第3章 物联网射频识别系统

3.1 射频识别系统概述

读写器和标签是射频识别系统的组成部分，两者之间所遵循的协议有很多种，其主要制定者一是ISO（International Organization for Standards，国际标准化组织），二是 EPC Global。目前，两者制定的协议有融合的趋势。其中 EPC Class l Generation2标准与ISO18000-6标准的Type C相同。此处主要介绍的是针对EPC标准的射频识别系统与系统架构相关的内容。

EPC目前定义了5种电子标签：Class 0、Class 1、Class 2、Class 3和Class 4标签称为识别标签，其功能如表3.1所示。

表3.1 标签分类及功能

从表3.1可以看出，Class 0标签的特征与Class l的标签类似，但Class 0标签一般是只读标签，标签内的信息在生产过程中一般只写入一次，而Class l标签是读写标签，可在现场写入信息。Class 2标签是一种功能更强的电子标签，可多次重复读写。Class 0、Class l和Class 2标签均为无源标签，而Class 3标签是半无源标签，标签通过后向散射的方式发送数据，但在标签内部有电源来供给逻辑电路工作。Class 4标签是有源标签，在标签内部存在电源，其特征是标签和标签之间能够进行通信，且具有自组网的能力。

读写器是可以读/写标签内存数据的电子装置，而标签是射频识别系统的数据载体。根据标签的供电方式不同，可分为有源射频标签、半无源射频标签和无源射频标签。有源射频标签内的电池不仅是标签的工作电源，而且还为标签和读写器的通信提供能量。半无源射频标签内的电池仅对标签内要求供电维持数据的电路或者标签芯片工作所需的电压起辅助支持作用，标签与读写器通信所需能量主要来自读写器供应的射频能量，当标签所处位置的射频场强不足时，由标签内的电池补充。无源射频标签所需的工作电能是由读写器发出的射频能量提供的。

读写器与标签之间的数据交换是通过电子标签与读写器天线辐射远场区之间的电磁耦合（电磁波发射与反射），构成无接触的空间信息传输射频通道来完成的。耦合的实质是读写器天线辐射出的电磁波照射到射频标签天线后形成反射回波，反射回波再被读写器天线接收。耦合过程中所利用的是读写器天线辐射出的交变电磁能，相当于天线的远场情况。读写器到标签的指令通过调制读写器辐射出的电磁波的幅度、频率、相位来实现。射频标签的信息到读写器的回送是通过加载调制反射回波的幅度、频率、相位实现的。从雷达原理角度来讲，射频标签（天线）等效于一个雷达目标反射截面积（复变量）的变化随标签数据调制而变化的复数量。当标签向读写器方向传送的数据采用幅度调制时，等效的雷达目标反射截面积可以等效为一个随标签数据调制而变化的实数量。读写器向标签传送指令和标签向读写器回送数据是分时实现的。

目前，国际组织公布的最新标签与读写器通信的协议简称 C1G2（Class l Generation 2），实际上是一个接口协议。目前 EPC标准的分类方法含两层，第一层 Class用来区分标签技术和数据存入标签的方法，第二层 Generation定义设备的物理层和可写的数据容量。

（1）EPC Class 0：只读标签，可存储56位数据。

（2）EPC Class l：支持一次写入多次读写，它的第一代协议（Class l Generation l）C1G1支持96位数据存储。

（3）EPC Class 1 Generation 2（C1G2）：此规范定义了读写器先讲（RTF）情况下被动反向散射的物理层和逻辑层要求。读写器向标签发送 RF信号，标签通过接收这些 RF信号获得信息和工作能量。读写器从标签接收信号，并发送 RF信号的连续波，标签接收到信号后就会调整天线的反射系数（阻抗），然后向读写器反向散射信息。这种通信方式就叫做读写器先讲（RTF），就是说标签只有读写器命令它时才会根据接收的信息调整天线阻抗。读写器和标签不能同时发送信息，即 C1G2的通信方式是半双工的，读写器发送信息时标签只能接收，反之亦然。