本文主要是介绍RFID原理及应用期末复习笔记 | 第2章：数字通信基础，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
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文章目录
- 第2章：数字通信基础
- （1）通信模型
- 各部分的作用
- 1.信源
- 2.信源编码
- 3.信道编码
- 4.加密
- 5.数字调制
- 6.同步
- （2）数字通信的特点
- （3）数字通信的特征指标
- （4）RFID的组成
- 1.阅读器
- 2.电子标签
- 3.中间件
- （5）分类
- （6）相关物理学原理
- 1.天线
- 2.能量耦合
- 3.电感耦合 vs. 电磁耦合
- 4.数据传输
- （7）RFID系统特征
- 1.能量
- 2.时序
- 3.数据传输
- （8）RFID的性能指标
- （9）RFID技术现状与面临的问题
第2章：数字通信基础
学习目标：
数字通信基础
信号的编码与调制
数据传输的完整性
数据安全性
（1）通信模型
数字通信系统是利用数字信号来传输信息的通信系统。
(Source coding)
信源编码与信源译码:完成模拟/数字信号转换
(Channel coding)
信道编码与信道译码：增强信号抗干扰能力，提高传输的可靠性
(modulation/demodulation)
数字调制：改变载波参数，使其按照传输信号的特点变化而变化的过程；通过将数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号
各部分的作用
1.信源
用来产生信号，这里的信号可以是数字信号也可以是模拟信号。整个过程中传输的是数字信号，但是产生的也可以是模拟信号，因为在整个模型中有一个关键的部件是信源编码可以把信源产生模拟信号转换成数字信号。
2.信源编码
信源编码有两个作用：①提高信号传输的有效性。
首先要理解什么是信号传输的有效性？
例如：有两辆卡车都可以装5000千克，其中一辆实际装了3000千克，另一辆实际装了4000千克。那么可以说实际装4000千克的卡车有效性更好。在通信中“有效性”主要是指在一个码元中包含的二进数多的有效性就比较好。这里涉及到码元和二进制，利用一个图跟大家说明在传递信息的过程中二者之间的关系。
其次需要知道是利用什么方法提高了有效性？
通过压缩编码技术减少码元的数目来降低码元速率。码元数目减少了，但是要传输的二进制数不变，那么每个码元中包含的二进制数就会增多，有效性得以提高。
②完成模数转换（A/D转换）
当信源产生的是模拟信号时，信源编码器可以把模拟信号转换成数学信号，来实现模拟信号和数字信号的转变。
3.信道编码
信道编码的作用：进行差错控制（实质就是对要传输的码元进行监督看是否在传输过程中出现错误）简单了解一下是如何进行差错控制的，信号在传输过程中会受到噪声的干扰，在通信中噪声是不能消除的，理想信道是没有噪声的，但是实际在传输过程中，噪声并不能消除。这些噪声会导致传输的信号出现错误，为了减小差错，在本来要传输的码元中加入“监督码元”来监督传输的码元是否错误。接收方通过加入的监督码元来发现错误和纠正错误。加入“监督码元”的过程称为信道编码，是有信道编码器来实现。
4.加密
数学信号在传输过程中可以对数字信号进行加密，实现信号的保密传输。
5.数字调制
数字调制的作用： 把数字基带信号的频谱帮到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号。
6.同步
收发两端的信号在时间上保持步调一致。 很多同学对于同步的理解很困难，在这里简单介绍一下，例如：课堂上，老师想要小明来回答问题，老师首先要点小明的名字，听到自己的名字被点时，小明会站起来，准备好听问题然后回答问题。这个过程同学们可以类比成同步。在通信中传输数字信号时间，为了保证信号的可靠和准确；有序，在传输的码元中会加入同步信息（同步信息就是老师叫“小明”），接受方收到同步信号后会准备好接受信号。同步是数字通信系统中特有的，是数字通信系统的一部分。
