2015年秋考试 无线射频技术及应用复习题

一、知识题

1、自动识别技术是应用一定的识别装置，通过被识别物品和识别装置之间的接近活动，自动地获取被

识别物品的相关信息，常见的自动识别技术有语音识别技术、图像识别技术、射频识别技术、条码识别技术（至少列出四种）。

2、RFID的英文缩写是Radio Frequency Identification。

3、RFID系统通常由电子标签、读写器和计算机通信网络三部分组成。

4、在RFID系统工作的信道中存在有三种事件模型：

①以能量提供为基础的事件模型

②以时序方式提供数据交换的事件模型

③以数据交换为目的的事件模型

5、时序指的是读写器和电子标签的工作次序。通常，电子标签有两种时序：

TTF（Target Talk First），RTF（Reader Talk First）。

6、读写器和电子标签通过各自的天线构建了二者之间的非接触信息传输通道。根据观测点与天线之间

的距离由近及远可以将天线周围的场划分为三个区域：非辐射场区、辐射近场区、辐射远场区。

7、读写器和电子标签之间的数据交换方式也可以划分为两种，分别是负载调制、反向散射调制。

8、按照射频识别系统的基本工作方式来划分，可以将射频识别系统分为全双工、半双工、时序系统。

9、按照读写器和电子标签之间的作用距离可以将射频识别系统划分为三类：

密耦合系统、远耦合系统、远距离系统。

10、典型的读写器终端一般由天线、射频模块、逻辑控制模块三部分构成。

11、控制系统和应用软件之间的数据交换主要通过读写器的接口来完成。一般读写器的I/O接口形式

主要有：USB、WLAN、以太网接口、RS-232串行接口、RS-485串行接口。

12、从功能上来说，电子标签一般由天线、调制器、编码发生器、时钟、存储电路组成。

13、读写器之所以非常重要，这是由它的功能所决定的，它的主要功能有：

与电子标签通信、标签供能、多标签识别、移动目标识别。

14、根据电子标签工作时所需的能量来源，可以将电子标签分为有源/无源/半有源标签。

15、电子标签的技术参数主要有传输速率、读写速度、工作频率、能量需求。

16、最常用的差错控制方法有奇偶校验、循环冗余校验等。

17、在偶校验法中，无论信息位多少，监督位只有1位，它使码组中“1”的数目为偶数。

18、RFID系统中的数据传输也分为两种方式：阅读器向电子标签的数据传输，称为下行链路传输；电

子标签向阅读器的数据传输，称为上行链路传输。

19、电感耦合式系统的工作模型类似于变压器模型。其中变压器的初级和次级线圈分别是：

阅读器天线线圈和电子标签天线线圈。

20、电子标签按照天线的类型不同可以划分为线圈型、微带贴片型、偶极子型三种。

21、RFID系统中有两种类型的通信碰撞存在，一种是阅读器碰撞，另一种是电子标签碰撞。

22、为了防止碰撞的发生，射频识别系统中需要设计相应的防碰撞技术，在通信中这种技术也称为多

址技术，多址技术主要分为以下四种：空/频/码/时分多址。

23、TDMA算法又可以分为基于概率的ALOHA算法和确定的二进制算法两种。

24、RFID系统通常由电子标签、读写器、应用软件三部分组成。

25、RFID系统按照工作频率分类，可以分为低频、高频、超高频、微波四类。

26、高频RFID系统典型的工作频率是13.56MHz。

27、超高频RFID系统遵循的通信协议一般是ISO18000-7、ISO18000-6。

28、目前国际上与RFID相关的通信标准主要有：ISO/IEC 18000标准、EPC Global 标准。

29、电子标签含有物品唯一标识体系的编码，其中电子产品代码（EPC）是全球产品代码的一个分支，

它包含著一系列的数据和信息，如产地、日期代码和其他关键的供应信息。

30、超高频RFID系统的识别距离一般为1~10m。

31、超高频RFID系统数据传输速率高，可达1kb/s。

二、概念题：

1.品质因素

答：储能与耗能之比

2. 滤波器

答：(filter)通过有用频率信号抑制无用频率信号的部件或设备

3.分贝

答：分贝（dB）是度量两个相同单位量比值大小，是相对某一标准或特定参考值而计算出的值。当用

在作功率时，

4.基带信号

答：信源发出的未经调制的数字信号或模拟信号。或信号源的信息（也称为信源）含有直流分量和频率较低的频率分量的信号。

5.调制

答：是指用基带信号信号（调制波）去控制一个电振荡（载波信号）参量的过程

6. 增益，

答：即Gain。通常为一个系统的信号输出与信号输入的比率

7. 编码

答：是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号格式

8. 天线前后比

答：指最大正向增益与最大反向增益之比，用分贝表示。

9. 解调

