射頻識別(RFID,Radio Frequency Identification)系統主要是由讀寫器和射頻標簽兩個物理實體構成,兩者通過空中接口實現交互。為此,在國家標準GB/T 29261.3中對射頻識別(RFID)系統的定義是:一種自動識別和數據采集系統,包含一個或多個讀寫器以及一個或多個標簽,其中數據傳輸通過對電磁場載波信號的適當調制實現。射頻識別(RFID)系統的技術要求應是對讀寫器和射頻標簽提出技術要求,當然要包括兩者通信的空中接口的技術要求。在我國,對于工作在2.45Hz頻段射頻識別(RFID)系統的技術要求是由不同的國家標準所規范的。
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一、空中接口的技術要求
對于工作在2.45GHz頻段射頻識別(RFID)系統的讀寫器和射頻標簽,它們應該遵循其同一空中接口規范,以保證其互相通信與交互。我國國家標準GB/T 28925《信息技術 射頻識別 2.45Hz空中接口協議》規范了工作在2.45GHz頻段射頻識別(RFID)系統空中接口的技術要求,包括其物理層和媒體訪問控制層的參數、協議工作方式、讀寫器命令與標簽的響應、標簽的相關要求等。下述予以簡要的介紹之,若要詳細了解該標準具體內容的請查閱下附件1。
附件 1:GB/T 28925-2012《信息技術 射頻識別 2.45GHz空中接口協議》
1、空中接口的工作頻率特性
RFID系統空中接口的工作頻率工作在2400.00MHz~2483.50MHz范圍,即有83.5MHz帶寬,頻帶內共有16個信道,信道中心頻率fc的確定詳見下表1-1-1,即每信道帶寬為5MHz。默認工作信道為信道0,默認工作頻率為2405.00MHz。工作頻率準確度為20x10-6(20ppm),其發射頻譜密度模板應符合下表1-1-2的要求。
表 1-1-1:2.45GHz頻段RFID系統工作頻率信道中心頻率fc的選取
表 1-1-2:2.45GHz頻段RFID系統發送頻譜密度模板
溫馨提示:根據我國無線電管理機構的管理要求,2400.00MHz~2483.50MHz頻段屬于ISM頻段,是免許可頻段,它主要使用于無線接入系統(如WLAN、藍牙等)和點對點傳輸的無線系統。因此,在使用工作于2.45GHz頻段射頻識別(RFID)系統時,其系統設備應符合我國無線電管理機構關于該頻段的無線電管理要求。
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2、空中接口物理層的其它技術要求
在GB/T 28925標準中,對于空中接口物理層除上述頻率特性要求外,其它技術要求還包括:調制方式(支持O-QPSK,可選支持DBPSK)與擴頻方式;信息速率(詳見下表1-2,包括碼片速率、擴頻序列長度等);收發轉換時間和誤差向量幅度(EVM)等,其具體要求的內容請詳見該標準原文,即見本文的附件1。在下述的表1-3-2和1-3-3中匯總了物理層的參數,包括參數的編號、參數的名稱和參數值或描述。
表 1-2:不同調制方式下的碼片速率、擴頻序列長度與信息速率的關系
3、空中接口數據鏈路層的技術要求
讀寫器到標簽之間采用數據幀進行數據傳輸。數據幀由前導碼、同步碼、數據長度、幀選項、消息數據及檢驗碼構成,每個字段的長度(字節數)詳見下表1-3-1。數據幀的發送順序依次為前導碼、同步碼、數據長度、幀選項、消息數據及檢驗碼。對每個由多個字節構成的字段,應先發送最高有效位;對每個字節應先發送最低有效位。數據幀各字段的具體要求請在本文的附件1中查閱。下表1-3-2和表1-3-3匯總了數據鏈路層的參數,包括參數的編號、參數的名稱和參數值或描述。
表 1-3-1:數據幀結構
表 1-3-2:空中接口物理層和數據鏈路層的參數(讀寫器到標簽)
表 1-3-2:空中接口物理層和數據鏈路層的參數(標簽到讀寫器)
4、標簽的存儲區結構和狀態轉移
