射频识别RFID原理与应用第2版课后双数题答案.docx

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射频识别RFID原理与应用第2版课后双数题答案

射频识别（RFID）原理与应用（第2版）课后双数题答案

第1章RFID概论

简述RFID的基本原理

答：

简述RFID系统的电感耦合方式和反向散射耦合方式的原理和特点。

答：

原理：

①电感耦合:

应用的是变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律。

②反向散射耦合:

应用的是雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律

特点：

①通过电感耦合方式一般适合于中，低频工作的近距离射频识别系统，典型的工作频率有125khz,225khz和13.56mhz。

识别作用距离小于1m,典型作用距离为10~20cm。

②反向射散耦合方式一般适合于高频，微波工作的远距离射频识别系统，典型的工作频率有433mhz,915mhz,，,识别作用距离大于1m,典型作用的距离为3~10m。

什么是1比特应答器它有什么应用有哪些实现方法

答：

1　1比特应答器是字节为1比特的应答器。

2　应用于电子防盗系统。

3　射频标签利用二极管的非线性特性产生载波的谐波。

RRFTD系统中阅读器应具有哪些功能

答：

①以射频方式向应答器传输能量。

②以应答器中读出数据或向应答器写入数据。

③完成对读取数据的信息处理并实现应用操作。

④若有需要，应能和高层处理交互信息。

RFID标签和条形码各有什么特点它们有何不同

答：

特点：

RFID标签：

①RFID可以识别单个非常具体的物体。

②RFID可以同时对多个物体进行识读。

③RFID采用无线射频，可以透过外部材料读取数据。

④RFID的应答器可存储的信息量大，并可以多次改写。

⑤易于构成网络应用环境。

条形码：

①条形码易于制作，对印刷设备和材料无特殊要求，条形码成本低廉、价格便宜。

②条形码用激光读取信息，数据输入速度快，识别可靠准确。

③识别设备结构简单、操作容易、无须专门训练。

不同点：

技术

信息载体

信息量

读/写性

读取方式

保密性

智能化

寿命

成本

条形码

纸、塑料薄膜金属表面

大

只读

CCD或激光束

差

无

较短

最低

RFID

EEPROM等

小

读/写

无线通信

好

有

最长

较高

条形码是“可视技术”，识读设备只能接收视野范围内的条形码；

而RFID不要求看见目标，RFID标签只要在阅读器的作用范围内就可以被读取。

参阅有关资料，对RFID防伪或食品安全追溯应用进行阐述。

答：

随着科技的进步及高新技术在标签印刷制作领域的应用，一种全新、多功能、有良好防伪效果的RFID标签已开始在酒、食品、药品、票证等许多领域应用，它将为标签印制带来新的生机和活力。

RFID标签主要有如下特点。

一、RFID标签的功能

1.产品的追溯功能

2.数据的读写功能

3.小型化和多样化的形状

4.耐环境性

5.可重复使用

6.穿透性

7.数据的记忆容量大

二、RFID标签的应用及防伪特点

应用1：

2009年五粮液集团投入2亿元的巨资购买RFID系统，以满足五粮液高端产品对安全防伪和产品追溯管理等功能的需求，构建一个完整的RFID整体解决平台。

应用2：

RFID在食品（如农产品）包装防伪和追溯安全方面也有很大的用处。

如：

欧盟及美国、日本等发达国家和地区，都要求对出口到当地的食品必须能够进行跟踪和追溯。

防伪特点：

集多项专利技术的超高频电子标签，具有全球唯一码、数字签名、防转移、防复制等特性；它采用易碎纸基材的金属天线生产加工工艺，既保证了对标签高读写性能要求，又能满足防转移特性和大规模生产的经济性要求。

