代码收藏家 物联网射频识别（RFID）通信原理与技术详解
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。