答：是指从载有信号的已调制信号中还原出基带信号的过程

10. 信道

答：传输信号的通道。

11. 天线

答：(antenna)是将高频电流或波导形式的能量变换成电磁波并向规定方向发射出去或把来自一定方向的电磁波还原为高频电流

12. 增益

答：放大器输出功率与输入功率比值的对数，用以表示功率放大的程度。亦常指电压或电流的放大倍数

13. 偶校验

答：在传输字节中额外多传输1位，使传输的9个位数中1的个数为偶数，在接收端验证为偶数时就认为该接受字节无错误。

14. 奇校验

答：在传输字节中额外多传输1位，使传输的9个位数中1的个数为奇数，在接收端验证为奇数时就认为该接受字节无错误

三、问答题

1、超高频RFID系统的工作频率范围？

答：433.92MHz 和860～960MHz

2、ISO18000-

3、ISO14443和ISO15693这三项通信协议针对的是哪一类RFID系统？

答：高频系统

3、未来RFID的发展趋势是什么？

答：超高频RFID

4、中国政府在2007年发布了《关于发布什么频段射频识别(RFID)技术应用试行规定的通知》，其频率覆盖范围是? 通知规定了中国UHF RFID技术的试用频率为是什么？

答：UHF频度，800/900MHz；840-845MHz和920-925 MHz

5、下列哪一个载波频段的RFID系统拥有最高的带宽和通信速率、最长的识别距离和最小的天线尺寸？答：2.45～5.8GHz

6、在一个RFID系统中，下列哪一个部件一般占总投资的60%至70%？

A、电子标签

B、读写器

C、天线

D、应用软件

答：电子标签

7、下列什么是电子标签的一个重要组成部分，它主要负责存储标签内部信息，还负责对标签接收到的信号以及发送出去的信号做一些必要的处理。

A、天线

B、电子标签芯片

C、射频接口

D、读写模块

答：电子标签芯片

8、绝大多数射频识别系统的耦合方式是什么？

答：电感耦合式

9、读写器中负责将读写器中的电流信号转换成射频载波信号并发送给电子标签，或者接收标签发送过来的射频载波信号并将其转化为电流信号的设备是什么？

答：天线

10、任意一个由二进制位串组成的代码都可以和一个系数仅为…0?和…1?取值的多项式一一对应。则二进制代码10111对应的多项式是什么？

答：x4+x2+x+1

11、电子标签正常工作所需要的能量全部是由阅读器供给的，这一类电子标签称为什么标签？

答：无源标签

12、在射频识别系统中，最常用的防碰撞算法是什么？

答：时分多址法

13、在基本二叉数算法中，为了从N个标签中找出唯一一个标签，需要进行多次请求，其平均次数是多少？

log N

答：21

14、射频识别系统中的哪一个器件的工作频率决定了整个射频识别系统的工作频率，功率大小决定了整个射频识别系统的工作距离？

A、电子标签

B、上位机

C、读写器

D、计算机通信网络

答：读写器

15、工作在13.56MHz频段的RFID系统其识别距离一般是多少？

A、<1cm

B、<10cm

C、<75cm

D、10m

答：不大于0.75m

16.在RFID系统中最常用鉴别数据传送是否正确的方法有哪些？

答：奇偶校验法，循环冗余校验

17. PCD管理进入其能量场的多张卡的命令有哪些？

答：Reset；REQA；WAKE-UP；SELECT；HALT

或者回答：复位；请求应答；唤醒；选择；挂起

18.我们学校使用的就餐卡采用的国际标准是什么？标准里的PICC和PCD分别代表什么？

答：ISO/IEC14443，应答器（IC卡）和阅读器（读卡器）

19.RFID典型工作频率有哪些？

答：125KHz，13.56MHz，915MHz，2.4GHz，5.8GHz

20.典型的读写器终端一般由几个部分构成？

答：天线、射频模块、MCU模块、存储模块、人机接口模块等I

21.自动识别技术是应用一定的识别装置，通过被识别物品和识别装置之间的接近活动，自动地获取被识别物品的相关信息，常见的自动识别技术有那些（至少列出四种）？

答：语音识别技术、图像识别技术、射频识别技术、条码识别技术

22.给出PICC的五种状态

答：Power Off；IDLE；READY；ACTIVE；HALT

或者回答：断电状态；休闲状态；准备状态；激活状态；挂起状态

23.按照读写器和电子标签之间的作用距离可以将射频识别系统划分为哪三类？

答：密耦合系统、远耦合系统、远距离系统。

四、图形题

1.请画出I2C的起始信号状态和终止信号状态

2.请给出图中ATR、AntiCollision、Select Application和Authentication & Access Control分别代表MIFARE 1 S50 非接触式IC智能射频卡的那些功能？

