物聯(lián)網(wǎng) 射頻識(shí)別 RFID 核心技術(shù)詳解（第3版）

第1篇 物聯(lián)網(wǎng)RFID系統(tǒng)架構(gòu)\t1
第1章　物聯(lián)網(wǎng)與RFID技術(shù)　2
1．1　物聯(lián)網(wǎng)起源于射頻識(shí)別（RFID）領(lǐng)域　2
1．1．1　物聯(lián)網(wǎng)和RFID的概念　2
1．1．2　RFID的發(fā)展歷程　3
1．1．3　物聯(lián)網(wǎng)的歷史與未來　5
1．2　RFID是一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)　7
1．2．1　自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的概念　7
1．2．2　自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的分類　7
1．2．3　條碼識(shí)別技術(shù)　8
1．2．4　磁卡識(shí)別技術(shù)　10
1．2．5　IC卡識(shí)別技術(shù)　10
1．2．6　RFID技術(shù)　11
1．3　物聯(lián)網(wǎng)RFID的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用前景　12
1．3．1　物聯(lián)網(wǎng)RFID的應(yīng)用領(lǐng)域　12
1．3．2　物聯(lián)網(wǎng)RFID的應(yīng)用前景　13
1．4　本章小結(jié)　14
1．5　思考與練習(xí)　14
第2章　RFID系統(tǒng)的基本構(gòu)成　15
2．1　RFID系統(tǒng)概述　15
2．1．1　RFID系統(tǒng)的基本組成　15
2．1．2　RFID系統(tǒng)的“主-從”原則　16
2．1．3　RFID系統(tǒng)的技術(shù)流程　17
2．1．4　RFID系統(tǒng)的分類方法　17
2．2　電子標(biāo)簽　21
2．2．1　電子標(biāo)簽的基本組成　21
2．2．2　電子標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)形式　22
2．2．3　電子標(biāo)簽的工作頻段和功能特點(diǎn)　25
2．2．4　電子標(biāo)簽的技術(shù)參數(shù)　28
2．2．5　電子標(biāo)簽的封裝　30
2．2．6　電子標(biāo)簽的發(fā)展趨勢　30
2．3　讀寫器　32
2．3．1　讀寫器的基本組成　32
2．3．2　讀寫器的結(jié)構(gòu)形式　32
2．3．3　讀寫器的工作特點(diǎn)　34
2．3．4　讀寫器的技術(shù)參數(shù)　35
2．3．5　讀寫器的發(fā)展趨勢　35
2．4　系統(tǒng)高層　36
2．5　本章小結(jié)　36
2．6　思考與練習(xí)　37
第3章　物聯(lián)網(wǎng)RFID體系架構(gòu)　38
3．1　物聯(lián)網(wǎng)RFID體系的基本構(gòu)成　38
3．2　全球物品編碼　39
3．2．1　物品編碼概述　39
3．2．2　條碼編碼　40
3．2．3　EPC碼　42
3．3　電子標(biāo)簽與讀寫器構(gòu)成的RFID識(shí)別系統(tǒng)　44
3．3．1　EPC標(biāo)簽　44
3．3．2　EPC讀寫器　47
3．3．3　EPC讀寫器與電子標(biāo)簽構(gòu)成的系統(tǒng)　48
3．4　中間件　48
3．4．1　中間件的特性　49
3．4．2　中間件的基本構(gòu)成　49
3．4．3　中間件的發(fā)展階段　50
3．4．4　中間件的應(yīng)用和發(fā)展方向　50
3．5　物聯(lián)網(wǎng)名稱解析服務(wù)和信息發(fā)布服務(wù)　51
3．5．1　物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)概述　51
3．5．2　物聯(lián)網(wǎng)名稱解析服務(wù)　52
3．5．3　物聯(lián)網(wǎng)信息發(fā)布服務(wù)　53
3．6　基于物聯(lián)網(wǎng)的RFID在我國的實(shí)施政策　55
3．7　本章小結(jié)　55
3．8　思考與練習(xí)　56
第2篇　物聯(lián)網(wǎng)RFID無線傳輸　57
第4章　RFID使用的頻率及電磁波的輻射　58
4．1　頻率及其分類　58
4．1．1　電磁波譜　58
4．1．2　無線電波的頻譜分段法　59
4．1．3　頻譜分配和ISM頻段　60
4．1．4　RFID使用的頻段　62
4．1．5　我國800/900MHz頻段射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)應(yīng)用規(guī)定　65
4．1．6　我國微功率（短距離）無線電設(shè)備的技術(shù)要求　68
4．2　電磁波的電參數(shù)　68