（2）数字通信的特点
- 避免噪声积累，便于长距离高质量传输
一定程度可修复还原 - 便于加密处理
加密算法多基于数字逻辑运算 - 便于设备的集成，微型化
超大规模集成电路的使用 - 占用较宽的信道频率
采样频率
（3）数字通信的特征指标
- 传输速率
bps，kbps… - 信道带宽
Hz，kHz…
频带利用率 = bps / Hz - 误码率
传输错误码元数 / 传输总码元数
（4）RFID的组成
由硬件组件：阅读器、电子标签，和软件组件：中间件（应用系统）组成：
1.阅读器
职责：
与电子标签的通信
接受来自主机系统的控制指令
分类：
只读、读写
阅读器构成：
射频接口：
（供能）产生高频发射能量，激活电子标签，为其提供能量
（写）调制发射信号，传输数据给电子标签
（读）接受，调制来自标签的射频信号
逻辑控制单元：
与应用系统进行通信，执行接收的指令
控制阅读器与电子标签的通信过程
信号的编解码
数据的加密和解密
防碰撞算法
对阅读器和标签进行身份验证
天线：
功能：接收到的电磁波–>电流信号；电流信号–>要发射的电磁波。
天线发射电磁波–>电磁场–>激活和识别电子标签
天线的电磁场范围即是阅读器的可读区域
2.电子标签
磁卡：
磁卡是将具有信息存储功能的特殊材料以液体磁性材料或磁条为信息载体，将宽6～14 mm的磁条压贴在卡片上制作而成。磁条上有三条磁道，前两条为只读磁道，第三条为读写磁道。
智能卡：
智能卡（Smart Card）又称为集成电路卡（Integrated Circuit Card，IC卡），内部带有微处理器和存储单元等部件。
IC卡的芯片具有写入和存储数据的能力，IC卡存储器中的内容可以根据需要有条件地供外部读取，或供内部信息处理和判定之用。
智能卡是超大规模集成电路技术、计算机技术以及信息安全技术等发展结合的产物，它将集成电路芯片镶嵌于塑料基片的指定位置上，可保存、读取和修改芯片上的信息。
按照与外界数据传送的形式来分，IC卡分为接触式和非接触式两种:
非接触式智能卡：
- 非接触式IC卡的芯片全部封于卡内，无暴露部分
- 卡内嵌有微型天线，以便芯片与读卡器之间非接触的通信
- 通过无线电波或电磁场感应来交换信息
- 将射频识别技术和IC技术结合起来
- 解决了无源（卡中无电源），非接触这两大难题
非接触式IC卡具有以下优点：
- 可靠性高：避免了由于接触读写而产生的各种故障
- 操作方便、迅速：读写器在10cm范围内可以对卡片操作，方便使用，提高效率。
- 防碰撞：非接触卡中有快速防碰撞机制，能防止卡片之间出现数据干扰，因此可以对多张卡进行并行处理。
- 可以适合于多种应用：能够实现一卡多用，通过密码和访问条件的设定，就能应用于不同的系统。
- 加密性能好：卡中各扇区都有自己的操作密码和访问条件，采用双向验证机制，而且通信数据加密，很适合电子钱包、公路自动收费系统和公交自动售票系统。
非接触式IC卡是一种典型的电子标签。若改变非接触式IC卡封装形式，则可呈现形式多样的外观（如线状标签、纸状标签等），统称为射频电子标签。
电子标签：
也叫智能标签，由IC芯片和无线通信天线组成的微型标签
电子标签内部模块：
天线；芯片：
- 电压调节器：将从阅读器接收的射频信号转换为直流电源，经大电容存储能量，经稳压器后为芯片提供电源（无源标签）
- 调制器：将要发送的数据调制后加载给天线
- 解调器：去除载波，获得真正的信号信息
- 逻辑控制单元：读取，分析阅读器送来的信号，根据要求回送数据
- 存储单元：系统运行和存放数据的位置
3.中间件
电子标签和应用程序之间的中介
主要功能：
- 阅读器协调控制：配置，监控，发送指令给阅读器
- 数据过滤与处理：纠正错误，去除冗余
- 数据路由与集成：发送数据给对应的应用