3.请画出FSK 和PSK 的波形，已知2f1=f2和二进制码图，如图所示

答：f1表示逻辑“1”，f2表示逻辑“0”

4.请给出AT24C256存储芯片的硬件电路图

这里A2引脚可以悬空

5.请画出曼彻斯特（Manchester）码

答：

6.请画出AT24C256存储芯片写一个字节在SDA线上的时序，包括起始信号状态设备地址、数据地址、应答位和终止信号状态等时序图

7.请画出TYPEA标准帧结构

答：

8.请给出下图图示RFID系统中每一个（共五个）波形的专业名称

答：

1.基带数据；

2.曼彻斯特编码；

3.副载波；

4.副载波编码；

5.副载波负载调制

9.请画出TYPEA短帧结构

答：

S b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 E

10. 请画出SPI总线的连接框图

11.请给出I2C总线中i2c_start（）程序

答：

void Start_I2c()

{

SDA=1; /*发送起始条件的数据信号*/

SCL=1;

Delay()；/*起始条件建立时间大于4.7us,延时*/

SDA=0; /*发送起始信号*/

Delay(); /* 起始条件锁定时间大于4μs*/

SCL=0; /*钳住I2C总线，准备发送或接收数据*/

Delay();

}

五、计算题

1．如图所示：已知R=2.43 ；L=1.0uH；C=138pF,请给出此串联电路的

a.电流强度I（这里假定外加的电压为）

b.谐振频率f

c.品质因素Q

1) 答：a. 总阻抗为

电路电流强度为I=u(t)/Z

答：2）

答3）品质因数

答4）特征阻抗

2. 请画出2.4GHz 偶极子天线图，并给出天线振子长度。 答：

或

无线电波传播速度C=3x100000000米/秒

波长=CxT=C/f=300000000/2400000000米=0.125米 L=0.125/2

因此，天线振子的长度是1/4波长，即为:L/2 <= 3.125厘米

3.如图所示：在ＡＳＫ系统中，假设调幅的最大峰峰值A=10V ；最小峰峰值B=6V ，且τ＝24us ， a) 给出ASK 的中文解释， b ）计算此波形的调制度，

c ）计算出下图中的载波频率．

00111L Q R CR R R

ωρω===

=

001

L C ωρω==

=0f =

MHz pF uH LC f 056.131380.121

21=??==ππ35138143.21≈?=?=pF uH

C L R 1Q Ω≈==1.851381pF uH C L ρ

答：ASK 表示幅移键控

调制度为：

因此

载波的频率从τ＝24us 和图中可以看出

六、应用题

1、 请给出ISO/IEC14443标准中，TypeA 和TypeB 中读卡器到应答器以及应答器到读卡器之间的编码模式、调制

模式、调制深度和数据传输率。

%

B

A B -A m A 100?+=25%

%6

106-10m A

=?+=100KHz us

T f c c 12532413

11=?===τ

答：

TYPE A 编码模式传输速率调制模式调制度

PCD=>PICC Modified Miller 106Kb/s ASK 100%

PICC=>PCD Manchester 106Kb/s Load Modulation+Subcarrier fc/16

TYPE B 编码模式传输速率调制模式调制度

PCD=>PICC NRZ 106Kb/s ASK 10%

PICC=>PCD BPSK-NRZ 106Kb/s Load Modulation+Subcarrier fc/16

2、我校现在有一个3层楼的餐饮大楼，其中，第一层楼有15个结账刷卡点，充值和发卡也在1楼专用的房间里，第二层楼有7个结账刷卡点，第三层楼有5个结账刷卡点，请设计出我们学校校园一卡通系统在餐饮系统中的工程方案设计。

