换到仲裁状态，若该数字为零则转换到 应答状态。若处于除被灭活之外任何状态的标签电源断电，则应在恢复电源后即 返回就绪状态。 仲裁状态 仲裁可以被视为参与当前清点周期但其时隙计数器数值非零的标签的“保持 状态”。处于仲裁状态的标签每次收到其通话参数与当前清点周期通话匹配的 q u e r y g e p 命令后使其时隙计数器减值，当时隙计数器达到0 0 0 0 h 时，应转换到 应答状态。以0 0 0 0 h 的时隙值转换到仲裁状态( 例如从应答状态转换) 的标签应使 其时隙计数器在下一个q u 吖g q , ( 附匹配通话) 时从0 0 0 0 h 减值到7 f f f h ，由于其 时隙值此时非零，因此仍然处于仲裁状态。 应答状态 一旦进入应答状态，标签应反向散射r n l 6 。若标签收到有效确认( a c k ) ， 则转换到确认状态，反向散射其p c 、e p c 和c r c 1 6 。若标签未能接收到a c k ， 或收到无效a c k ，则应返回仲裁状态。 确认状态 处于确认状态的标签可以转换到除灭活之外的任何状态，视所收到的具体命 令而定 开放状态 处于确认状态，其访问口令非零的标签应在收到r e q命令后即转换到开rn 放状态，反向散射新的r n l 6 ( 标为句柄) ，该句柄阅读器在随后的命令中使用j 标签在随后的应答中也使用。处于开放状态的标签应执行除l o c k 之外的所有命 令。处于开放状态的标签可以转换到除确认之外的任何状态，具体情况视所收到 的命令而定。 保护状态 处于确认状态的，其访问口令为零的标签收到r e q _ r n 命令后应立即转换成 保护状态，反向散射新的r n l 6 ( 标为句柄) ，该句柄阅读器在随后的命令中使用， 标签在随后的应答中也使用。处于开放状态的其访问口令非零的标签应在收到有 效a c c e 船命令即转换到保护状态，保持原来从确认状态转换到开放状态时反向散 射的句柄不变。处于保护状态的标签可以执行所有访问命令。处于保护状态的标 签可以转换到除开放或确认之外的任何状态，具体情况视所收到的命令而定。 灭活状态 处于开放状态或保护状态的标签应在收到k i l l 命令后以有效非零灭活口令和 有效句柄进入灭活状态。进入灭活状态后，标签应通知阅读器灭活操作成功，此 后不再对阅读器做出响应。被灭活的标签应在所有情况下都处于灭活状态，并在 随后的开启电源的操作中立即进入灭活状态。灭活操作具有不可逆性。 2 4i s 0 1 8 0 0 0 6 c 与a 、b 的比较 i s o i e c1 8 0 0 0 - 6 a 、b 和c 三者相似的地方不多，都采用了前向编码，反向 链路编码都为f m 0 ( c 还可以是m i l l e r ) 嘲，如表2 2 所示。 表2 - 2i s o f l e c1 8 0 0 0 - 6 a ，1 8 0 0 0 - 6 b 及1 8 0 ( 0 ) 0 c 标准比较 标准类型 i s o ，i e cl s 0 仃e ci s o ，i e c 1 8 0 0 0 - 6 a1 8 0 0 0 - 6 b1 8 0 0 0 - 6 c 文本号i s o i e cf d i si s o i b cf d i si s o i e cf d i s 1 8 0 0 0 - 61 8 0 0 0 - 61 8 0 0 0 - 6 发布时间2 0 0 3 - 1 1 - 2 62 0 0 3 - 1 1 - 2 62 0 0 3 1 1 2 4 工作频率 8 6 0 - 9 6 0 删z8 6 0 - 9 6 0 m h z8 6 0 - 9 6 c l m h z 数据通讯速率 3 3 k b p sl o k b p s ，4 0 k b p s2 6 7 k b p s - 一1 2 8 k b 阅读器至标签 p s 调制方式 a s ka s k d s b - a s k ，s s b a s k ，p r - a s k 编码方式 p i em a n c h e s t e rp i e 调制深度 2 7 一1 0 ( 脯1 8 一1 0 0 3 0 一l o o 有无前缀n o y e sy e s 子载波频率 n o ta p p l i c a b l en o ta p p l i c a b l e6 4 l ( ，1 2 8 k 2 5 6 k 通信数据速率 4 0 k b p s4 0 k b p s4 0 k b p s 一6 4 0 k b p 标签至阅读器s 调制方式反向散射反向散射反向散射 ( a s ka n d o rp s k ) 