特高频无源标签码分射频识别

刘礼白 著

序
前言
第一篇 通信思维
第一章 射频识别空中接口的物理模型
1.1 基于射频能量传递的RFID空中接口物理模型
1.1.1 感应标签的物理模型变压器模型
1.1.2 传播标签的物理模型雷达模型
1.2 基于雷达模型的单信道射频识别
1.2.1 基于雷达模型的后向散射调制
1.2.2 基于单信道体制的多种工作场景
1.2.3 基于雷达模型的单信道射频识别体制特征
1.3 基于信息传输的RFID通信模型
1.3.1 RFID空中接口工作全过程
1.3.2 通信思维
1.3.3 RFID无线数据通信模型
1.3.4 基于通信模型的RFID空中接口的主要参数定义
1.4 基于无线数据通信的码分射频识别
1.4.1 基于无线数据通信的UHF RFID空中接口
1.4.2 UHF码分射频识别空中接口特征
第二章 UHF RFID空中接口的通信资源
2.1 频谱资源
2.1.1 UHF RFID空中接口频谱与ISM频带
2.1.2 不同频带的典型应用
2.1.3 国际上800/900MHz RFID应用频段
2.1.4 我国800/900频段RFID空中接口频谱规定
2.2 功率资源
2.2.1 发射功率
2.2.2 发射功率参数监管
2.3 调制解调与制度增益
2.3.1 调制概念
2.3.2 二进制数字调制误码率特性
2.4 跳频通信与跳频扩展频谱通信增益
2.4.1 UHF RFID跳频系统
2.4.2 跳频扩展频谱增益
2.5 噪声与接收机灵敏度
2.5.1 UHF频段的噪声
2.5.2 接收机灵敏度
2.6 空间资源
2.6.1 天线分集
2.6.2 蜂窝组网
2.7 时间资源
2.7.1 时间资源受限于频谱资源
2.7.2 时间资源利用
2.7.3 多进制编码和多参量调制
第三章 UHF RFID空中接口的无线电波传播特性
3.1 传播机理
3.1.1 电磁场概念
3.1.2 三种不同特性的场区
3.1.3 电磁场的工程化界限
3.1.4 UHF RFID空中接口测试距离
3.2 基本传播损耗
3.3 UHF RFID空中接口的介质耦合损耗
3.3.1 无线通信的介质耦合损耗
3.3.2 天线极化状态的不确定性
3.3.3 二维空间天线极化偏差影响
3.3.4 三维空间极化偏差影响
3.4 传播时延
3.4.1 标称路径长度传播时延
3.4.2 UHF RFID路径传播时延
3.5 静态多径传播
3.5.1 传播方向的反射驻波
3.5.2 存在地面反射的传播
3.5.3 多径传播
3.5.4 多径时延扩展
3.6 移动多径传播特性
3.6.1 多普勒效应
3.6.2 移动多径环境的时域扩散延时功率谱
3.6.3 相关带宽
3.6.4 相关时间
3.6.5 多径衰落
第二篇 单信道射频识别
第四章 单信道射频识别概述
4.1 现行RFID标准及技术体制
4.1.1 演进中的ISO/IEC18000系列标准
4.1.2 ISO/IEC18000-6860~960MHz空中接口通信一致性参数标准
4.1.3 相应的测试标准
4.2 单信道应答信号传输数学模型
4.3 碰撞仲裁
4.4 ISO/IEC18046/7检测标准
4.4.1 ISO/IEC18046性能检测标准
4.4.2 ISO/IEC18047标签与阅读器一致性的标准
第五章 UHF RFID无源标签
5.1 UHF RFID无源标签概述
5.1.1 UHF RFID无源标签组成框图
5.1.2 无源标签的技术限制
5.1.3 标签的功能对系统体制的制约
5.2 无源标签UHF RFID无线功率传输
5.2.1 无线功率传输起源
5.2.2 无线功率传输(电荷泵)接收灵敏度
5.2.3 电荷泵
5.2.4 电荷储存与供电方式
5.3 无源标签包络检波接收灵敏度
5.3.1 无源标签UHF RFID空中接口下行信道数据传输原理框图
5.3.2 包络检波电路
5.3.3 包络检波接收灵敏度
5.4 UHF RFID无源标签ASK调制
5.4.1 无源标签UHF RFID空中接口上行信道数据传输原理框图
5.4.2 后向散射调制
5.4.3 后向散射调制灵敏度需求
第六章 UHF RFID阅读器
6.1 无源标签UHF RFID阅读器概述
6.1.1 阅读器的任务和特点
6.1.2 阅读器简单框图
6.1.3 阅读器的硬件组成
6.1.4 阅读器的软件组成
6.2 相干解调
6.2.1 阅读器对无源标签应答信号接收
6.2.2 AM信号相干解调
6.2.3 正交相干解调
6.3 阅读器接收灵敏度
6.3.1 晶体管噪声系数限制
6.3.2 阅读器发射机载波和杂散发射对接收机的干扰
6.4 阅读器载波泄漏抵消
6.4.1 直接耦合补偿
