新一代超高频RFIi1J无线接口标准

通信技市新一代超高频RFIi1J无线接口*EPCCLASS-1/Gen-2研究罗海勇，李锦涛，郭俊波，冯波，袁武(中科院计算技术研究所，北京100080)摘要:介绍了EPCCLASS-1/Gen-2RFID标准所采用的关键技术及其特点。作为第二代得到广泛厂商支持的RFID标准，Gen-2标准吸收了其他RFID相关标准的最新成果，在射频频段选择、物理层数据编码技术及调制方式、防冲突算法、标签访问控制和隐私保护等关键技术方面进行了改进，以适应标签低处理能力、低功耗和低成本的要求，使得Gen-2标准在性能上比第一代EPCRFID标准有了显著提高。关键词:RFID标准EPCCLASS-1/Gen-2防冲突算法无线射频标识RFID(RadioFrequencyIdentification)及其采用的核心技术。是一种非接触的自动标识技术，它利用射频信号和空间1EPCCLASS-1/Gen-2RFID标准主要特点藕合来实现对物体的自动识别川。与条形码相比，RFIDEPCCLASS-I/Gen-2RFID标准(简称Gen-2标准)技术具有防水、防磁、使用寿命长、读取距离远、标签上采用开放的体系结构，得到众多欧美RFID企业支持。它数据可加密、存储数据容量大、存储信息更改方便等优充分考虑了标签低处理能力、低功耗和低成本要求，在射点。相信RFID将给人类生活带来深刻变化。为了抢占市频频段选择、物理层数据编码及调制方式、防冲突算法、标场并在市场竞争中立于优势地位，很多企业积极起草或签访问控制和隐私保护等技术方面采取了一系列改进，既者参与RFID标准的制定。提高了RFID产品的性能，又减少了制造电子标签所需掩在RFID的众多相关标准中，无线接口标准是最核模(die)大小(平均减少幅度为20%)，降低了电子标签的心的部分。无线接口标准主要定义电子标签和阅读器间制造成本。Gen-2RFID标准具有以下主要特点:互操作的物理层标准、抗冲突算法及参数等。RFID(1)兼容全球RFID频谱分布:Gen-2标准综合考虑无线接口标准涉及到低频、高频、超高频和微波等多个了超高频RFID全球分布的无线频段，频谱较宽(860M-频段，它们各有特色，其中超高频及微波RFID由于具有960MHz)，其中美国RFID频段为902M-938MHz，欧洲是数据传输速率高、空中传输距离远等特点，广为关注。目868MHz，日本为950M-956MHz。标准要求，在全球RFID前超高频及以上频段RFID无线接口标准主要有ISO组频段范围内(860M-960MHz),Gen-2RFID产品性能必织制订的ISO18000-6A/B(采用860M-960MHz频段)、日须保持一致，保证Gen-2标准RFID设备间互通互联，本东京大学教授坂村健等提出的UID(UbiquitousID，泛从而推动Gen-2标准RFID产品在全球广泛使用。在ID)RFID标准(采用2.45GHz频段)和EPCglobal组织(2)无版权许可:Gen-2标准在制订过程中，由BTG,制订的第一代EPCCLASS-0/1RFID标准和第二代Alien和Matrics等60余家RFID公司签署了EPC咖balCLASS-1RFID标准。在这几个无线接口中，第二代无特权许可协议，鼓励Gen-2标准的免版税(RoyaltyCLASS-1RFID标准一方面吸收了ISO18000-6等RFIDFree)使用，这将有利于RFID产品的市场推广。标准成果，另一方面根据第一代EPC标准产品在市场应(3)良好的安全性和隐私保护:安全和隐私一直是用中的反馈，进行了技术改进，性能比第一代RFID标准RFID产品所关注的问题之一。Gen-2标准采用了简单有了显著提高。