4．2．1　電磁波的傳播速度　68
4．2．2　RFID的工作波長　70
4．2．3　波阻抗和能流密度矢量　71
4．2．4　波的極化　73
4．2．5　反射系數(shù)和折射系數(shù)　74
4．3　電磁波的輻射　76
4．3．1　赫茲偶極子產(chǎn)生的場　76
4．3．2　磁基本振子產(chǎn)生的場　80
4．3．3　任意長度偶極子天線產(chǎn)生的場　82
4．3．4　不同波段RFID的電磁場特性　84
4．3．5　各國RFID輻射功率　87
4．4　本章小結(jié)　89
4．5　思考與練習(xí)　89
第5章　RFID電磁波傳播及接收功率恢復(fù)　91
5．1　RFID電磁波的傳播　91
5．1．1　自由空間的傳輸損耗　91
5．1．2　弗里斯方程　93
5．1．3　RFID工作環(huán)境對電波傳播的影響　95
5．2　電磁波的接收　102
5．2．1　互易定理　102
5．2．2　有效接收面積　102
5．2．3　接收的電場強(qiáng)度　104
5．2．4　失配與損耗　107
5．2．5　RFID標(biāo)簽的最大工作距離　110
5．3　電磁波的反向散射　111
5．3．1　標(biāo)簽散射的功率　111
5．3．2　雷達(dá)截面　112
5．3．3　反向接收的功率　113
5．3．4　RFID失配對反向接收的影響　115
5．4　本章小結(jié)　118
5．5　思考與練習(xí)　119
第3篇　物聯(lián)網(wǎng)RFID射頻前端　120
第6章　RFID天線技術(shù)　121
6．1　天線概述　121
6．1．1　天線的定義　122
6．1．2　天線的分類　122
6．1．3　天線的研究和設(shè)計(jì)方法　122
6．1．4　天線的電參數(shù)　124
6．1．5　天線陣　132
6．2　RFID天線應(yīng)用及設(shè)計(jì)現(xiàn)狀　135
6．2．1　RFID天線的應(yīng)用現(xiàn)狀　135
6．2．2　RFID天線的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀　137
6．3　低頻和高頻RFID天線技術(shù)　138
6．3．1　低頻和高頻RFID天線的結(jié)構(gòu)和圖片　139
6．3．2　低頻和高頻RFID天線的磁場　140
6．3．3　低頻和高頻RFID天線的最佳尺寸　143
6．4　微波RFID天線技術(shù)　143
6．4．1　微波RFID天線的結(jié)構(gòu)和圖片　143
6．4．2　微波RFID天線的應(yīng)用方式　145
6．4．3　多種類型的微波RFID天線　145
6．5　RFID天線的制造工藝　152
6．5．1　線圈繞制法　152
6．5．2　蝕刻法　153
6．5．3　印刷法　154
6．6　本章小結(jié)　156
6．7　思考與練習(xí)　156
第7章　RFID電感耦合方式的射頻前端　158
7．1　線圈的自感和互感　158
7．1．1　磁通量　158
7．1．2　線圈的電感　159
7．1．3　線圈間的互感　159
7．2　RFID讀寫器的射頻前端　160
7．2．1　RFID讀寫器射頻前端的結(jié)構(gòu)　160
7．2．2　串聯(lián)諧振電路　161
7．3　RFID電子標(biāo)簽的射頻前端　165
7．3．1　RFID電子標(biāo)簽射頻前端的結(jié)構(gòu)　166
7．3．2　并聯(lián)諧振電路　166
7．4　RFID讀寫器與電子標(biāo)簽之間的電感耦合　168
7．4．1　電子標(biāo)簽的感應(yīng)電壓　168
7．4．2　電子標(biāo)簽的直流電壓　171
7．4．3　負(fù)載調(diào)制　171
7．5　本章小結(jié)　174
7．6　思考與練習(xí)　174
第8章　RFID電磁反向散射方式的射頻前端　176
8．1　微波RFID射頻前端的基本構(gòu)成　176
8．2　射頻濾波器的設(shè)計(jì)　177
8．2．1　濾波器的基本類型　178
8．2．2　低通濾波器原型　178
8．2．3　濾波器的變換及集總參數(shù)濾波器的設(shè)計(jì)　180
8．2．4　分布參數(shù)濾波器的設(shè)計(jì)　183
8．3　射頻低噪聲放大器的設(shè)計(jì)　186
8．3．1　放大器的穩(wěn)定性　186
8．3．2　放大器的功率增益　187
8．3．3　放大器輸入、輸出駐波比　188
8．3．4　放大器的噪聲　188
8．4　射頻功率放大器的設(shè)計(jì)　189
8．4．1　A類放大器的設(shè)計(jì)　189
8．4．2　交調(diào)失真　190
8．5　射頻振蕩器的設(shè)計(jì)　191
8．5．1　振蕩器的基本模型　192
8．5．2　射頻低頻頻段振蕩器的設(shè)計(jì)　192
8．5．3　微波振蕩器的設(shè)計(jì)　194
8．6　混頻器的設(shè)計(jì)　196
8．7　本章小結(jié)　199
8．8　思考與練習(xí)　199
第4篇　物聯(lián)網(wǎng)RFID數(shù)字通信　201