1）硬件核心系统图：

或

2）餐饮IC卡收费系统功能框图：

财务子系统；发卡子系统；充值子系统；数据采集（消费）；IC卡管理子系统3）核心设备清单：

IC卡，读卡器，网关，上位机、数据库及应用软件

3、请给出读卡器的系统原理框图

或

4、简述IC卡的三（重）次认证过程

答：

（A）环：由Mifare 1卡片向读写器发送一个随机数据RB；

（B）环：由读写器收到RB后向Mifare 1卡片发送一个令牌数据TOKEN AB，其中包含了读写器发出的一个随机数据RA；

（C）环：Mifare 1卡片收到TOKEN AB 后，对TOKEN AB 的加密的部分进行解密，并校验第一次由（A）环中Mifare 1卡片发出去的随机数RB是否与（B）环中接收到的TOKEN AB中的RB相一致；

（D）环：如果（C）环校验是正确的，则Mifare 1卡片向读写器发送令牌TOKEN BA给读写器；

（E）环：读写器收到令牌TOKEN BA后，读写器将对令牌TOKEN BA中的RB（随机数）进行解密；并校验第一次由（B）环中读写器发出去的随机数RA是否与（D）环中接收到的TOKEN BA中的RA相一致；

如果上述的每一个环都为“真”，都能正确通过验证，则整个的认证过程将成功。

6.已知Mifare 1 S50卡的存储格式如图所示：

S50卡的存储容量为1K字节，

分为16个扇区，

每个扇区分为4个块，

每个块包含16个字节。

1）如果扇区0中的第0块的数据如下：420A7E00368804004481740630373937H

请问此卡片的卡序列号SN是什么？卡容量字节SIZE是什么？卡类型号TagType是什么？答：SN是420A7E00368804004481740630373937H

SIZE是420A7E00368804004481740630373937H

TagType是420A7E00368804004481740630373937H

2）如果扇区14中块3的值为A0A1A2A3A4A5 FF078069 B0B1B2B3B4B5

根据控制位的定义，已知如图所示

A、存取控制位对块3的控制结构

B、存取控制位对数据块0,1,2的控制结构

C、存取控制位对数据块的控制结构的4个字节的定义

请问密钥A和密钥B是什么？FF078069代表什么？

答：

密钥A：A0A1A2A3A4A5

密钥B：B0B1B2B3B4B5

块3中的4个字节值是FF078069，控制位4个字节展开如下：

按照图示的定义可知在扇区14的4个存储块中

块0、1、2的各16个字节中，只要块3中的密钥A或密钥B同读卡器密钥匹配，根据表B可知读数据，写数据，增值，减值，传输和存储

块3存储的控制位的要求是除了密码A永远不可读之外，密码A和密码B在验证密码A|B匹配的情况下密码A可写，密码Ｂ可读可写，存取控制位的４个字节可读可写。

RFID 系统概论

一、RFID ——Radio Frequency Identification

RFID 利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递达到识别目标的技术。系统通常读写器、电子标签及应用软件组成。可用于物流，电子票证，动物或资产追踪管理，供应冷链，高速公路智能收费等领域。

二、工作原理：读写器控制射频模块发出射频信号，电子标签主动发送（有源标签）或者凭借感应电流所获得的能量（无源标签）发送出芯片中的存储信息，接收标签的应答，读写器对标签的传递过来的信息进行解码，并传输到主机进行数据处理。 1）在低频段(100MHz 以下)基于电感耦合（近距）

2）在高频段(400MHz 以上)基于电磁反向散射耦合（雷达，远距）

典型交互时间 命令

PCD和PICC（IC卡）之间的交互过程

以下信息主要内容为UHF频段下的RFID知识:

RFID的工作原理

一、RFID工作原理

?阅读器通过天线向周围空间发送一定频率的射频信号;

?标签一旦进入阅读器天线的作用区域将产生感应电流，获得能量被激活;激活标签将自身信息编码后经天线发送出去;

?阅读器接收该信息，经过解码后必要时送至后台网络;

?后台网络中主机鉴定标签身份的合法性，只对合法标签进行相关处理，通过向前端发送指令信号控制阅读器对标签的读写操作;