第2章电感耦合方式的射频前端

画出图中P点处的电压波形，并进一步比较图所示电路与图（a）所示电路的不同点。

答：

图所示电路与图（a）所示电路的不同点：

图所示的电路里面加入了滤波电路和跟随电路，而图（a）没有。

并且图有二极管，来进行确定导通哪个三极管，但是图（a）没有，这就使得图（a）变成了标准正弦波。

画出图中中心点C处的电压波形图和晶体管VT1电流i1和晶体管VT2;电流i2的波形图。

答:

书上给出了VT1电压VA和晶体管VT2电压VA’的波形图。

所以v=ixR。

给出E类功率放大器的电路图，并简述各电路元件的作用。

答：

其中L1、C1构成谐振回路，电容C2进行滤波，L2为晶体管VT1提供一个稳定的集电极电压。

在电感耦合方式中，有效工作距离和哪些因素有关

答：

其工作距离与工作频率 电感耦合方式等因素有关。

设计并调试一个满足ISO/IEC1443标准要求的E类功率放大器。

答：

第3章编码和调制

信道带宽为3kHz,波特率可以达到8kbaud吗若能请给出实现方法

答：

能达到，用八相位调制。

画出0110010110的密勒码波形。

答：

装调一个NRZ码和曼彻斯特码的副载波调制电路。

答：

什么是调制和解调有哪些调制和解调技术，它们各有什么特点

答：

1　调制是实现绝对码和相对码之间的相互转换。

解调是阅读器正确将PSK调制信号转换为NRZ的关键电路。

2　有PSK和副载波方式。

       ○

3　直接相位法和选择相位法， 

简述在射频识别中载波的作用。

答：

载波为携带了RFID信息的无线电波，作用是通过无线电波传递信息；对于无源RFID系统来说，载波的作用还可以传递能量，其驱动RFID标签内的芯片工作，并将反馈信息发送给RFID读写器。

第4章数据校验和防碰撞算法

讨论线性分组码的检纠错能力。

答：

编码中各个码字间距离的最小值称为最小码距d，最小码距是衡量码组检错和纠错能力的依据，其关系如下：

（1）为了检测e个错码，则要求最小码距d>e+1;

（2）为了纠正t个错码，则要求最小码距d>2t+1;

（3）为了纠正t个错码，同时检测e个错码，则要求最小码距d>e+t+1,e>t。

简述ALOHA算法和时隙ALOHA算法的基本原理和它们之间的区别。

答：

纯ALOHA算法在RFID系统中仅用于只读系统。

当应答器进入射频能量场被激活以后，它就发送存储在应答器中的数据，且这些数据在一个周期性的循环中不断发送，直至应答器离开射频能量场。

时隙ALOHA算法是把时间分为离散的时间段（时隙），每段时间对应一帧，在RFID系统中，所有应答器的同步由阅读器控制，应答器只在规定的同步时隙开始才传送器数据帧，并在该时隙内完成传送。

时隙ALOHA算法在纯ALOHA算法的基础上将系统的利用率提高了一倍，信道的吞吐量也达到了纯ALOHA算法的两倍。

在题图中，防碰撞协议采用ISO/IEC14443标准中的TYPEA。

设阅读器（PCD）射频能量场内有两个应答器PICC#1和PICC#2，其UIDCL，分别为CL1和CL2。

请解释图示的防碰撞过程。

答：

在ISO/IEC4443标准TYPEB中，处于Ready-Declared状态的PICC对哪些命令的接收会使其状态发生转换，转换的下一个状态是什么

答：

当接收到ATTRIB,HLTB,REQB/WUPB这3种命令后会发生状态改变。

当接收到的是ATTRIB后，进入激活状态；当接收到的是HLTB后，进入终止（等待）状态；当接收的是REQB/WUPB后重新进行AFI匹配。

第5章RFID系统数据传输的安全性

简述对称密码体制与非对称密码体制的特点和区别。

答：

特点：

对称密码体制：

对称加密系统中，加密和解密采用相同的密钥，特点是计算开销小，算法简单，加密速度快。

非对称加密体制：

也叫公钥加密技术，在公钥加密系统中，加密和解密是相对独立的，加密和解密密钥不相同，加密密钥（公开密钥）向公众公开，谁都可以使用，解密密钥（秘密密钥）只有解谜人自己知道，特点是保密所需的密钥组和数量很小，密钥发布不成问题，公开密钥系统可实现数字签名。

