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      弱電行業百科大全

      關于射頻識別技術前端技術標準體系的概述

      射頻識別技術有許多突出的優點:實現被動、無接觸操作,應用方便,無機械磨損,使用壽命長,沒有直接向終端用戶開放的物理接口,能更好地保證機床的安全;在數據安全方面,除了標簽的密碼保護之外,還可以使用一些算法來實現數據部分的安全管理,如des、RSA、DSA、MD5等。讀寫機器和卡也可以相互認證,以實現安全的通信和存儲??偝杀疽恢痹谙陆?,越來越接近接觸式集成電路卡的成本,甚至更低,為其大量應用奠定了基礎。應用領域也非常廣泛。射頻識別技術已成功應用于物流管理、生產線站識別、綠色畜牧業養殖個人記錄跟蹤、汽車安全控制、身份證、公共交通等諸多領域。

      頻射識別系統

      世界第一大零售商沃爾瑪(Wal-Mart)在2003年宣布,到2005年1月,其前100家供應商將被要求采用射頻識別技術來實現商品的自動識別,從而繼續提高其供應鏈管理能力。這也威脅到我國零售商能否繼續銷售自己的產品,因為70%的商品是由中國制造商生產的,這表明射頻識別技術的發展已經從下而上得到了推動。

      此外,其他公司,如塔吉特百貨、樂購和食品和藥物管理局也宣布了他們的使用計劃。


      標準困擾下的射頻識別推廣

      目前,世界上一些知名公司已經推出了許多自己的標準。這些標準彼此不兼容,并且在頻帶和數據格式上表現出差異,這也給廣泛的射頻識別應用帶來困難。

      目前,世界上有兩個射頻識別標準陣營:歐美的自動識別中心(Auto-IDCenter)和日本的泛在識別中心(UID)。前者的主導組織是美國的總承包全球協會(EPCGlobalAssociation),該協會擁有沃爾瑪集團、樂購等英國企業,而IBM、微軟、飛利浦、汽車識別實驗室等公司提供技術支持。后者主要由日本制造商組成。

      歐美環保標準采用860兆赫至930兆赫的超高頻頻段,而日本射頻識別標準采用2.45兆赫和13.56兆赫的頻段;。日本標準電子標簽有128位信息,而電子產品總承包標準有96位信息。

      在供應鏈中應用射頻識別技術時,還需要解決其他一些問題,如讀寫設備的可靠性、成本、數據安全、保護個人隱私和系統相關網絡的可靠性、數據同步等。如果不能解決上述問題,必將制約射頻識別技術的發展。然而,最近與射頻識別相關的高層會議相繼召開,射頻識別技術的快速發展引發了一場燎原之勢。


      射頻識別技術標準的幾個方面

      一般來說,射頻識別閱讀器發射的頻率稱為射頻識別系統的工作頻率或載波頻率。射頻識別載波頻率基本上有三個范圍:低頻(30千赫~300千赫)、高頻(3千赫~30千赫)和超高頻(300千赫~3千赫)。常見工作頻率包括低頻125千赫和134.2千赫、高頻13.56兆赫、超高頻433兆赫、860兆赫至930兆赫、2.45千兆赫等。

      射頻識別(射頻識別)的低頻系統主要用于短距離、低成本的應用,如大多數門禁控制、校園一卡通、煤氣表、水表等。高頻系統用于需要傳輸大量數據的應用系統。超高頻系統適用于需要長讀寫距離和高讀寫速度的場合。它的天線波束方向窄,價格相對較高。應用于列車監控、高速公路收費等系統。此外,值得一提的是它在供應鏈中的應用?!豆こ炭偝邪颉芬幎?,工程總承包的載波頻率為13.56兆赫和860兆赫~930兆赫,其中13.56兆赫的標準原型是已并入國際標準化組織/國際電工委員會18000-3的國際標準化組織/國際電工委員會15693。這個頻點的應用非常成熟。

      然而,860~930兆赫頻帶的應用更加復雜,世界各國采用的頻率也不同:美國為915兆赫,歐洲為869兆赫,而中國由于被全球移動通信系統(GSM)、碼分多址(CDMA)等占據,仍有待確定。