6.4.2 自适应补偿
第七章 通信协议
7.1 物理层参数
7.1.1 射频参数
7.1.2 调制参数
7.1.3 基带参数部分
7.2 媒体接入控制参数
7.2.1 指令和应答
7.2.2 ISO/IEC18000-6各型标准的标签防碰撞设计
7.3 ISO/IEC18000-6空中接口碰撞仲裁算法
7.3.1 ISO/IEC18000-6 Type A无源标签RFID空中接口
7.3.2 ISO/IEC18000-6 Type C无源标签RFID空中接口
7.3.3 ISO/IEC18000-6 Type B无源标签RFID空中接口
7.3.4 ISO/IEC18000-6 Type DRFID空中接口
第八章 通信资源利用状况
8.1 信道资源与系统接入能力
8.1.1 无源标签UHF RFID信道资源
8.1.2 信道利用率
8.2 频谱效率和频谱利用率
8.2.1 ISO/IEC18000-6C频谱效率和频谱利用率
8.2.2 与同频段移动通信比较
8.3 射频功率资源与无源标签高信噪比接收
8.3.1 标签可能接收到的最高电平
8.3.2 无源标签接收端内部噪声
8.3.3 无源标签接收归一化信噪比
8.4 无源标签UHF RFID空中接口覆盖区
8.4.1 无源标签UHF RFID空中接口三种不同的灵敏度
8.4.2 不同概念的覆盖区范围及其意义
第三篇 码分射频识别
第九章 码分射频识别概述
9.1 码分射频识别发展需求
9.1.1 现行UHF RFID空中接口的改进需求
9.1.2 物联网的发展需求
9.1.3 RFID接入物联网的现行技术
9.1.4 有关码分射频识别的研究
9.2 码分射频识别系统设计要点
9.2.1 码分射频识别及其技术依托
9.2.2 码分射频识别的媒体接入控制
9.2.3 码分射频识别的物理层
9.3 码分射频识别的环境条件
9.3.1 无源标签空中接口的短距离通信环境
9.3.2 突发通信环境
9.3.3 无源标签高信噪比接收环境
9.3.4 相对信道速率的频谱资源富裕度
9.4 扩展频谱信号的抗干扰特征
9.4.1 相关函数
9.4.2 相关检测
第十章 码分射频识别数学模型
10.1 扩展频谱通信基础概念
10.1.1 扩展频谱通信的理论依据仙农信道容量公式
10.1.2 最佳信号形式伪随机序列信号
10.2 多进制扩展频谱编码传输数学模型
10.2.1 多进制扩展频谱编码传输信号形成
10.2.2 多进制扩展频谱编码传输信号接收
10.3 码分多标签接入扩展频谱传输数学模型
10.3.1 码分多标签接入扩展频谱信号
10.3.2 码分并行应答扩展频谱接收
第十一章 m序列和移位m序列族
11.1 正交序列(码)与伪随机序列(码)
11.1.1 正交序列(码)
11.1.2 伪随机序列
11.2 最长线性反馈移位寄存器序列(m序列)
11.2.1 线性反馈移位寄存器序列
11.2.2 特征多项式和本原多项式
11.2.3 游程
11.3 m序列特性
11.3.1 m序列是伪随机序列
11.3.2 m序列是周期序列
11.3.3 状态图和各态历经性
11.3.4 m序列本原多项式镜像特性
11.3.5 m序列的自相关特性
11.3.6 由本原多项式产生m序列
11.4 m序列捕获
11.4.1 已知本原多项式捕获m序列
11.4.2 已知移位寄存器级数寻找m序列的本原多项式
11.5 移位m序列族
11.5.1 移位m序列族概念
11.5.2 移位m序列族特性
11.5.3 衍生序列
11.5.4 同族的全部序列的初始状态具有各态历经性
11.5.5 反码序列族
第十二章 码分射频识别系统框架
12.1 码分射频识别系统组成
12.1.1 单阅读器应用
12.1.2 多阅读器码分射频识别系统
12.2 码分射频识别系统技术架构
12.2.1 总体框架
12.2.2 总体技术框架说明
12.3 码分射频识别系统参数
12.3.1 码分射频识别系统的写入和读取操作过程
12.3.2 基于通信模型的空中接口参数定义
12.4 码分射频识别系统技术特性
12.4.1 技术对比
12.4.2 预期效果
12.5 码分射频识别系统检测方法
12.5.1 基于通信模型的空中接口参数的测试装置
12.5.2 测试系统基本假定条件
12.5.3 测试程序
第十三章 无源标签码分射频识别空中接口下行链路
13.1 码分射频识别下行链路技术特点与设备组成
13.1.1 码分射频识别下行链路任务
13.1.2 码分射频识别下行链路的技术特点
13.1.3 下行信道的设备构成
13.2 浅调幅
13.2.1 下行链路浅调幅的需求与可能
13.2.2 浅调幅设计
13.3 注入同步
13.3.1 码分射频识别系统的同步需求