第9章　RFID編碼與調(diào)制　202
9．1　信號(hào)與信道　202
9．1．1　信號(hào)　203
9．1．2　信道　204
9．2　編碼與調(diào)制　208
9．2．1　編碼與解碼　208
9．2．2　調(diào)制和解調(diào)　209
9．3　RFID常用的編碼方法　210
9．3．1　編碼應(yīng)具有的預(yù)期性能　210
9．3．2　編碼格式　211
9．3．3　RFID常用標(biāo)準(zhǔn)的編碼方式　216
9．3．4　編碼方式MATLAB/Simulink仿真　217
9．4　RFID常用的調(diào)制方法　219
9．4．1　調(diào)制的目的和方式　219
9．4．2　載波　220
9．4．3　振幅鍵控　221
9．4．4　頻移鍵控　222
9．4．5　相移鍵控　223
9．4．6　副載波調(diào)制　224
9．4．7　RFID常用標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制方式　227
9．5　本章小結(jié)　227
9．6　思考與練習(xí)　228
第10章　RFID的數(shù)據(jù)完整性　229
10．1　差錯(cuò)控制　229
10．1．1　差錯(cuò)的分類和衡量指標(biāo)　229
10．1．2　差錯(cuò)控制的方式和原理　230
10．1．3　檢糾錯(cuò)碼的分類　233
10．2　常用的數(shù)據(jù)校驗(yàn)方法　234
10．2．1　奇偶校驗(yàn)　234
10．2．2　縱向冗余校驗(yàn)（LRC）　236
10．2．3　循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）　236
10．2．4　RFID標(biāo)準(zhǔn)的誤碼檢測方式　238
10．3　數(shù)據(jù)傳輸中的碰撞問題及防碰撞機(jī)制　239
10．3．1　標(biāo)簽碰撞和讀寫器碰撞　239
10．3．2　防碰撞機(jī)制　241
10．4　防碰撞算法及防碰撞協(xié)議　242
10．4．1　碰撞的判別　242
10．4．2　防碰撞算法　242
10．4．3　RFID標(biāo)準(zhǔn)的防碰撞協(xié)議　246
10．5　數(shù)據(jù)完整性實(shí)施策略　248
10．5．1　RFID中數(shù)據(jù)完整性的實(shí)施策略　248
10．5．2　編解碼電路和校驗(yàn)電路FPGA設(shè)計(jì)　249
10．5．3　RFID通信資源利用　252
10．6　本章小結(jié)　255
10．7　思考與練習(xí)　256
第11章　RFID的數(shù)據(jù)安全性　257
11．1　RFID的安全與隱私問題　257
11．1．1　RFID的安全問題舉例　257
11．1．2　RFID的隱私問題舉例　258
11．1．3　RFID系統(tǒng)面臨的安全攻擊　258
11．1．4　RFID系統(tǒng)的安全需求　259
11．2　RFID系統(tǒng)的安全解決策略　261
11．2．1　物理安全機(jī)制　262
11．2．2　密碼學(xué)基礎(chǔ)　262
11．2．3　基于加密算法的安全機(jī)制　264
11．2．4　基于共享秘密和相互對稱鑒別的安全機(jī)制　267
11．2．5　基于哈希函數(shù)的安全機(jī)制　268
11．3　RFID電子標(biāo)簽和應(yīng)用系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)　268
11．3．1　RFID電子標(biāo)簽的安全設(shè)計(jì)　269
11．3．2　RFID應(yīng)用系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)　271
11．3．3　RFID安全策略舉例　272
11．4　本章小結(jié)　274
11．5　思考與練習(xí)　275
第5篇　物聯(lián)網(wǎng)RFID體系標(biāo)準(zhǔn)　276
第12章　標(biāo)簽的體系結(jié)構(gòu)　277
12．1　一位電子標(biāo)簽　277
12．2　采用聲表面波技術(shù)的標(biāo)簽　279
12．2．1　聲表面波的形成及計(jì)算　279
12．2．2　聲表面波器件概述和特點(diǎn)　281
12．2．3　聲表面波標(biāo)簽　282
12．2．4　聲表面波技術(shù)的發(fā)展方向　284
12．3　含有芯片的電子標(biāo)簽　285
12．3．1　電感耦合標(biāo)簽的基本功能模塊　285
12．3．2　電磁反向散射標(biāo)簽的基本功能模塊　286
12．3．3　控制部分的電路結(jié)構(gòu)　287
12．4　具有存儲(chǔ)功能的電子標(biāo)簽　288
12．4．1　地址和安全邏輯　289
12．4．2　存儲(chǔ)器　290
12．4．3　具有密碼功能和分段存儲(chǔ)的電子標(biāo)簽　291
