射频识别(RFID,Radio Frequency Identification)系统主要是由读写器和射频标签两个物理实体构成,两者通过空中接口实现交互。为此,在国家标准GB/T 29261.3中对射频识别(RFID)系统的定义是:一种自动识别和数据采集系统,包含一个或多个读写器以及一个或多个标签,其中数据传输通过对电磁场载波信号的适当调制实现。射频识别(RFID)系统的技术要求应是对读写器和射频标签提出技术要求,当然要包括两者通信的空中接口的技术要求。在我国,对于工作在2.45Hz频段射频识别(RFID)系统的技术要求是由不同的国家标准所规范的。
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一、空中接口的技术要求
对于工作在2.45GHz频段射频识别(RFID)系统的读写器和射频标签,它们应该遵循其同一空中接口规范,以保证其互相通信与交互。我国国家标准GB/T 28925《信息技术 射频识别 2.45Hz空中接口协议》规范了工作在2.45GHz频段射频识别(RFID)系统空中接口的技术要求,包括其物理层和媒体访问控制层的参数、协议工作方式、读写器命令与标签的响应、标签的相关要求等。下述予以简要的介绍之,若要详细了解该标准具体内容的请查阅下附件1。
附件 1:GB/T 28925-2012《信息技术 射频识别 2.45GHz空中接口协议》
1、空中接口的工作频率特性
RFID系统空中接口的工作频率工作在2400.00MHz~2483.50MHz范围,即有83.5MHz带宽,频带内共有16个信道,信道中心频率fc的确定详见下表1-1-1,即每信道带宽为5MHz。默认工作信道为信道0,默认工作频率为2405.00MHz。工作频率准确度为20x10-6(20ppm),其发射频谱密度模板应符合下表1-1-2的要求。
表 1-1-1:2.45GHz频段RFID系统工作频率信道中心频率fc的选取
表 1-1-2:2.45GHz频段RFID系统发送频谱密度模板
温馨提示:根据我国无线电管理机构的管理要求,2400.00MHz~2483.50MHz频段属于ISM频段,是免许可频段,它主要使用于无线接入系统(如WLAN、蓝牙等)和点对点传输的无线系统。因此,在使用工作于2.45GHz频段射频识别(RFID)系统时,其系统设备应符合我国无线电管理机构关于该频段的无线电管理要求。
欲详细了解我国无线电管理机构对2.45GHz频段无线电管理规定要求的请进入。
2、空中接口物理层的其它技术要求
在GB/T 28925标准中,对于空中接口物理层除上述频率特性要求外,其它技术要求还包括:调制方式(支持O-QPSK,可选支持DBPSK)与扩频方式;信息速率(详见下表1-2,包括码片速率、扩频序列长度等);收发转换时间和误差向量幅度(EVM)等,其具体要求的内容请详见该标准原文,即见本文的附件1。在下述的表1-3-2和1-3-3中汇总了物理层的参数,包括参数的编号、参数的名称和参数值或描述。
表 1-2:不同调制方式下的码片速率、扩频序列长度与信息速率的关系
3、空中接口数据链路层的技术要求
读写器到标签之间采用数据帧进行数据传输。数据帧由前导码、同步码、数据长度、帧选项、消息数据及检验码构成,每个字段的长度(字节数)详见下表1-3-1。数据帧的发送顺序依次为前导码、同步码、数据长度、帧选项、消息数据及检验码。对每个由多个字节构成的字段,应先发送最高有效位;对每个字节应先发送最低有效位。数据帧各字段的具体要求请在本文的附件1中查阅。下表1-3-2和表1-3-3汇总了数据链路层的参数,包括参数的编号、参数的名称和参数值或描述。
表 1-3-1:数据帧结构
表 1-3-2:空中接口物理层和数据链路层的参数(读写器到标签)
表 1-3-2:空中接口物理层和数据链路层的参数(标签到读写器)
4、标签的存储区结构和状态转移