区别：

对称加密的加密和解密密钥都是一样的，非对称加密的加密和解密密钥是不一样的，它们的算法也是不同的。

m序列有何特点什么是同宗m序列试设计一个本原多项式f（x）=1+x+x2的m序列产生器，测试其周期值。

答：

m序列是最长线性移位寄存器序列的简称，是一种伪随机序列、伪噪声（PN）码或伪随机码。

均衡特性（平衡性）

m序列每一周期中1的个数比0的个数多1个

游程特性（游程分布的随机性）

M序列中，状态“0”或“1”连续出现的段称为游程。

游程中“0”或“1”的个数称为游程长度。

m序列的一个周期（p=2^n-1）中，游程总数为2^n-1，“0”、“1”各占一半。

移位可加性

2个彼此移位等价的相异M序列，按模2相加所得的序列仍为M序列，并与原M序列等价。

给出基于素域GF（）的特征值不等于2和3的椭圆曲线方程，并简述椭圆曲线密钥的生成方法。

答：

椭圆曲线定义和关键点

曲线方程为：

modp（moduloprimenumberp）表示该曲线位于素数阶p的有限域上，那么曲线形状可以近似为下图：

在椭圆曲线数学中，有一个称为“无穷远处的点”的点，它大致对应于零的作用。

还有一个名为“加法”的+运算符，它具有一些类似于传统实数加法的属性。

给定椭圆曲线上的两个点P1和P2，有第三个点P3=P1+P2，P3也位于椭圆曲线上。

从几何角度，可以通过在P1和P2之间画线来计算P3。

该线将在一个额外的位置与椭圆曲线相交。

称此点为P3'=（x，y）。

然后在x轴上反射得到P3=（x，-y）

如果P1和P2是相同的点，则P1和P2之间的线应该延伸到点P1的切线。

切线会和曲线相交。

在某些情况下（即，如果P1和P2具有相同的x值但y值不同），则切线将完全垂直，在这种情况下P3=“无穷远处的点”。

如果P1是“无穷远处的点”，然后P1+P2=P2。

类似地，如果P2是无穷远处的点，那么P1+P2=P1。

事实证明，+是相互关联的，这意味着（A+B）+C=A+（B+C）。

这意味着我们可以在没有括号的情况下编写A+B+C而且没有歧义

现在我们已经定义了加法，我们可以用扩展加法的标准方式定义乘法。

对于椭圆曲线上的点P，如果k是整数，则kP=P+P+P+...+P（k次）

生成公钥

随机生成数字k作为私钥，我们将其乘以曲线上称为生成点G的预定点，在曲线上的其他位置产生另一个点，即相应的公钥K.

