UHF射频识别系统关键技术研究与实现

摘要

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术是自动识别技术的一个重要分支，随着相关技术的发展，高性能识别技术需求的增长，射频识别技术由于其独特的优势，成为本世纪以来最为热门的研究领域之一，在生产、零售、物流、交通等流通领域有着广阔的应用前景。基于现有技术水平的RFID系统设计的关键问题主要包括：阅读器及标签的性能与制造成本控制，以及以此为向导的协议规范制定。
　　 本课题将着重探讨与阅读器工作性能及效率密切相关的各种标签防冲撞算法，对ALOHA算法以及二进制搜索算法作深入的探讨，设计基于ISO1800-6B和EPC Class1Gen2协议的标签防冲撞算法，并通过NS-2软件建立系统级仿真模型，对设计的EPCClass1 Gen2协议标签防冲撞算法进行分析研究，运用概率统计相关理论对仿真数据进行分析总结，并验证模型是否合理，仿真数据是否具有统计意义。
　　 同时也在matlab软件当中建立阅读器与标签之间的链路模型，连同系统级建模，清晰的介绍一个RFID系统各个层面的架构，运作原理，从而全面的阐述RFID系统软件层面设计的关键技术。在本文最后，将给出一种兼容上述防冲撞算法涉及到的两种协议规范的超高频阅读器的设计实现过程及最终测试结果。
　　 通过建立的系统级仿真模型，可以得出了在增大标签数量n，提高了平均吞吐率G的同时，存取阅读器作用范围内所有标签至少一次所需发送的最少询问指令次数平均值及定置信度条件下所需的最大指令次数也在以更快的趋势增大的统计结果，进而得出阅读器的工作效率在本质上是在下降的的结论；另一方面，在标签数目不太大，给定Q值调整算法的条件下，阅读器发出询问指令后作出应答的标签的个数的概率分布近似服从于λ=1．125的泊松分布X～P（λ），从而验证了模型建立的合理性，保证了仿真结果及结论与实际的一致有效性。而设计的阅读器也成功的读取到了两种不同的标签；在合适的发射功率条件下，具有良好的正确读取效率和较大的操作距离。因而，本课题在虚拟平台和实物两个层面对RFID系统的研究设计目标得到了良好的实现。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究状况

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 RFID系统组成及其原理

1.3.1 RFID系统工作原理

1.3.2 RFID系统的标准

1.3.3 RFID技术发展面临的问题

1.4 本文的研究内容与主要工作

第二章 RFID系统组成原理与设计分析

2.1 引言

2.2 RFID系统及其通信原理

2.2.1 阅读器的结构

2.2.2 应答器—非接触式电子数据载体的结构

2.2.3 RFID系统通信原理

2.3 信号编码与调制

2.3.1 基带信号编码

2.3.2 数字调制方法

2.4 数据完整性

2.4.1 RFID系统中常用的信号检错校验方法

2.4.2 RFID系统中通信防冲突的多路存取方法

2.4.3 数据安全性

2.5 频率范围及无线电规范

2.5.1 频率范围及其应用场合

2.5.2 不同地区的无线电规范约束

2.6 射频识别技术标准相关的协议规范

2.6.1 标准化

2.6.2 ISO标准规范

2.6.3 EPC标准规范

2.6.4 UID标准规范

2.7 RFID系统的设计准则

2.7.1 工作频率的选择

2.7.2 作用距离

2.7.3 可靠性要求

2.7.4 存储容量需求

2.8 本章小结

第三章 RFID系统中的防冲撞算法研究与系统建模仿真

3.1 引言

3.2 防冲撞算法

3.2.1 典型防冲撞算法之ALOHA算法的分析研究

3.2.2 典型防冲撞算法之二进制搜索算法的分析研究

3.2.3 基于ISO18000—6B协议的防冲撞算法分析研究

3.2.4 基于EPC Classl Gen2协议的防冲撞算法分析研究

3.3 RFID系统的系统建模仿真

3.3.1 基于matlab的数据链路层建模与仿真

3.3.2 基于NS—2的系统级建模与仿真

3.4 本章小结

第四章 RFID系统相关的电子设计理论与技术

4.1 引言

4.2 先进的电子系统设计辅助技术—信号完整性分析

4.2.1 典型信号完整性问题

4.2.2 设计流程中的信号完整性分析及其原则

4.2.3 仿真与建模

4.3 特殊电路设计准则

4.3.1 模拟电路设计准则

4.3.2 数字电路设计准则

4.3.3 高频电路设计准则

4.3.4 功率传导电路设计准则

4.4 本章小结

第五章 一种UHF频段RFID阅读器系统的设计与实现

5.1 引言

5.2 硬件设计

5.2.1 基于ARM7核处理器芯片LPC2138的控制电路设计

5.2.2 射频前端电路设计

5.2.3 高性能稳压电源电路设计

5.3 软件设计

5.3.1 双协议标签读写器系统设计

5.3.2 ISO18000—6B协议及其软件实现

5.3.3 EPC Class1 Gen2协议及其软件实现

5.3.4 信号处理设计与实现

5.3.5 接收盲点消除技术

5.4 系统性能与单卡片读取测试结果分析

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致 谢