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解释背散射——从基础到高级原理

RFID内部指南 320

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。

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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。

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这三种调制方式在前向链路中最常用。图表展示了它们如何通过改变波形幅度来传递数据。
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这是前向链路中使用的编码类型。如上所述,这显示了数据如何用1或0编码。

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
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这是在通信反向链路中使用ASK时最常见的调制方式。此图展示了通过改变波形振幅来传递数据的方式。
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