生成器点G被指定为secp256k1标准的一部分，并且对于所有密钥始终相同

说明射频识别中阅读器与应答器的三次认证过程。

答：

三次认证过程

阅读器发送查询口令的命令给应答器，应答器作为应答响应传送所产生的一个随机数RB给阅读器。

阅读器产生一个随机数RA，使用共享的密钥K和共同的加密算法EK，算出加密数据块TOKENAB，并将TOKENAB传送给应答器。

TOKENAB＝EK（RA,RB）

应答器接受到TOKENAB后，进行解密，将取得的随机数与原先发送的随机数RB进行比较，若一致，则阅读器获得了应答器的确认。

应答器发送另一个加密数据块TOKENBA给阅读器，TOKENBA为

TOKENBA＝EK（RB1,RA）

阅读器接收到TOKENBA并对其解密，若收到的随机数与原先发送的随机数RA相同，则完成了阅读器对应答器的认证。

为什么要对密钥进行分层管理何谓主密钥、二级密钥和初级密钥

答：

初级密钥用来保护数据，即对数据进行加密和解密；二级密钥是用于加密保护初级密钥的密钥；主密钥则用于保护二级密钥。

这种方法对系统的所有秘密的保护转化为对主密钥的保护。

主密钥永远不可能脱离和以明码文的形式出现在存储设备之外。

第6章RFID的ISOIEC标准

RFID标准的作用是什么它主要涉及哪些内容

答：

标准的作用：

确保协同工作的进行，规模经济的实现，工作实施的安全性以及其他许多方面

RFID标准化的主要目的在于通过制定、发布和实施标准，解决编码、通信、空中接口和数据共享等问题，最大程度的促进RFID技术及相关系统的应用

标准采用过早，有可能会制约技术的发展和进步；采用过晚，可能会限制技术的应用范围。

RFID标准涉及的主要内容包括：

技术（接口和通信技术，如空中接口、防碰撞方法、中间件技术、通信协议）

一致性（数据结构、编码格式及内存分配）

电池辅助及与传感器的融合

应用（如不停车收费系统、身份识别、动物识别、物流、追踪、门禁等）

简述ISO/IEC的动物识别标准的特点。

答：

ISO/IEC11784

规定动物识别的代码结构

ISO/IEC11785

规定相关的技术准则

ISO/IEC14223

为读取动物应答器内的特殊数字提供了协议，这些数字被存储在集中所有动物数据的中央数据库内

ISO/IEC14443标准中多PICC激活是指什么

答：

PCD动作

PICC1状态

PICC2状态

PICC3状态

三个PICC进入

Idle

Idle

Idle

经防碰撞过程后用CID=1激活PICC

Active

（1）

Idle

Idle

用CID=1传送数据

Active

（1）

Idle

Idle

—

—

—

用CID=2激活PICC

Active

（1）

Active

（2）

Idle

用CID=1,2传送数据

Active

（1）

Active

（2）

Idle

—

—

—

用CID=3激活PICC

Active

（1）

Active

（2）

Active（3）

用CID=1,2,3传送数据

Active

（1）

Active

（2）

Active（3）

—

—

—

用CID=3的S（DESELECT）命令

Active

（1）

Active

（2）

Halt

用CID=2的S（DESELECT）命令

Active

（1）

Halt

Halt

用CID=1的S（DESELECT）命令

Halt

Halt

Halt

在防碰撞过程中，VICC的UID是如何匹配的

答：

RFID技术标准采用了哪些CRC检验算法

答：

CRC（循环冗余校验码）的优点是识别错误的可靠性较好，且只需要少量的操作就可以实现。

16位的CRC码可适用于检验4KB长数据帧的数据完整性，而在RFID系统中，传输的数据帧明显地比4KB短，因此，除了16位的CRC码外，还可以使用12位（甚至5位）的CRC码。