12．4．4　非接觸式IC卡和ID卡芯片介紹　292
12．4．5　MIFARE技術(shù)　295
12．5　含有微處理器的電子標(biāo)簽　297
12．5．1　微處理器　298
12．5．2　操作系統(tǒng)命令的處理過程　298
12．5．3　含有微處理器的電子標(biāo)簽實(shí)例　299
12．6　標(biāo)簽信息編碼規(guī)則　300
12．6．1　EPC碼的標(biāo)識(shí)類型　300
12．6．2　EPC碼的編碼結(jié)構(gòu)　301
12．7　本章小結(jié)　303
12．8　思考與練習(xí)　304
第13章　讀寫器的體系結(jié)構(gòu)　305
13．1　RFID系統(tǒng)“主-從”原則中的讀寫器　305
13．2　讀寫器的組成與設(shè)計(jì)要求　306
13．2．1　讀寫器的組成　306
13．2．2　讀寫器的設(shè)計(jì)要求　309
13．3　低頻讀寫器　309
13．3．1　基于U2270B芯片的讀寫器　309
13．3．2　考勤系統(tǒng)的讀寫器　311
13．3．3　汽車防盜系統(tǒng)的讀寫器　312
13．4　高頻讀寫器　314
13．4．1　MF RC500芯片　314
13．4．2　基于MF RC500芯片的讀寫器　317
13．5　微波讀寫器　319
13．5．1　微波RFID系統(tǒng)射頻前端的一般結(jié)構(gòu)　319
13．5．2　用于聲表面波標(biāo)簽的微波讀寫器　319
13．5．3　微波讀寫器的一個(gè)實(shí)例　320
13．5．4　射頻電路與ADS仿真設(shè)計(jì)　322
13．6　本章小結(jié)　327
13．7　思考與練習(xí)　328
第14章　物聯(lián)網(wǎng)RFID中間件　329
14．1　RFID中間件概述　329
14．1．1　中間件的概念　329
14．1．2　RFID中間件的分類　330
14．1．3　RFID中間件的發(fā)展歷程　331
14．1．4　RFID中間件的特征與作用　332
14．2　RFID中間件的接入技術(shù)和業(yè)務(wù)集成技術(shù)　333
14．2．1　RFID硬件設(shè)備與中間件架構(gòu)　333
14．2．2　RFID中間件的接入技術(shù)　334
14．2．3　RFID中間件業(yè)務(wù)集成技術(shù)　335
14．3　RFID中間件的基本結(jié)構(gòu)　337
14．3．1　中間件的系統(tǒng)框架　337
14．3．2　中間件的處理模塊　338
14．4　RFID中間件實(shí)例　341
14．4．1　IBM的RFID中間件　341
14．4．2　微軟的RFID中間件　342
14．4．3　國內(nèi)的RFID中間件　343
14．5　本章小結(jié)　345
14．6　思考與練習(xí)　345
第15章　物聯(lián)網(wǎng)RFID標(biāo)準(zhǔn)體系　347
15．1　物聯(lián)網(wǎng)RFID標(biāo)準(zhǔn)體系簡介　347
15．1．1　RFID標(biāo)準(zhǔn)化組織　347
15．1．2　RFID標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)成　349
15．1．3　標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)與作用　350
15．1．4　標(biāo)準(zhǔn)與知識(shí)產(chǎn)權(quán)　351
15．2　ISO/IEC RFID標(biāo)準(zhǔn)體系　351
15．2．1　ISO/IEC 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)　352
15．2．2　ISO/IEC數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)　354
15．2．3　ISO/IEC性能標(biāo)準(zhǔn)　354
15．2．4　ISO/IEC應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)　355
15．2．5　ISO/IEC其他標(biāo)準(zhǔn)　357
15．2．6　ISO/IEC的RFID標(biāo)準(zhǔn)匯總表　358
15．3　EPCglobal RFID標(biāo)準(zhǔn)體系　361
15．3．1　EPC系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)　362
15．3．2　EPC系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)體系框架　364
15．3．3　EPC系統(tǒng)的工作流程　365
15．4　日本泛在識(shí)別UID標(biāo)準(zhǔn)體系　366
15．4．1　UID標(biāo)準(zhǔn)體系的架構(gòu)　366
15．4．2　泛在識(shí)別碼　367
