解释背散射——从基础到高级原理

简介

本文将介绍UHF RFID被动标签如何通过背散射进行通信的基础知识和高级原理。在阅读之前，了解每种耦合的类型以及使用时间非常重要。如果你不了解耦合是什么及其工作原理，请在阅读本文前参考《耦合原理》。

101 – 基础

背散射是一种通信方法，其中没有电池（或任何内部电源）的RFID标签接收RFID读取器的能量，并利用相同的能量回馈回复。标签通过从读卡器/天线传播的电磁波接收能量。一旦波到达标签，能量会通过标签内部天线传递，激活芯片或集成电路（IC）。剩余能量会被芯片数据调制，并通过标签的天线以电磁波的形式回流到读取器的天线。

理解背散射原理的最佳方法是想象两个人用手电筒和镜子进行交流。在这种情况下，手电筒代表RFID读卡器，镜子代表RFID标签。手电筒通过开关光束向镜子发送信号。虽然镜子本身没有电，但它仍可以通过反射手电筒部分初始信号来与手电筒进行通信。同样的基本原理也适用于RFID读卡器和标签之间的关系——只是当RFID标签返回信号时，选择远不止全或无（尤其是考虑到使用软件过滤标签读数的能力）。（CITE）

在进入202节之前，你可以先看看下面介绍耦合作原理的前身文章。

https://www.cykeo.com/31075.html

202 – 高级

深入反向散射时，无法忽视电场的存在和使用，而非仅仅使用磁场。RFID最常用的三种频率是低频（LF）、高频（HF）和超高频（UHF）;但只有其中一种，即超高频，使用了后向散射，因此采用了电磁场。电磁场的延伸远超磁场，使得通常与UHF RFID相关的读取距离更长。

下面是背散射耦合和磁耦合的并排比较。

需要注意的是，背散射是一种双向通信方式——即能量先从读者传到标签，然后再从标签传回读者。由于通信读者标记（前向链路）和标签到读者通信（反向链路）所用能量相同，我们先谈谈正向链路。

前向链路（UHF）

前向链路是读取器发出的询问信号，用于激活现场的RFID标签以接收响应。读卡器通过 DSB-ASK、SSB-ASK 或 PR-ASK 和 PIE 编码调制 860-960 MHz 的射频信号。频率的选择由地区广播法规决定。

• ASK代表幅度移位键控，是前向链路最常用的键控方法。振幅移键控通过移动振幅表示1或0。
• DSB-ASK代表双边带ASK，是最常见的ASK调制方法
• SSB-ASK代表单边带ASK，主要用于限制所占频谱的宽度。
• PR-ASK代表相位反转ASK，也用于不同信道宽度。
• PIE编码，或称脉冲间隔编码，是前向链路最常见的编码方法。

请参见下方的来源引文。

以下是用于前向链路的编码和调制类型的表示。

参考上面的图表，对于二进制数据为0，你先发送一个短高脉冲，接着是低脉冲;对于数据为1，你先发送一个长高脉冲，然后再发送一个低脉冲。这样做是为了避免标签在通信交换过程中失去能量。如果我们简单地用低电压表示0，高电压表示1，那么标签ID比如5000 000 0000会收到一整组尾随的零——也就是说，读取器寻址时电压很低，可能会回到睡眠状态。

请参见下方的来源引文。

反向链路（UHF）

反向链路是字段中标签发送回读器时的响应信号。标签通过在高电平和低电平之间切换天线反射系数来回传数据。标签的背散射调制将采用固定的调制格式，可以是ASK或PSK。RFID标签还通过FM0基带或子载波的米勒调制方式，在传输数据速率下对后向散射数据进行编码。标签的响应在读者端被检测并解码。

• PSK（相位移键控）可以在反向链路中替代ASK使用。相移键控通过载波频率相位的变化表示0或1。
• FM0基带，也称为双相空间编码，可以在反向链路中使用，代替PIE
• 在反向链路中，也可以用米勒编码副载波代替PIE