以下三个生成多项式已成为国际标准：

●CRC-12G（X）=x12+x11+X3+x2+X+1

●CRC-16G（X）=x16+x15+x2+1

●CRC-CCITTG（X）=x16+x12+X5+1

在RFID标准ISO/IEC14443中，采用CRC-CCITT生成多项式。

但应注意的是，该标准中，TYPEA采用CRC-A，计算时，循环移位寄存器的初始值为6363H；TYPEB采用CRC-B，循环移位寄存器的初始值为FFFFH。

归纳和比较ISO/IECRFID标准中的防碰撞算法。

答：

RFID系统的防碰撞算法基本都属于TDMA（时分多址）,主要包括AL0HA算法和二进制树型搜索算法。

其中，ALOHA算法是一种非确定方法，由电子标签控制发送时间，一般用于高频RFID系统。

二进制树型搜索算法一般是由读写器控制的确定性方法，主要用于超高频RFID系统。

第7章125kHzRFID技术

画出数据100110在ATA5577C芯片FSK调制时的波形图，设数据传输速率为RF/40，RF为载波频率。

答：

在ATA5577C芯片中，编码为曼彻斯特码或Biphase码时，调制方式为什么不能采用PSK2

答：

调制方式

直接数据输出编码

反向数据输出编码

曼彻斯特码

数位0为下降沿，数位1为上升沿中间位

数位1为下降沿，数位0为上升沿中间位

Biphase码

数位1时位中间附加一跳变

数位0时位中间附加一跳变

PSK2

当数位1结束时，相位改变180°

当数位0结束时，相位改变180°

简述ATA5577C芯片的防碰撞过程。

ATA5577C芯片的防碰撞机制是ALOHA方法，时隙ALOHA、轮询、二进制树型算法中的哪一种

答：

ATA5577C芯片采用请求应答（AnswerOnRequest，AOR）实现防碰撞，所以是轮询。

请说明U2270B芯片的RF，CFE，Sandby引脚的功能。

答：

RF载波频率调节

CFE载波使能

Standby低功耗控制

给出曼彻斯特码解码的软件流程图，并简要说明。

答：

曼彻斯特解码过程有以下步骤：

　　1.获取数据流的波特率（或者已知数据流的波特率）。

2.同步数据流的时钟信号（实质是区分位帧边沿和半位帧边沿）。

3.根据上面两步对数据流进行解码。

　　假设的条件和编码时一样，具体的实现步骤如下，

　　1.将定时器的捕获中断设置为所有边沿（对于没有上升沿和下降沿同时捕获的MCU，需要在中断处理函数里改变捕获沿）。

　　2.中断函数里处理捕获标志位和捕获值。

3.开启定时器，捕获第一个边沿并丢弃。

4.捕获下一个边沿，检查捕获值是否等于2T（T=1/2f，其中f为数据流的波特率。

　　5.重复步骤4，直到捕获值等于2T（此时就和数据流的时钟同步了）。

　　6.读取当前I/O信号的电平值，并保存为当前位的值（0或者1）。

　　7.捕获下一个边沿

　　a.捕获值和T比较

　　b.如果捕获值等于T

　　　　i.捕获下一个边沿同时确定该捕获值也等于T（如果不等说明编码错误）

　　　　　　ii.下一位的值和当前值相同

　　　　　　iii.返回该值

　　　　c.如果捕获值等于2T

　　　　　　i.下一位的值和当前值相反

　　　　　　ii.返回该值

　　　　d.否则返回错误

　　8.保存下一位的值到缓存

　　9.如果接收到的数据位达到要求，返回对数据做进一步处理

　　10.否则更新当前值（设置为下一位的值），重复步骤7

　　下图展示的是这种解码方式的一个示意图，

第8章MHzRFID技术

分析图的CRC码生成原理。

答：

在k位信息码后再拼接r位的校验码，报文编码长度为n位，因此，这种编码又叫（n，k）码。

定理：

对于一个给定的（n，k）码，可以证明,存在一个最高次幂为n=k+r的多项式G（x），存在且仅存在一个R次多项式G（x），使得：

其中:

m（x）：

k次信息多项式，

r（x）：

r-1次校验多项式，

g（x）：

生成多项式：

发送方通过指定的G（x）产生r位的CRC校验码，接收方则通过该G（x）来验证收到的报文码的CRC校验码是否为0。

假设发送信息用信息多项式C（X）表示，将C（x）左移r位，则可表示成C（x）*2r，这样C（x）的右边就会空出r位校验码的位置，做除法（模2除），

得到的余数R就是校验码。

发送的CRC编码是

验证接收到的报文编码是否至正确，依然是做模2除：

MIFAREDESFireEV1系列有哪几种芯片它们有什么不同

答：

有MF3ICDH21/41/81三种，分别有2kB或4kB或8kB非易失性存储器。

选择阅读器耦合电感线圈的Q值时应考虑哪些因素

答：

电感Q值，也叫电感品质因素，是衡量电感器件主要参数。

是指电感器在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效耗损之比，电感器的Q值越高，其损耗越小，效率越高。

