史上最全的RFID超高頻知識梳理

目前，使用RFID超高頻的應用的越來越多了，但很多RFID超高頻的知識卻還是有很多人並不清楚，今天我們就一起來了解一下吧！

UHF RFID與條碼應用的特點的區別

UHF RFID：

可支援遠距離，多標籤識別，適應於複雜環境，可封裝成複雜形態，成本較高

條碼：

近距離，單標籤識別，對識別環境要求較高，平面印製，成本低

RFID系統構成

RFID的分類

1、按工作頻段可分為：

LF RFID技術 134kHz RFID

HF RFID技術 13。56MHz RFID

UHF RFID技術 915 MHz RFID、433 MHz RFID、2。45GHz RFID、5。8 GHz RFID

2、按有無源可分為：

無源RFID技術 標籤不攜帶電池 Passive RFID

有源RFID技術 標籤攜帶電池 Acitve RFID

RFID主流標準體系

1、ISO 18000系列空中介面標準（18000-6。-7，-4）

2、EPC global的915MHz無源RFID空口標準

3、日本UID–日本泛在網路標準

4、中國國家標準

RFID標準化意義：

裝置互聯互通 ，產品一致性，協同解決技術難題，推動技術進步，做大產業規模，便於擴充套件到其他系統和領域。

UHF頻段無源RFID系統

1、

自動識別：

遠距離識別，標籤無源，海量標籤，感測器

2、

技術標準：

空口標準，ISO 18000-6，GB/T 29768-2013，測試標準（ISO 18046）

3、

識別原理：

背向散射調製，多標籤防碰撞

4、

系統性能：

識讀距離，識讀穩定性，可靠性（漏讀），識讀效率

無源標籤靈敏度

標籤靈敏度是指使得標籤能夠啟動工作的最小功率：15dBm，-18dBm，-20dBm，-23dBm（2017）

標籤靈敏度依賴於：IC 靈敏度，IC 與天線良好的匹配，方向

標籤封裝

RFID電子標籤封裝製造工藝過程都包含兩次封裝，分別在RFID晶片上製作凸點，基板材料上製作天線，然後封裝晶片實現晶片和基板天線的互連，經檢驗合格後製成RFID標籤核心層（Inlay），至此完成RFID標籤的第一次封裝。其次，是根據不同的應用，需要經過層壓、衝裁、印刷等第二次封裝，也就是外包裝，製成最終的RFID標籤產品。

UHF頻段無源RFID系統基本原理

1、

裝置互動：

讀寫器透過ASK喚醒標籤，標籤透過背向散射返回資訊給reader，使用CW調製

要點：標籤無源，短距離，標籤便宜，頻率860MHz～960MHz，弱連線Fragile link

背向散射調製：RFID標籤收到鴻陸超高頻讀寫器發射的連續波之後，透過調整標籤天線與晶片之間的匹配關係，使得載入到天線的電流隨資訊位元發生變化，從而完成調製和發射。

2、

系統主從關係：

讀寫器先講-ITF（無源RFID）；標籤先講-TTF（有源RFID）

3、

多標籤碰撞：

Collision–碰撞 Anti-collision-防碰撞

4、

空中介面協議：

調製、編碼、資訊速率、防碰撞、頻段、功率、應用協議

UHF頻段無源RFID系統關鍵技術

1、系統工作基本過程

讀寫器對標籤喚醒並進行清點輪詢所要識別的標籤，所有RFID標籤進行標籤響應，如果有響應衝突就進行衝突分解，之後對訪問標籤的資訊，再重複2～5的過程。

2、關鍵技術問題

效能指標：讀寫距離、識別效率/速度、識別可靠性

效能決定因素：

A。標籤晶片：功耗、靈敏度；

B。標籤天線：多樣性、低成本、效能；

C。讀寫器晶片：功耗、靈敏度、協議相容；

D。讀寫器天線：近場、遠場；

E。空中介面協議：生產、封裝

F。測試：生產效率、成品率、封裝材料和工藝、生產測試

系統性能約束：

A。閱讀器限制：EIRP有效全向輻射功率，閱讀器靈敏度

B。標籤限制：Antenna polarization（天線極化），晶片靈敏度，電源能量，Antenna gain天線增益，Impedance match阻抗匹配