数据编码 f 啪f 0f m 0 0 r s u b c a r r i c r m a n c h e s t e r 有无前缀 y e s y e sy e s 防碰撞算法名称 a l 叫a a d a p t i r eb i n a r y s l o t t e da i o h a t r e e 类犁 p r o b a b i l i s t i cp r o b a b i l i s t i cp r o b a b i1 i s t i c 数据格式 u i d ( 6 4 b i t ) o ru i do rs u i du i d ( 6 4 b i t ) o r s u i ds u i d 线性 y e s y e sy e s 标签识别容量 2 5 6s l o t s 2 2 ”t a g s2 2 “t a g s 以下着重来看它们三者的主要不同之处。 在前向链路编码中，c 与a 一样，选择脉冲间隔编码( p i e ) ，而b 选择了双 相曼彻斯特编码( n r z l ) 。p i e 编码，占空比比m 锄c h e 咖r 小很多，单位时问 内发送的能量显然要小。但是若仅仅看在脉冲高电平时刻，其发送的能量可能与 m a n c h e s t e r 相仿。 碰撞仲裁算法( 或反碰撞算法) 较为关键，三者使用的碰撞仲裁算法也各 不相同。a 使用的是自适应a l o h a 算法，b 使用的是自适应二进制树算法，而c 1 4 则采用了时隙a l o h a 算法。最后一种算法较为有效，但也较为复杂。 a 的数据率为3 3 k b p s ，b 、c 的数据率可变，根据其应用场合，b 可选1 0 k b p s 或4 0 k b p s ，c 则是从2 6 7 k b p s 1 2 8 k b p s 。需要引起我们关注的是b 只是二选一，而 c 则可以是其中任意的比率，这样留给用户的选择余地更大。 调制深度最高都为1 0 0 ，最低分别为2 7 、1 8 、3 0 。调制深度越深， 传输速率越高，抗干扰能力也越强。 2 5 本章参考文献 【l 】武岳山e p cc i g 2 进入i s 0 1 8 0 0 0 - 6 c 的进程一更新的i s o i e c1 8 0 0 0 6 国际 标准【j 】，中国自动识别技术，2 0 0 7 年第1 期：3 8 - 4 3 【2 】张纲，杨庆森，程君侠i s o i e c1 8 0 0 0 - 6 ( c d ) 研究综述叨，信息技术与标 准化，2 0 0 4 年第4 期：2 3 - 2 8 【3 】h t t p ：w w w e p c g l o b a l i n c o r g 【4 】h t t p ：w w w i s o o r g 【5 】h t t p ：w w w u i d c e n t e r o r g 6 】i s o i e c1 8 0 0 0 - 6 ：2 0 0 4 ( e ) i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y - r a d i of r e q u e n c y i d e n t i f i c a t i o nf o ri t e mm a n a g e m e n t - p a r t6 ：p a r a m e t e r sf o ra i ri n t e r f a c e c o m m u n i c a t i o n sa t8 6 0m h z t o9 6 0m h z s w i t z e r l a n d ：2 0 0 4 8 1 5 【7 】e p c g l o b a l e p c t mr a d i o f r e q u e n c yi d e n t i t yp r o t o c o l sc l a s s 1g e n e r a t i o n - 2 u h fr f i dp r o t o c o lf o rc o m m u n i c a t i o n sa t8 6 0 m h z 9 6 0 m h zv e r s i o n1 0 9 2 0 0 5 1 【8 】李强超高频射频电子标签芯片中低功耗电路研究【d 】复旦大学，2 0 0 5 第三章基于e p cg e n 2 协议的u h fr f i d 阅读器的设计 3 1u h fr f i d 阅读器的总体结构 u h fr f i d 阅读器的总体结构框图如图3 1 所示，是一个基于d s p 子系统， 完成与标签和上位机的双向通信，其中射频前端子系统包括发射电路和接收电路 两部分，下面主要对射频前端的电路的结构和性能分析进行了研究。 