影响电感的Q值高低的因素

1）线圈导线的直流电阻。

2）线圈骨架的介质耗损。

3）铁芯、屏蔽罩等引起的耗损

4）电容的分布、电感的自谐振效应

5）电感线圈短路

解释图8.25中传输线变压器T1的作用。

答：

功率合成、功率分配；具有变压器的性能，又有传输线的特性

在电感线圈天线中补偿起什么作用如何实现

答：

利用电感器的感抗随频率变化的特性，可进行频率补偿

第9章微波RFID技术

什么是极化极化匹配有什么意义

答：

极化：

在最大辐射方向上电场矢量端点运动的轨迹，分为线极化、圆极化和椭圆极化

电波的极化特性取决于发射天线系统的极化特性。

接收天线必须与发射天线具有相同的极化和旋向特性，以实现极化匹配，从而接收全部能量。

若部分匹配，则只能接收部分能量。

设计一个工作频带为450~900MHz的等角螺旋天线。

答：

什么是天线阵上网查找有关应答器资料，给出采用天线阵技术的应答器一例.并和图所示的四阵元天线阵进行比较。

答：

天线阵是将若干个相同的天线按一定规律排列起来组成的天线阵列系统。

车载天线。

结构不同。

反射调制和天线性能有什么关系

答：

反射调制：

微波应答器的信息传送方式，基于反向散射原理。

反射调制提高天线性能。

调制目的有三点：

1）便于无线发射，减少天线尺寸；

2）频分复用，提高通信容量；

3）提高信号抗干扰能力。

什么是导电油墨采用导电油墨印制天线有什么优点

答：

用导电材料（金、银、铜和碳）分散在连结料中制成的糊状油墨，俗称糊剂油墨。

具有一定程度导电性质，可作为印刷导电点或导电线路之用。

导电油墨干燥后，由于导电粒子间的距离变小，自由电子沿外加电场方向移动形成电流，具有良好的导电性能，可接收RFID专用的无线射频信号。

对于印刷RFID标签内置天线而言，一个好的导电油墨配方，要求具有良好的印刷适性，印刷后的墨层具有附着力强、电阻率低、固化温度低、导电性能稳定等特点。

导电油墨印刷RFID天线的方法只需要经过干法工艺，不会像蚀刻工艺那样产生大量废液，被认为是一种更环保、更高效的工艺。

此外，用导电油墨印刷RFID天线可以实现大批量生产，且废品率比较低，天线性能稳定，也能使RFID标签的总体生产成本大大降低。

第10章EPC与物联网

EPC系统的建设目标是什么

答：

为每一个商品建立全球的、开放的编码标准

EAN·UCC128条形码、EAN·UCC-13条形码、ITF14条形码之间有什么关联和不同

答：

EAN、ITF-14、UCC/EAN-128条码都是GS1规定的用于商品流通环节的条码。

EAN用于商品零售环节，分为EAN-13和EAN-8两种条码格式，定长，在外观上起始符、中间分隔符、终止符都要比其它条在底部长出一些，以方便辨认。

ITF-14用于商品的储运和批发环节，定长14位，用交插二五码加矩形保护框的条码格式。

UCC/EAN-128用于商品的物流环节，非定长，用AI加数据的方式表示商品更多的辅助信息。

UCC/EAN-128码是CODE-128码的一个子集，在起始符后紧跟一个FNC1字符以区别普通的CODE-128条码。

解释术语EPCClass（类）和EPCGen（代）。

答：

Class描述的是标签的基本功能，譬如说它里面存储器情况或有无电池。

Gen是指标签规范的主要版本号。

通常所说的第二代EPC，实际上是第二代EPCClass1，这表明它是规范的第二个主要版本，针对拥有一次写入内存的标签。

EPCClass的目的是为了提供一种模块