15．4．3　Ucode標(biāo)簽　367
15．4．4　泛在通信器　368
15．4．5　信息系統(tǒng)服務(wù)器　369
15．4．6　Ucode解析服務(wù)器　369
15．5　我國物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)　370
15．5．1　制訂我國RFID標(biāo)準(zhǔn)的必要性和基本原則　370
15．5．2　我國RFID標(biāo)準(zhǔn)體系框架　371
15．5．3　我國RFID的關(guān)鍵技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)　373
15．5．4　我國RFID應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)　374
15．6　本章小結(jié)　376
15．7　思考與練習(xí)　377
第6篇　物聯(lián)網(wǎng)RFID應(yīng)用實(shí)例　378
第16章　物聯(lián)網(wǎng)RFID在交通領(lǐng)域的應(yīng)用　379
16．1　物聯(lián)網(wǎng)RFID在民航領(lǐng)域的應(yīng)用　379
16．1．1　RFID在機(jī)場管理系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢　379
16．1．2　RFID在機(jī)場管理系統(tǒng)的應(yīng)用前景　380
16．1．3　RFID在機(jī)場管理系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用　381
16．1．4　實(shí)施RFID需要考慮的幾個(gè)問題　384
16．1．5　RFID在世界各國機(jī)場的應(yīng)用案例　384
16．2　物聯(lián)網(wǎng)RFID在鐵路領(lǐng)域的應(yīng)用　385
16．2．1　RFID在鐵路車號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)中的應(yīng)用　385
16．2．2　RFID在京津城際列車系統(tǒng)中的應(yīng)用　388
16．3　物聯(lián)網(wǎng)RFID在公路領(lǐng)域的應(yīng)用　391
16．3．1　RFID在公交管理系統(tǒng)中的應(yīng)用　391
16．3．2　美國雙子城RFID公交車庫定位和管理系統(tǒng)　393
16．3．3　RFID不停車收費(fèi)智能化管理系統(tǒng)　394
16．4　本章小結(jié)　396
16．5　思考與練習(xí)　396
第17章　物聯(lián)網(wǎng)RFID在制造與物流領(lǐng)域的應(yīng)用　397
17．1　物聯(lián)網(wǎng)RFID在制造領(lǐng)域的應(yīng)用　397
17．1．1　物聯(lián)網(wǎng)RFID在制造業(yè)中的作用　397
17．1．2　物聯(lián)網(wǎng)RFID在德國汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例　400
17．1．3　物聯(lián)網(wǎng)RFID在美國電路板制造領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例　402
17．1．4　各國用于制造業(yè)的RFID產(chǎn)品實(shí)例　403
17．2　物聯(lián)網(wǎng)RFID在物流領(lǐng)域的應(yīng)用　406
17．2．1　物聯(lián)網(wǎng)RFID在物流領(lǐng)域的實(shí)施效果　406
17．2．2　物聯(lián)網(wǎng)RFID在日本物品配送領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例　407
17．3　本章小結(jié)　410
17．4　思考與練習(xí)　411
第18章　物聯(lián)網(wǎng)RFID在防偽和安全領(lǐng)域的應(yīng)用　412
18．1　物聯(lián)網(wǎng)RFID在防偽領(lǐng)域的應(yīng)用　412
18．1．1　物聯(lián)網(wǎng)RFID電子票證在防偽系統(tǒng)中的作用　412
18．1．2　南非世界杯預(yù)選賽RFID電子門票系統(tǒng)　413
18．1．3　五糧液酒RFID防偽系統(tǒng)　415
18．2　物聯(lián)網(wǎng)RFID在安全領(lǐng)域的應(yīng)用　417
18．2．1　中國RFID門禁控制系統(tǒng)　417
18．2．2　德國RFID醫(yī)院信息系統(tǒng)　422
18．2．3　RFID智能汽車鑰匙防盜系統(tǒng)　425
18．3　本章小結(jié)　427
18．4　思考與練習(xí)　427
習(xí)題答案　429
參考文獻(xiàn)　431