C。導致結果：距離短，漏讀，速度慢

防碰撞演算法

多標籤碰撞：

多個標籤同處在讀寫器的作用場內。當有兩個以上的標籤同時傳送資料時，就會出現通訊衝突和資料相互干擾（碰撞）。

為了防止這些衝突的產生，射頻識別系統中需要設定一定的相關命令，解決衝突問題，這些命令被稱為防衝突命令或演算法，RFID系統標籤防碰撞演算法大多采用時分多路法，時分多路法分為以下兩種，基於確定輪詢的機制確定性演算法和基於隨機的機制的非確定性演算法（主要是ALOHA演算法）。

ALOHA演算法是一種隨機接入方法。其基本思想是採取標籤先發言的方式，當RFID電子標籤進入讀寫器的識別區域內時就自動向UHF讀寫器傳送其自身的ID號，在標籤傳送資料的過程中，若有其他標籤也在傳送資料，將會發生訊號重疊，從而導致衝突。讀寫器檢測接收到的訊號有無衝突，一旦發生衝突，讀寫器就傳送命令讓標籤停止傳送，隨機等待一段時間後再重新發送以減少衝突。

1、純ALOHA演算法

在純ALOHA演算法中，若讀寫裝置檢測出訊號存在相互干擾，讀寫器就會以向標籤發出命令，令其停止向讀寫器傳輸訊號；標籤在接收到命令訊號之後，就會停止傳送資訊，並會在隨機時間段內進入到待命狀態，只有當該時間段過去後，才會重新向RFID閱讀器傳送資訊。各個RFID電子標籤待命時間片段長度是隨機的，再次向讀寫器傳送訊號的時間也不相同，這樣減少碰撞的可能性。

當超高頻讀寫器成功識別某一個標籤後，就會立即對該標籤下達命令使之進入到休眠的狀態。而其他標籤則會一直對讀寫器所發出命令進行響應，並重復發送資訊給讀寫器，當標籤被識別後，就會一一進入到休眠狀態，直到讀寫器識別出所有在其工作區內的標籤後，演算法過程才結束。傳送幀不會產生碰撞，可以分析出，即傳送成功的機率P與呑吐率與資料包含量有關。

特點：分組長度（等長），衝突區域大，實現簡單，適用於分組傳送密度較低場景

總結：檢測到衝突就進入待命狀態 隨機等待時間段 過後進行傳送

2、時隙ALOHA

時隙ALOHA演算法把時間分成多個離散的時隙，每個時隙長度等於或稍大於一個幀，標籤只能在每個時隙的開始處傳送資料。這樣標籤要麼成功傳送，要麼完全碰撞，避免了純ALOHA演算法中的部分碰撞衝突，碰撞週期減半，提高了通道利用率。時隙ALOHA演算法需要讀寫器對其識別區域內的標籤校準時間。因為標籤僅僅在確定的時隙中傳輸資料，所以該演算法的衝撞發生頻率僅僅是純ALOHA演算法的一半，但其系統的資料吞吐效能卻會增加一倍。

特點：衝突區域限制在時隙內，正確接收：無衝突、校驗正確，發生碰撞：接收錯誤，空時隙

總結：將通道劃分為若干時隙（大於等於一個幀），每個終端只能在每個時隙開始傳送資訊，衝突區域限制在時隙內，結果只有成功和碰撞（失敗） 分組到達強度時刻，時隙ALOHA吞吐量是純ALOHA的一倍。

3、成幀時隙ALOHA

成幀時隙演算法中，時間被分成多個離散時隙，電子標籤必須在時隙開始處才可以開始傳輸資訊。讀寫器以一個幀為週期傳送查詢命令。當電子標籤接收到讀寫器的請求命令時，每個標籤透過隨機挑選一個時隙傳送資訊給讀寫器。如果一個時隙只被唯一標籤選中，則此時隙中標籤傳輸的資訊被鴻陸讀寫器成功接收，標籤被正確識別。如果有兩個或兩個以上的標籤選擇了同一時隙傳送，則就會產生衝突，這些同時傳送資訊的標籤就不能被讀寫器成功識別。整個演算法的識別過程都會如此迴圈，一直到所有標籤都被識別完成。

特點：該演算法的缺點是當標籤數量遠大於時隙個數時，讀取標籤的時間會大大增加；當標籤個數遠小於時隙個數時，會造成時隙浪費。

總結：若干個時隙組成一幀，所有標籤在幀內選擇時隙傳送。

ALOHA演算法的二項式模型

二進位制樹型搜尋演算法：

二進位制樹型搜尋演算法由讀寫器控制，基本思想是不斷的將導致碰撞的電子標籤進行劃分，縮小下一步搜尋的標籤數量，直到只有一個電子標籤進行迴應。

基本思路：多個標籤進入讀寫器工作場後，讀寫器傳送帶限制條件的詢問命令，滿足限制條件的標籤回答，如果發生碰撞，則根據發生錯誤的位修改限制條件，再一次傳送詢問命令，直到找到一個正確的回答，並完成對該標籤的讀寫操作。對剩餘的標籤重複以上操作，直到完成對所有標籤的讀寫操作。