二、RFID的三种工作模型

1）以能量供给为基础的工作模型

无源电子标签：当标签进入阅读器的工作范围内以后，标签收到阅读器发送的信号，产生感应电流

从而激活内部的电路，内部整流电路将射频能量转化为电能，将该能量存储在标签

内部的大电容里，进而为其正常工作提供了所需的能量。

半有源电子标签：阅读器发送的射频信号只用来激活标签。

有源电子标签：只要标签处于阅读器的工作范围以内，就可以主动向阅读器发送信号。

2）以时序方式完成数据传输的工作模型

阅读器先发言模式（RTF, Reader Talk First）

如果阅读器不主动激活电子标签的话，电子标签不会向阅读器发送信号，通常用于无源标签。

电子标签先发言模式（TTF, Tag Talk First）

就算阅读器不激活标签，标签也会主动向阅读器发送信号

3）以数据传输为目的的工作模型

上行链路传输

电子标签向阅读器的数据传输。

下行链路传输

阅读器向电子标签的数据传输。

三、RFID防碰撞理论

1）碰撞的种类

阅读器碰撞：多个阅读器同时与一个标签通信，致使标签无法区分阅读器的信号。

电子标签碰撞：多个标签同时响应阅读器的命令而发送信息，使阅读器无法识别标签。

2）传统解决方案

1）空分多址（SDMA）

2）频分多址（FDMA）

3）码分多址（CDMA）

4）时分多址（TDMA）

应用最广泛，又可以分为基于概率的ALOHA算法（饿死）和确定的二进制算法两种。

3）ALOHA反碰撞算法

1、纯ALOHA算法

?主要采用标签先发言（Tag-Talk-First）的方式，即电子标签一旦进入阅读器的工作范围获得能量后，便向阅读器主动发送自身的序列号。

?在某个电子标签向阅读器发送数据的过程中，如果有其它电子标签也同时向该阅读器发送数据，此时阅读器接收到的信号就会产生重叠，导致阅读器无法正确识别和读取数据。

?阅读器通过检测并判断接收到的信号是否发生碰撞，一旦发生碰撞，阅读器则向标签发送指令使电子标签停止数据的传送，电子标签接到阅读器的指令后，便随机的延迟一段时间再重新发送数据。

2、Slotted ALOHA算法：

?为提高RFID系统的吞吐率，可以把时间划分为多段等长的时隙，时隙的长度由系统时钟确定，并且规定电子标签只能在每个时隙的开始时才能向阅读器发送数据帧，这就是Slotted ALOHA算法；

?根据上述规定可得，数据帧要么成功发送，要么完全碰撞，避免了纯ALOHA算法中部分碰撞的发生，使碰撞周期变为To；

?它是纯ALOHA算法的简单改进，也属于时分多址法TDMA，它的缺点是需要同步时钟的控制；

3、Frame Slotted ALOHA算法（FSA）：

?ALOHA 的另一种改进算法是帧时隙ALOHA 算法（FSA）。

?它是在Slotted ALOHA 算法的基础上把N 个相同的时隙组成一帧，且在整个电子标签识别过程中，帧的大小是固定的，帧中的每个时隙足够一个电子标签与阅读器进行完通信，该算法也称为固定帧时隙ALOHA 算法。

?该算法比较适用于传输信息量较大的场合，和Slotted ALOHA 算法一样，帧时隙ALOHA 算法同样需要一个同步开销。

步骤

?首先由阅读器把帧长度N 发送给电子标签，电子标签则产生[1，N]之间的随机数，接下来各电子标签选择相应的时隙，与阅读器进行通信；

?如果当前时隙与电子标签随机产生的数相同，电子标签则响应阅读器的命令，若不同，标签则继续等待。

?假如当前时隙内仅有一个电子标签响应，阅读器就读取该标签发送的数据，读取完了以后就使该标签处于“无声”状态。

?如果当前时隙内有多个标签响应，则该时隙内的数据就出现了碰撞，此时阅读器会通知该时隙内的标签，让它们在下一轮帧循环中重新产生随机数参与通信。

?逐帧循环，直到识别出所有电子标签为止。

RFID读写器

一、读写器的功能

①实现与电子标签的通讯：最常见的就是对标签进行读数，这项功能需要有一个可靠的软件算法确保安全性、可靠性等。除了进行读数以外，有时还需要对标签进行写入，这样就可以对标签批量生产，由用户按照自己需要对标签进行写入；

②给标签供能:在标签是被动式或者半被动式的情况下，需要读写器提供能量来激活射频场周围的电子标签；阅读器射频场所能达到的范围主要由天线的大小以及阅读器的输出功率决定的。天线的大小主要是根据应用要求来考虑的，而输出功率在不同国家和地区，都有不同的规定。

③实现与计算机网络的通讯

④实现多标签识别

⑤实现移动目标识别

⑥实现错误信息提示

⑦有源标签的电池信息

二、读写器的组成