      目前常用的射頻識別國際標準包括用于動物識別的國際標準化組織11784和11785、用于容器識別的國際標準化組織10536(緊密耦合卡)、國際標準化組織15693(鄰近卡)、國際標準化組織14443(鄰近卡)、國際標準化組織10374等。一些標準正在形成和完善。例如,供應鏈中ISO18000無源超高頻(860兆赫~930兆赫載波頻率)部分的C1G2標準即將正式推出。中國自己的國家標準將于今年年底發布。這些標準簡述如下。


      國際標準化組織11784和11785

      國際標準化組織11784和11785分別規定了動物識別的代碼結構和技術標準。該標準沒有規定應答器的尺寸,因此它可以被設計成適用于所涉及的各種動物,例如玻璃管、耳標或項圈。

      代碼結構是64位。27到64位可以由每個國家定義。

      技術指南規定了轉發器的數據傳輸方法和閱讀器規格。工作頻率為134.2千赫,數據傳輸模式為全雙工和半雙工。讀取器數據由差分兩相代碼表示。應答器經過FSK調制和NRZ編碼。

      由于轉發器的長充電時間和工作頻率的限制,通信速率相對較低。


      國際標準化組織10536、15693和14443

      國際標準化組織10536標準主要是從1992年到1995年制定的。由于其成本高,與接觸式集成電路卡相比優勢少,該卡從未在市場上銷售過。

      國際標準化組織14443和國際標準化組織15693標準于1995年開始運作,單一系統于1999年進入市場,兩個標準的完成是在2000年之后。二者都以13.56MHz交流信號為載頻:ISO15693讀寫距離長,這也與應用系統的天線形狀和發射功率有關。然而,國際標準化組織14443在閱讀和寫作上更接近一點,但是它被廣泛使用。第二代電子身份目前采用的標準是國際標準化組織14443乙類協議。

      ISO14443定義了兩種協議,甲類和乙類,通信速率為106千比特/秒,它們的區別主要在于載波的調制深度和比特編碼方法。

      當從脈沖編碼傳輸信號到PICC時,甲型采用改進的米勒編碼方法,調制深度為100%的ASK信號。乙類采用NRZ編碼方式調制深度為10%的ASK信號。

      從PICC向PCD傳輸信號時,兩者都通過調制載波傳輸信號,副載波頻率為847千赫。甲類采用曼徹斯特碼開關鍵控;乙型由核研究中心的BPSK編碼

      與甲類相比,乙類由于調制深度和編碼方式的不同,具有傳輸能量不間斷、速度更快、抗干擾能力更強的優點。

      國際標準化組織15693標準中規定的載波頻率也是13.56兆赫。VCD和VICC都使用ASK調制原理,調制深度分別為10%和100%。VICC必須正確解碼兩個調制深度。

      從VCD向VICC傳輸信號時,有兩種編碼方法:“256/1”和“4/1”。兩者都是在固定的時間段內按位置編碼的。這兩種編碼方法的選擇與調制深度無關。當使用“256/1”編碼時,10%ASK調制優先用于長距離模式。在這種組合中,與載波信號的場強相比,調制邊帶的場強較低,這允許集成電路卡完全由允許的磁場強度供電。相反,當工作距離變短或在讀取器附近被屏蔽時,讀取器的“4/1”碼可以與100%ASK調制結合使用。

      當從VICC向VCD發送信號時,副載波由負載調制。電阻或電容調制阻抗在副載波頻率的時鐘中打開和關閉。副載波本身在曼徹斯特編碼數據流的時鐘中使用ASK或FSK調制進行調制。調制方法的選擇由讀取器發送的傳輸協議中標志字節的標志位指示。因此,VICC始終支持兩種方法:ASK(副載波頻率為424千赫)和FSK(副載波頻率為424/484千赫)。數據傳輸速率的選擇也由FLAG中的位表示,并且必須支持兩種速率:高速和低速。根據不同的副載波速率,這兩種速率略有不同。使用單個子載波時,低速為6.62千比特/秒,高速為26.48千比特/秒;當使用雙副載波時,分別為6.67kbits/s和26.69kbits/s。