標籤儲存區

標籤儲存器可以在邏輯上分為四個區域:

1、保留儲存區（Reserved memory） 包括殺死和訪問密碼（kill and access passwords）。

2、EPC儲存區（EPC memory） 包括一個CRC-16，協議控制位（ProtocolControl（PC） bits），以及一個用於識 別標籤所附著的或即將附著的物品的編碼（ 如EPC，以後都稱為EPC），

3、TID儲存區（TID memory） 包括一個8-bit ISO/IEC 15963分配類別標識 符（EPCglobal的為111000102），還可以 包括標籤資料和廠商資料。

4、使用者儲存區（User memory） 允許儲存使用者專用的資料資訊。儲存器的結構由使用者自己定義。

標籤操作：管理標籤群

詢問機採用選擇、盤存及訪問三個基本操作來管理標籤群。每個操作均由一個或一個以上的命令組成。這三個基本的定義如下：

1、選擇：詢問機選擇標籤群以便於盤存和訪問的過程。詢問機可以一個或一個以上的Select命令在盤存之前選擇特定的標籤群。

2、盤存（清點）：詢問機識別標籤的過程。詢問機在四個通話的其中一個通話中傳輸Query命令，開始一個盤存週期。一個或一個以上的標籤可以應答。詢問機檢查某個標籤應答，請求該標籤發出PC、EPC和CRC-16。同時只在一個通話中進行一個盤存週期。

3、訪問：詢問機與各標籤交易（讀取或寫入標籤）的過程。訪問前必須要對標籤進行識別。訪問由多個命令組成，其中有些命令執行R=＞T鏈的一次活頁加密。

標籤狀態：

Ready 狀態：

在進入到一個射頻啟用區域之後，標籤如果沒有被killed，則將進入readdy狀態。

Arbitrate 狀態：

表示那些參與到當前inventory round中，但是時隙計數器值非零的那部分標籤。

Reply狀態：

當時隙計數器到達0000h的時候，標籤轉入reply狀態 ，標籤進入到reply狀態後會反射一個RN16。

Acknowledge狀態：

如果reply狀態下的標籤收到一個有效的ACK，它將轉入acknowledged狀態，返回他的PC，EPC以及CRC–16。

Open 狀態：

標籤處於open狀態可以執行除了lock以外的所有訪問命令。

secured 狀態：

處於ssecured狀態的標籤可以執行所有的訪問命令。

Killed狀態：

處於open或者secured狀態的標籤，在接收到一個帶有有效的非零kill密碼以及有效的handle的Kill指令後會轉入到killed狀態。

UHF頻段無源RFID系統性能分析

系統性能：

1、效能指標：識讀距離 、可靠性（漏讀）、 識讀效率

2、各自取決因素：功率、傳播、靈敏度；功率、MAC邏輯、天線；速率、MAC效率（上下一一對應）

無源RFID系統鏈路約束

閱讀器限制：EIRP有效全向輻射功率，閱讀器靈敏度

標籤限制：天線極化（Antenna polarization），晶片靈敏度，電源能量，天線增益（Antenna gain），阻抗匹配（Impedance match）

導致結果：距離短，漏讀，速度慢

RFID系統MAC識別效率：

不同距離的最小識別功率不同，距離越大，其最小識別功率越大；同一距離的識別能力隨功率近似線性增長；發射功率並非越大越好。

超高頻RFID應用系統設計

1、RFID應用系統架構：業務系統——支撐平臺——中介軟體——讀寫器與標籤

2、RFID中介軟體：是位於平臺（硬體和作業系統）和應用之間的通用服務，這些服務具有標準的程式介面和協議。針對不同的作業系統和硬體平臺，它們可以有符合介面和協議規範的多種實現。

3、RFID應用系統產品設計流程：

a。市場與應用需求分析

b。應用系統功能設計需求

c。技術與架構選型

d。硬體選型與功能設計

e。系統架構與系統指標

f。系統介面定義

g。軟/硬體系統設計–軟/硬體開發—軟/硬體測試

h。系統測試

以上為小編整理的關於RFID超高頻知識的一些資料，供大家參考，有出入的地方歡迎各位朋友多拍磚頭，大家一起來探討。

（圖文來源於網路，侵刪）