2.45GHz频段射频识别(RFID)系统的标签存储器逻辑上分为安全区和用户区。安全区用于存放标签安全类数据,存放位置和存放方式由用户确定。用户区用于存放用户数据,使用文件系统方式组织和管理。GB/T 28925标准对标签的存储区结构做出了具体规定,包括安全区和用户区的组织与管理。
标签的状态分为休眠、侦听、就绪、工作和灭活5个状态,工作状态可进一步分为仲裁、收集、会话和安全会话4个子状态。GB/T 28925标准对标签的状态机各状态的转移条件进行了规定要求。
5、读写器命令和标签响应
2.45GHz频段射频识别(RFID)系统读写器的命令分为必选命令、可选命令、专用命令和定制命令4种类型,其含义详见下表1-5。读写器的命令按操作类型可分为就绪/休眠命令、接入命令、收集命令、文件访问命令、监测命令、安全协议命令和其它命令。GB/T 28925标准规定了各命令的代码格式、功能、命令参数,以及标签在收到命令后的响应。
表 1-5:2.45GHz频段射频识别(RFID)系统读写器的命令类型
6、协议工作方式
GB/T 28925标准规定的2.45GHz频段射频识别(RFID)系统,采用读写器先讲的工作方式。每次通信交互过程均是由读写器发送命令,标签对收到的读写器命令进行响应,标签在未收到读写器的命令时不主动发送信息。其工作过程分为就绪期、接入期、收集期、会话期、监测期。其工作模式分为盘点模式、监测模式、信息发布模式和唤醒模式。在接入期当多个标签同时响应读写器命令试图接入读写器时,可能发生碰撞,GB/T 28925标准规定了一种防碰撞方法解决标签的碰撞问题,以完成多标签的接入。另外,为了保证系统空中接口通信安全,GB/T 28925标准规定了系统采用的安全协议,包括实体鉴别协议和安全通信协议。下表1-6给出了协议参数,包括参数的编号、参数的名称和参数值或描述。
表 1-6:2.45GHz频段射频识别(RFID)系统协议参数
二、读写器设备的技术要求
我国国家标准GB/T 36435《信息技术 射频识别 2.45GHz读写器通用规范》规范了工作在2.45GHz频段射频识别(RFID)系统中读写器设备的通用技术要求。其中:设备的空中接口协议要求应符合上述GB/T 28925标准的要求;功能和性能要求可详见下表2-1;环境条件要求包括了气候环境适应性和机械环境适应性(含振动、冲击、碰撞、运输包装件跌落等);下表2-2汇总了其它技术要求的内容,包括设备的防护等级要求、电磁兼容性要求、安全要求、电源适应能力要求、可靠性/维修性/互换性要求、有害物质限量要求等。若要详细了解该标准具体内容的请查阅下附件2。
表 2-1:2.45Hz射频识别读写器设备的功能和性能要求
表 2-2:2.45GHz射频识别读写器设备的相关技术要求
附件 2:GB/T 36435-2018《信息技术 射频识别 2.45GHz读写器通用规范》
三、有源标签的技术要求
国家标准GB/T 36364《信息技术 射频识别 2.45GHz标签通用规范》规范了工作在2.45GHz频段射频识别(RFID)系统中有源标签的通用技术要求。若要详细了解该标准具体内容的请查阅下附件3。
附件 3:GB/T 36364-2018《信息技术 射频识别 2.45GHz标签通用规范》
其中要求:标签应由天线、芯片、电池和外封装构成,其尺寸应符合具体应用要求,外观应完整无破损,标签表面文字和图形完整清晰。标签的空中接口协议要求应符合上述GB/T 28925标准的要求。其应具备基本的应答功能,应能符合GB/T 29768标准要求的读写器发来的信号做出正确响应。标签的功能和性能要求详见下表3。标签环境条件要求包括了气候环境适应性和机械环境适应性(含振动冲击、碰撞、运输包装件跌落等)。其电磁兼容性要求、电源适应性要求、可靠性要求、有害物质限量要求等同读写器设备(见表2-2)。
表 3:2.45GHz射频识别系统中无源标签的性能要求
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