13.3.2 注入同步环路构成
13.3.3 注入同步环路工作状态
13.4 chip率相关检测
13.4.1 CD-RFID下行信道相关的特点
13.4.2 离散信号相关原理
13.4.3 移位m序列相关检测
13.4.4 数域映射和容错
13.5 多进制扩展频谱编码序列相关检测
13.5.1 下行链路多进制编码需求与可能
13.5.2 下行链路多进制编码分组
13.5.3 移位m序列衍生和多进制编码序列相关接收
第十四章 码分射频识别空中接口上行链路
14.1 码分射频识别上行链路技术特点与设备组成
14.1.1 上行链路的任务和技术特点
14.1.2 无源标签CD-RFID上行链路设备组成
14.2 并行应答序列分组与代码设定
14.2.1 序列分组需求
14.2.2 移位m序列族的序列分组和代码设定
14.2.3 移位m序列族序列长度选择
14.2.4 移位m序列族序列选择
14.2.5 序列族序列分组与代码设定举例
14.3 伪PSK调制
14.3.1 技术思路
14.3.2 均匀无耗传输线
14.3.3 伪PSK调制相位反射系数与负载归一化电抗关系
14.4 标签并行应答时域分散设计
14.4.1 设计思路
14.4.2 参数选择
14.4.3 接入状态
14.4.4 各级本原多项式
14.4.5 各本原多项式m序列的接入信道状态表
14.4.6 逻辑图
14.5 扩展频谱阅读器载波泄漏干扰抵消
14.5.1 CD-RFID系统载波泄漏干扰的特点
14.5.2 CD-RFID阅读器载波泄漏干扰抵消
14.6 无源标签并行应答功率控制
14.6.1 需求分析
14.6.2 标签可能接收到的最大信号电压
14.6.3 分流式可变衰减器
14.6.4 衰减量计算
14.6.5 举例
第十五章 无源标签特高频码分射频识别的应用前景
15.1 码分射频识别的体制优势
15.2 提高了网络接入能力
15.3 码分射频识别应用前景
参考文献
附录A 无线电频谱划分
附录B 中国800/900MHz频段射频识别(RFID)技术应用规定(试行)
附录C 部分m序列本原多项式结构表
附录D 部分移位m序列族衍生关系表
附录E 并行应答时间分散控制逻辑图
附录F 名词术语

第一篇  通信思维
　　RFID源于雷达，用于自动识别，基于数据通信，被归类于无线短距离通信。
　　按其工作机理分，历史上曾经有过变压器模型和雷达模型。
　　1948年，HarryStockman发表的《利用反射功率的通信》奠定了RFID的理论基础，从此RFID也被打下了深深的雷达思维烙印。就射频能量传递而言，对于应用最为广泛的无源标签RFID空中接口，其借用阅读器发送载波通过“后向散射调制”返回应答信号的过程，类似于雷达。但是按照信息传输思维，这个系统实际上可以分解为下行和上行两个链路，下行链路通过调制下达询问指令，上行链路通过调制返回应答数据，所以归根到底还是通信系统。技术的不断发展，应用内涵的日渐丰富，使得数据通信的特征在系统中的重要性更加突出，系统的技术进步更多地寄托于现代通信技术发展既得成果的推动；有源标签的出现，使得最基本的利用反射功率传送应答信号的前提不复存在，RFID空中接口完全失去了与雷达模型的思维关联。即便是对于无源标签系统，利用反射功率也仅仅是系统内信号传输中的一个环节。所以从技术发展的角度，当今国际上把RFID归属于无线短距离通信范畴体现了RFID空中接口的数据通信本质的一致认知。
　　尽管无线通信与雷达同属于无线电设备，甚至可以认为雷达是通信的一种特例，但具体而言，雷达与无线数据通信由于用途不同，设计思维大相径庭。
　　雷达是自发自收系统，信号形式已知，其通过返回信号的波形变化、到达时间和被探测体的后向散射功率获取目标信息，是一个单信道的闭环操作系统。
　　无线数据通信是发射端对接收端传送信息，载波受信息调制成为信号，接收端对信息未知。波形变化属于干扰分量，到达时间无关紧要。无线数据通信系统设计关注系统设备能力。多用户共享系统资源，进行开环操作。
　　雷达是探测系统，通常单机工作，覆盖一片地域，探测对象是被动的目标。当出现多目标时，对探测结果依次处理。
　　无线数据通信是服务系统，以尽可能广泛的互联互通为宗旨。关注频谱资源共享、多用户接入能力和组网能力。
　　雷达系统通常是单信道系统，对频谱利用率不太关心，没有多信道复用需求。
　　无线数据通信系统为增加系统容量发展了各类多信道复用技术。因此，通信思维有助于建立更高效的RFID空中接口新体制。
　　雷达系统的被探测对象是被动体，靠返回信号检测，即闭环检测方法，闭环检测对系统中间环节的参数是难以定义和检测的。
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