频分复用式超高频RFID标签关键技术研究及设计实现.pdfVIP

摘要

随着物联网的飞速发展，射频识别（RadioFrequencyIdentification,RFID）技

术以非接触式和快速识别等优势被广泛应用于各领域。RFID系统中读写器与标签

采用时分复用技术通信，多个标签同时向读写器回传数据将发生标签碰撞，导致读

写器无法识别标签，影响RFID系统的工作效率，尤其是在大规模物联网中，标签

碰撞概率会显著增加，限制了RFID系统的工作性能。因此，研究减少标签碰撞的

方法对RFID系统的进一步发展和应用具有重要意义。为此，本文提出并研制了一

种频分复用式超高频（Ultra-HighFrequency,UHF）RFID标签，其回传数据时有多

个信道可供选择，从而能减少标签碰撞，提高系统的工作效率。

本文的主要工作内容及成果如下：

1.理论分析了UHFRFID标签采用频分复用技术的可行性，据此阐述了频分

复用式UHFRFID系统的工作原理，同时设计了标签硬件电路和实现了ISO/IEC

18000-6C标准协议，从而为频分复用式UHFRFID标签的研究提供了基础支撑。

2.为实现标签频分复用功能设计实现了基于Miller调制副载波的频分复用通

信协议，在MATLAB中搭建了仿真环境，仿真结果显示，与传统UHFRFID系统

相比，其时隙利用率提升约2.6倍。

3.为解决信道和时隙随机性不足的问题，提出并实现了一种基于ADC的真随

机数产生器（TrueRandomNumberGenerator,TRNG），其基于ADC随机间隔采样

RC充放电电路来提升ADC输出数字信号的随机性，并且输出信号在电路噪声的

影响下具有不可预测的特性。仿真和实际测试产生的序列均满足NISTSP800-22

统计验证，证明提出的基于ADC的TRNG能够产生真随机数，可以有效减少由伪

随机数带来的信道随机性差和标签饥饿问题。

4.设计实现了频分复用式UHFRFID标签，基于商用读写器和实验室自主研

发的读写器搭建了测试平台，对标签的主要技术指标进行了详细测试与分析。测试

结果表明，研制的频分复用式UHFRFID标签能同时在不同信道响应读写器命令，

即实现了标签的预期目标。

本文设计实现的频分复用式UHFRFID标签在实现频分复用功能的同时兼容

ISO/IEC18000-6C标准协议，且相较于传统标签发生碰撞的概率更小，其在资产和

物流管理等大容量系统中有应用价值。

关键词：电子标签，超高频射频识别，频分复用，真随机数产生方法

ABSTRACT

WiththerapiddevelopmentoftheInternetofThings(IoT),RadioFrequency

Identification(RFID)technologyhasbeenwidelyappliedinvariousfieldsduetoits

advantagesofnon-contactandrapididentification.InRFIDsystem,thetagandthereader

usetimedivisionmultiplexingtechnologyforcommunication.Multipletagsreflecting

datatothereadersimultaneouslywillcausetagcollision,preventingthereaderfrom

identifyingtags,therebyaffectingtheefficiencyoftheRFIDsystem.Especiallyinlarge-

scaleIoT,thepossibilityoftagcollisionwillsignificantlyincrease,limitingthe

performanceoftheRFIDsystem.Therefore,researchingmethodstoreducetagcolli