      可以看出,國際標準化組織15693在應用上更加靈活,并且具有較長的工作距離。更重要的是,它與國際標準化組織18000-3兼容。理解國際標準化組織15693有助于將來理解中國的國家標準,因為中國的國家標準肯定會與國際標準化組織18000的大多數標準兼容。

      如果在同一時間有多個VICC或PICC同時響應,就會發生沖突。射頻識別的核心是防碰撞技術,這也是與接觸式集成電路卡的主要區別。國際標準化組織14443-3規定了類型A和類型B的碰撞預防機制,兩者之間的碰撞預防機制原理不同:前者基于位碰撞檢測協議,而類型B通過一系列命令序列完成碰撞預防;國際標準化組織15693采用循環機制和分時查詢來完成防碰撞機制,這在標準的第三部分有詳細的規定。

      防碰撞機制使得在讀寫區域同時正確操作多個卡成為可能。僅通過算法編程,讀取頭可以自動選擇其中一個卡進行讀寫操作。這不僅便于操作,而且提高了操作速度。

      如果與硬件相匹配,多卡識別可以通過一些算法快速實現。例如,TI的R6C接口芯片有一個解碼錯誤指示引腳,可用于快速識別多張卡:當發生沖突時,引腳電平發生變化,然后記錄用于查詢的低UID位,然后基于該低位增加查詢位,直到沒有沖突發生,從而可以識別所有卡。


      ISO10374

      國際標準化組織10374標準描述了一種基于微波轉發器的自動集裝箱識別系統。

      應答器是一種有源器件,工作頻率為850MHz至950MHz和2.4GHz至2.5GHz。只要轉發器在這個領域,它將被激活,并通過使用變形的FSK副載波的反向散射調制進行響應。信號在兩個子載波頻率40千赫和20千赫之間調制。

      本標準和國際標準化組織6346共同適用于集裝箱的識別。國際標準化組織6346規定了光學識別,而國際標準化組織10374使用微波來表征光學識別信息。


      ISO18000

      國際標準化組織18000是一系列標準。該標準是目前最新最熱的標準,因為它可以用于商品供應鏈,其中一些標準也正在形成。表2顯示了國際標準化組織18000標準的內容。

      國際標準化組織18000-6基本上整合了一些現有射頻識別制造商的產品規格和EAN-UCC提出的標簽架構要求。它只規定了空中接口協議,對數據內容和數據結構沒有限制,因此可以在工程總承包中使用。

      事實上,如果空中接口采用國際標準化組織18000-6,采用工程總承包系統編碼結構和國家統計局架構,就可以形成完整的供應鏈標準。


      綠葉有助于花朵盛開。

      射頻識別技術的應用不僅包括接口設計,還包括天線設計和數據庫管理技術,這將為以后的實際應用積累經驗,提高創新性。因為該技術的應用前景決定了其技術和標準的提高。近年來,射頻識別逐漸發展成為一個獨立的跨學科專業領域。這個領域不同于其他傳統學科。它集成了來自完全不同專業領域的大量技術:如高頻技術、電磁兼容性、半導體技術、數據保護和加密、電信、制造技術和許多專業領域。因此,在這一領域有許多事情要做,問題要討論,但所有這些都值得努力去做。


      小數據2:數字調制技術

      數字調制是指用數字數據調制模擬信號。主要有三種形式:幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)。

      振幅鍵控(ASK):即載波的振幅由數字數據調制,取不同的值,例如對應二進制0,載波的振幅為0;對于二進制1,載波幅度為1。調幅技術實現簡單,但容易受到增益變化的影響。這是一種低效的調制技術。在電話線上,通常只能達到1200個基點。

      頻移鍵控(FSK):載波頻率由數字數據的值(0或1)調制。例如,對應于二進制0的載波頻率是F1,而對應于二進制1的載波頻率是F2。該技術具有良好的抗干擾性能,但占用帶寬較大。在電話線上,全雙工操作可以由FSK實現,通常達到1200bps的速率。

      相移鍵控(PSK):用數字數據值調制載波相位。例如,相移180表示1,相移0表示0。這種調制技術具有最好的抗干擾性能,并且相位變化也可以用作定時信息來同步發射機和接收機的時鐘,并且使傳輸速率加倍。



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