2.45GHz頻段射頻識別(RFID)系統的標簽存儲器邏輯上分為安全區和用戶區。安全區用于存放標簽安全類數據,存放位置和存放方式由用戶確定。用戶區用于存放用戶數據,使用文件系統方式組織和管理。GB/T 28925標準對標簽的存儲區結構做出了具體規定,包括安全區和用戶區的組織與管理。
標簽的狀態分為休眠、偵聽、就緒、工作和滅活5個狀態,工作狀態可進一步分為仲裁、收集、會話和安全會話4個子狀態。GB/T 28925標準對標簽的狀態機各狀態的轉移條件進行了規定要求。
5、讀寫器命令和標簽響應
2.45GHz頻段射頻識別(RFID)系統讀寫器的命令分為必選命令、可選命令、專用命令和定制命令4種類型,其含義詳見下表1-5。讀寫器的命令按操作類型可分為就緒/休眠命令、接入命令、收集命令、文件訪問命令、監測命令、安全協議命令和其它命令。GB/T 28925標準規定了各命令的代碼格式、功能、命令參數,以及標簽在收到命令后的響應。
表 1-5:2.45GHz頻段射頻識別(RFID)系統讀寫器的命令類型
6、協議工作方式
GB/T 28925標準規定的2.45GHz頻段射頻識別(RFID)系統,采用讀寫器先講的工作方式。每次通信交互過程均是由讀寫器發送命令,標簽對收到的讀寫器命令進行響應,標簽在未收到讀寫器的命令時不主動發送信息。其工作過程分為就緒期、接入期、收集期、會話期、監測期。其工作模式分為盤點模式、監測模式、信息發布模式和喚醒模式。在接入期當多個標簽同時響應讀寫器命令試圖接入讀寫器時,可能發生碰撞,GB/T 28925標準規定了一種防碰撞方法解決標簽的碰撞問題,以完成多標簽的接入。另外,為了保證系統空中接口通信安全,GB/T 28925標準規定了系統采用的安全協議,包括實體鑒別協議和安全通信協議。下表1-6給出了協議參數,包括參數的編號、參數的名稱和參數值或描述。
表 1-6:2.45GHz頻段射頻識別(RFID)系統協議參數
二、讀寫器設備的技術要求
我國國家標準GB/T 36435《信息技術 射頻識別 2.45GHz讀寫器通用規范》規范了工作在2.45GHz頻段射頻識別(RFID)系統中讀寫器設備的通用技術要求。其中:設備的空中接口協議要求應符合上述GB/T 28925標準的要求;功能和性能要求可詳見下表2-1;環境條件要求包括了氣候環境適應性和機械環境適應性(含振動、沖擊、碰撞、運輸包裝件跌落等);下表2-2匯總了其它技術要求的內容,包括設備的防護等級要求、電磁兼容性要求、安全要求、電源適應能力要求、可靠性/維修性/互換性要求、有害物質限量要求等。若要詳細了解該標準具體內容的請查閱下附件2。
表 2-1:2.45Hz射頻識別讀寫器設備的功能和性能要求
表 2-2:2.45GHz射頻識別讀寫器設備的相關技術要求
附件 2:GB/T 36435-2018《信息技術 射頻識別 2.45GHz讀寫器通用規范》
三、有源標簽的技術要求
國家標準GB/T 36364《信息技術 射頻識別 2.45GHz標簽通用規范》規范了工作在2.45GHz頻段射頻識別(RFID)系統中有源標簽的通用技術要求。若要詳細了解該標準具體內容的請查閱下附件3。
附件 3:GB/T 36364-2018《信息技術 射頻識別 2.45GHz標簽通用規范》
其中要求:標簽應由天線、芯片、電池和外封裝構成,其尺寸應符合具體應用要求,外觀應完整無破損,標簽表面文字和圖形完整清晰。標簽的空中接口協議要求應符合上述GB/T 28925標準的要求。其應具備基本的應答功能,應能符合GB/T 29768標準要求的讀寫器發來的信號做出正確響應。標簽的功能和性能要求詳見下表3。標簽環境條件要求包括了氣候環境適應性和機械環境適應性(含振動沖擊、碰撞、運輸包裝件跌落等)。其電磁兼容性要求、電源適應性要求、可靠性要求、有害物質限量要求等同讀寫器設備(見表2-2)。
表 3:2.45GHz射頻識別系統中無源標簽的性能要求
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