- 进程管理：根据用户需求，监控数据并触发相应进程
（5）分类
电子标签分类：是否有微处理器
无芯片标签（chipless RFID）
存储器标签
- 没有微处理器单元
- 由地址和安全逻辑单元进行数据处理和访存操作。
- 存储器标签存储方便、使用简单、价格便宜，在很多场合可以替代磁卡，如医疗上用的急救卡、餐饮业的客户菜单卡等。
微处理器标签
- 集成电路中含有CPU、EEPROM、随机存储器（RAM）以及片内操作系统（COS）。
- COS用来控制命令序列、文件管理及执行加密算法等。
- CPU卡适用于保密性要求高的场合，如金融卡、军事密令卡等。
EEPROM：电可擦写可编程只读存储器。这种存储器可以在加电的情况下，实现对原来数据的擦除和数据的重新写入。
RFID的分类：工作方式
有源（主动式）
- 内装电池
- 可主动侦测阅读器并传送信息
- 记忆空间大，通信距离长
- 成本高，体积大，寿命受限
无源（被动式）
- 天线接收电磁波唤醒芯片工作，转化的电力同时用来回传信号
- 价格便宜，体积小，寿命长
- 记忆空间小，通信距离短
半有源（半主动式）
- 内装电池仅用于驱动标签芯片；天线负责回传信号
- 不主动传输数据
电子标签分类：工作方式
主动式标签
自身具有内部电源，用以供应芯片所需电能以产生对外的信号。一般来说，主动式标签读取距离比较长，可以达到几十米甚至上百米，但是存在寿命有限、体积较大以及成本较高等缺陷。有源标签一般在集装箱的电子标签中应用比较多。
被动式电子标签
内部没有供电电源。当无源电子标签进入读写器的工作区域后，受到读写器发出射频信号的激励，前提是要求电子标签与读写器在一定的距离内，读写器能提供电子标签足够的射频场强，从而保证标签进入正常工作状态。由于被动式标签具有价格低廉，体积小巧，无须电源的优点，目前市场的RFID标签主要是被动式的
电子标签分类：读写性
只读电子标签：内部通常只有只读存储器（ROM）来存储标识信息（ID），且ID是在制造过程中写入的，此后不可更改。它们在通过读写器的时候，能被读写器监测到。
一次写入只读电子标签：内部只有ROM和RAM。ROM用于存储系统程序和安全性要求高的数据。标签的标识信息（ID）可以由制造商写入，也可以由用户自己写入，但是写入之后就不能修改。
读写电子标签：内部含有可编程记忆存储器，除了有存储信息的功能外，还可以在适当的条件下由用户写入数据。用户可以对标签的存储器进行读写操作。
含有片上传感器的可读写电子标签 ：包含有一个片上传感器，用户可以用来记录参数（如温度、压力、加速度等），并将其写入可编程记忆存储器。这种标签必须是主动式或者半主动式。
含有收发信机的可读写电子标签：这种标签类似于一个小的发射接收系统，可以和其他标签或器件进行数据通信，而无须读写器的参与，并可以把相关信息写入到自身的可编程存储器中，它们通常是主动式的。
RFID的分类：工作频率
作频率是指电子标签工作时采用的频率。可划分为：
- 低频：30～300 kHz
- 高频：3～30 MHz
- 超高频：300 MHz～1 GHz
- 微波：2.45 GHz以上
无线射频识别系统的工作频率对系统的工作性能有很大的影响，从识别距离、穿透性能来看，不同射频频率的表现存在着很大的差异。
低频和高频的特性对比：
双频标签：
在双频系统中，发送数据和接收数据采用不同的工作频率。
读写器不断地产生低频编码电磁信号，用来激活进入有效范围的双频标签；
同时读写器将接收天线接收的来自双频标签的高频载波信号放大，再解调出有效的数字信号。
RFID的分类 ：封装
（6）相关物理学原理
1.天线
2.能量耦合
3.电感耦合 vs. 电磁耦合
4.数据传输
（7）RFID系统特征
1.能量
2.时序
3.数据传输
（8）RFID的性能指标
（9）RFID技术现状与面临的问题
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