其性能提高主要体现为兼容全球RFID的安全加密算法，保证在阅读器读取信息的过程中，不频谱、具有良好的安全性和隐私保护、拥有更快的标签把敏感数据扩散出去。在隐私保护方面，Gen-2采用“灭阅读速度以及适合标签工作模式的无线接口。EPCglobal活”(Klils)方式，即当标签收到阅读器的有效灭活指令组织于2004年12月16日批准了EPCCLASS-1/Gen-2后，标签自行永久销毁。RED标准。(4)更快的标签阅读速度:Gen-2标准采用基于概率/分下面简要介绍EPC第二代CLASS-1RFID标准特点槽(probabilistic/slotted)防冲突算法，能快速适应标签数*北京市科技重大项目培育专项课题编号:Z0005190040831量的变化，在阅读批量标签时能避免重复阅读。其标签((电子技术应用》2006年第5期本刊郊翁:eta@ncse.com.cn131‘涌信技市阅读速度是第一代EPC标准的10倍，能够满足高速自的两种数据编码方式之一。它采用双相位空间编码，在动作业需要，适应大批量标签阅读应用场合。每一个符号边界，信号相位必须发生翻转。图3显示了(5)灵活的编码空间:Gen-2标准采用16-496位可基带FMO编码及状态转换图。变长度EPC标识以及可选用户存储区工作方式，来满图3(a)中:I-s4代表4个不同相位的FMO函数波足各种RFID应用对编码和数据存储的不同需要。形。图3(b)状态转换图上的标记0和1表示编码数据序(6)适合标签工作模式的无线接口:Gen-2标准采用了列的逻辑值，也代表由此产生的FMO发射波形。状态转适合标签工作(注明标签工作特点，是否指后向功率小，换图映射发射逻辑数据序列时，FMO编码间的转换方要求简单)的数据编码和调制方式，即前向链路(阅读器向。由于FMO编码序列选择依赖于先前波形，因此FMO到标签)采用PIE(Pulse-IntervalEncoding)ASK调制方编码需要存储器来存储前一编码比特的波形。式，反相散射链路(标签到阅读器)采用FMO/密列副载数据0数据1波调制。2关键技术及特点CLASS-1/Gen-2标准采用物理层(Signaling)和标签标识标签标识层s3(t)=-s2(t)s4(t)二一sl(t)层两层分层结构，如图1所示。1物理层(Signaling){其中物理层主要涉及到RFID(a)FMO基带信号波形(b)FMO信号状态转换图图1Gen-2标准分层结构频率、数据编码方式、调制格图3基带FMO编码及状态转换图式、RF包络形状及数据速率等问题;标签标识层主要处(3)密列编码调制副载波理阅读器读写标签的各种指令。Gen-2标准的关键技术密列编码调制副载波(Miller-modulatedsubcarrier)也主要涉及数据编码和调制方式、数据差错控制编码技是Gen-2反向链路通信时可选的数据编码方式之一。其术、数据加密以及防冲突算法等。下面分别介绍Gen-2基本信号波形和信号状态图与基带FMO有些类似，如标准所采用这几项关键技术。图4所示。(1)PIE编码数据0PIE编码是Gen-2标准前向链路通信时采用的数据数据1编码方式。它通过脉冲间隔(PulseInterval)的不同长度来区分数据0和1，且在任一符合数据的中间产生一次相位翻转，如图2所示。s4(t)二一sl(t)s3(t)=-s2W(a)Mliler基带信号波形(b)Miller信号状态转换图图4密列编码基本信号波形和信号状态转换图数据0基带密列编码不同于基带FMO编码之处是基带密列编码仅在二个连续符号0间才发生相位翻转，其他数数据1据符号组合(01/10/11)不发生相位翻转，发射波形为基图2PIE编码带波形乘上M(M值由阅读器指定，可以为2,4或者8)倍符号速率的方波信号。