图3 1 阅读器的总体结构框图 3 2 阅读器发射电路的架构 根据e p cg e n 2 协议中规定的，阅读器到标签采用d s b - a s k 、s s b a s k 或 p r - a s k 调制方式进行通信，而电予标签的后向散射是通过调制阅读器的无调制 载波来返回信息，主要调制方式是a s k 或p s k 调制。因此协议要求的调制方式、 调制深度等决定了阅读器发射电路的架构。 图3 2 是用于幅度调制的发射电路架构，包括本地振荡( l o ) ，可变增益放大 器( v g a ) ，功率放大器( e a ) ，以及天线( a t n a ) ，其中l o 提供了发射电路的 载波频率，输入数据通过v g a 来调制发射载波，从而产生幅度调制信号，p a 则把输出功率进行放大，然后通过天线把信号发送出去。这种发射电路的结构比 较简单，采用的硬件比较少。 1 6 图3 2 幅度调制的发射电路架构 图3 3 是用于幅度和相位调制的发射电路架构，是基于混频器的发射电路 架构。与图3 2 的发射电路架构相比，图3 3 的架构能够用于发送幅度调制和相 位调制的信号，因此能够符合e p cg e n 2 协议对调制方式的要求。 图3 3 幅度和相位调制的发射电路架构 为了抑制传输过程中r f i d 系统产生的码间干扰，系统在设计时选取了升 余弦滚降滤波做为去除码间干扰的处理方法【“。即把要发送的数据通过一个升余 弦滤波器。升余弦滤波器的传递函数为： 日( 国) = 而相应的冲激响应为： 坼) = 筹 c o s a m t , l 一4 a 2 t 2 正2 。朴半 t ( 1 - a ) x 怵半 ( 3 t ) i o , i 畔适 - j ( 3 2 ) 其中l z 为符号速率，口是滚降因子，并r 0 口l 。一般实际应用中选 取的滚降因子为三种情况：口= o ，口= 0 5 和口= l 。图3 4 所示为升余弦滤波器的 频率响应和冲激响应，从这两张图中可以看出，滚降因子越大，滤波器的带宽越 1 7 1j 、l 缈一 万一i i 一撕 nm+ l 石 i 了 q 宽，冲激响应的波动越小。 f r e q 啪n c er e s p o c w e 夕：彳 、 f? -。 ，。忡 _ p h 二0 5 d r d ( a ) 升余弦频率响应 h 叫h 阳p m ( b ) 升余弦频率响应的冲激波形 图3 4 升余弦频率响应及其对应的冲激波形 本文为了不使r f i d 系统射频模块非线性器件出现通信失真，选取了口= l 的升余弦滚降滤波器。 单边带幅度调制可由双边带幅度调制去除一个边带推导出【2 】。因此它的带 宽为d s b 调制的一半。按照保留的边带是上边带还是下边带，存在两种类型的 s s b 调制，即u s s b 调铝4 和l s s b 调制。这些信号的对域表达式为： 甜( f ) ：辱埘( f ) c o s 2 石z f 千二拿而( f ) 2 z r z ， ( 3 3 ) 式中减号对应u s s b 调制，而加号对应于l s s b 调制。r e ( t ) 为调制信号， 即要发送的信号。4 为载波幅度，z 为载波频率。j ； ( r ) 为r e ( t ) 的希尔伯特变换， 在时域上的形式为前( f ) = r e ( t ) 仁) ，在频域中衍( ，) = 一j s g n ( f ) m ( f ) 。可见， 一个信号进行希尔伯特变换实际上就是对该信号的所有成分进行z r 2 相位偏移。 在频域中，有 c 力= p 一卜w “铆 ， c 力= p 。卜州n d l 锄 旺s ， 因为s s b 调制的信号的带宽是d s b 调制的信号的一半，它的功率只有相应 的d s b 调制信号一半，原因在于去掉了一个边带。因此s s b 调制的信号和d s b 调制的信号的信噪比( s n r ) 相同。 由以上分析，为了符合多种调制( 如幅度调制和相位调制) 的要求，发射 电路采用混频器的架构；为了符合工作信道外频谱抑制的要求，发射信号采用升 余弦滤波器进行滤波；为了得到发射电路的单边带和双边带调制，发射电路还采 用了希尔伯特变换来抑制双边带信号中的一个边带。本文提出了基于升余弦滤波 器和希尔伯特变换的i q 两路发射电路的架构，如图3 5 所示， h i l b c r t t r a n s f o r m 图3 5 阅读器发射电路的结构 当输入信号经过升余弦滤波器，希尔波特变换，分别通过i q 两路上变频， 并相加或者相