PIE编码的极性翻转特性使得编码数据可无二义性密勒码调制信号中带有时钟信息，具有较好的抗干地进行译码，且物理上实现容易。标签在接收到一个脉扰能力。冲数据后，把此脉冲数据的宽度与参考脉冲宽度(参考(4)调制技术脉冲宽度等于数据0与数据1脉冲宽度和的一半)进行Gen-2标准前向链路通信时采用双边带/单边带/相比较，宽度大于参考脉冲宽度，判为1;脉冲宽度小于参位翻转幅度键控方式(即DSB/SSB/PRASK)，如图5所示。考脉冲宽度判为0。该脉冲宽度判断对标签处理能力要Gen-2标准反向链路采用后向散射(backscatter)幅求不高。度键控/相移键控(即ASK/PSK)。后向散射是通过芯片PIE编码还带有时钟信息，在通信过程中，能较好地端口阻抗的变化因而改变天线的反射系数来实现的。保持数据同步，抵抗各种无线干扰，从而提高系统在无幅度键控的载波幅度受到数字数据的调制而取不线环境下的可靠性。同值，它采用包络检波，其实现简单，适合电子标签特点。(2)基带FMO编码相移键控用需要传输的数据值来调制载波相位，如用基带FMO编码是Gen-2标准反向链路通信时可选132欢迎网上投稿www.aetnet.cnwww.aetnet.com.cn《电子技术应用》2006年第5期瘫信技市DSB-orSSB-ASKBasebandData:010PR-ASKBasebandData:010器值减1，仅当标签内分槽计数器值为0时，标签才对阅l召召l三三卜r刊卜一，州卜T，曰二卜卜」卜一，卜」曰曰翔读器进行应答;当分槽计数器值不为0时，标签不对阅读络曰旨日卜」州卜一斗一卜+月曰叫V器进行应答，而是根据阅读器的不同命令，执行分槽计数月目二泪目目卜n卜lew月}一一干」卜于」曰232器值继续减1操作，或者根据新的Q参数值来再次载人DataSymbotsDataSymbots另一随机数(该随机数取值范围必须同样在0-2Q-1)。已DSB-orSSB-ASKModutatingWaveformPR-ASKModulatingWavefonn1I名I门1--1}。J.{二}日!饭旧J‘(产、IJI日P!咐1矛灿经阅读成功的标签，退出这轮标签阅读。当有二个或者飞﹃1、u、妞tl夕1飞﹁1、梦1日It，、，、娜1日多个标签的分槽计算器值同时为0时，这些标签会同时V1、耳、奋t百1V1IlkI01'W11w!%F1!f1l1、11---A-1.11!11’二’!对阅读器进行应答，从而造成冲突。阅读器检测到冲突0123123DataSymbotsDataSymbots发生后，发出相关命令，让冲突标签的分槽计数器值从DSB-orSSB-ASKModutatedRFPR-ASKModulatedRF0变到OxFFFF(16位二进制最大值)，继续留在这轮阅读周期内，以后阅读器再通过设置新的Q参数来散列发生冲突的标签。这个阅读过程一直继续下去，直到RFEnvelopeUnmodulatedMod,-lorviFieldwithPhaneFieldwithModulated完成这轮阅读周期。FieldFieldPhase一中TranwationPhase，一中DepthDSB-orSSB-ASKDetectedWavefoxmPR-ASKDetectedWavefcrm在阅读器命令参数口的选择上，Gen-2推荐了图。l11111，ll七l召.11.}已1气(J、11、IJI己1、1圈IJ性{口n户】6的算法。图中仇是参数Q的浮点表示，阅读器对仇﹄It分、r、甘1艺1协111钊1灿厅1‘1、,t、r、11日1俪口丽，面厅1取整得到Q，标签用Q作参数，在(0-2Q-1)取值范围叫nV1、门、门、门!01甘VUI1⋯11「r「!内，随机散列分槽计数器值，以实现标签的高效率读取。22DataSymbotsDataSymbots图中0.1