物联网 射频识别 RFID 核心技术详解（第3版）

第1篇 物联网RFID系统架构\t1
第1章　物联网与RFID技术　2
1．1　物联网起源于射频识别（RFID）领域　2
1．1．1　物联网和RFID的概念　2
1．1．2　RFID的发展历程　3
1．1．3　物联网的历史与未来　5
1．2　RFID是一种自动识别技术　7
1．2．1　自动识别技术的概念　7
1．2．2　自动识别技术的分类　7
1．2．3　条码识别技术　8
1．2．4　磁卡识别技术　10
1．2．5　IC卡识别技术　10
1．2．6　RFID技术　11
1．3　物联网RFID的应用领域和应用前景　12
1．3．1　物联网RFID的应用领域　12
1．3．2　物联网RFID的应用前景　13
1．4　本章小结　14
1．5　思考与练习　14
第2章　RFID系统的基本构成　15
2．1　RFID系统概述　15
2．1．1　RFID系统的基本组成　15
2．1．2　RFID系统的“主-从”原则　16
2．1．3　RFID系统的技术流程　17
2．1．4　RFID系统的分类方法　17
2．2　电子标签　21
2．2．1　电子标签的基本组成　21
2．2．2　电子标签的结构形式　22
2．2．3　电子标签的工作频段和功能特点　25
2．2．4　电子标签的技术参数　28
2．2．5　电子标签的封装　30
2．2．6　电子标签的发展趋势　30
2．3　读写器　32
2．3．1　读写器的基本组成　32
2．3．2　读写器的结构形式　32
2．3．3　读写器的工作特点　34
2．3．4　读写器的技术参数　35
2．3．5　读写器的发展趋势　35
2．4　系统高层　36
2．5　本章小结　36
2．6　思考与练习　37
第3章　物联网RFID体系架构　38
3．1　物联网RFID体系的基本构成　38
3．2　全球物品编码　39
3．2．1　物品编码概述　39
3．2．2　条码编码　40
3．2．3　EPC码　42
3．3　电子标签与读写器构成的RFID识别系统　44
3．3．1　EPC标签　44
3．3．2　EPC读写器　47
3．3．3　EPC读写器与电子标签构成的系统　48
3．4　中间件　48
3．4．1　中间件的特性　49
3．4．2　中间件的基本构成　49
3．4．3　中间件的发展阶段　50
3．4．4　中间件的应用和发展方向　50
3．5　物联网名称解析服务和信息发布服务　51
3．5．1　物联网网络服务概述　51
3．5．2　物联网名称解析服务　52
3．5．3　物联网信息发布服务　53
3．6　基于物联网的RFID在我国的实施政策　55
3．7　本章小结　55
3．8　思考与练习　56
第2篇　物联网RFID无线传输　57
第4章　RFID使用的频率及电磁波的辐射　58
4．1　频率及其分类　58
4．1．1　电磁波谱　58
4．1．2　无线电波的频谱分段法　59
4．1．3　频谱分配和ISM频段　60
4．1．4　RFID使用的频段　62
4．1．5　我国800/900MHz频段射频识别(RFID)技术应用规定　65
4．1．6　我国微功率（短距离）无线电设备的技术要求　68
4．2　电磁波的电参数　68
4．2．1　电磁波的传播速度　68
4．2．2　RFID的工作波长　70
4．2．3　波阻抗和能流密度矢量　71
4．2．4　波的极化　73
4．2．5　反射系数和折射系数　74
4．3　电磁波的辐射　76
4．3．1　赫兹偶极子产生的场　76
4．3．2　磁基本振子产生的场　80
4．3．3　任意长度偶极子天线产生的场　82
4．3．4　不同波段RFID的电磁场特性　84
4．3．5　各国RFID辐射功率　87
4．4　本章小结　89
4．5　思考与练习　89
第5章　RFID电磁波传播及接收功率恢复　91
5．1　RFID电磁波的传播　91
5．1．1　自由空间的传输损耗　91
5．1．2　弗里斯方程　93
5．1．3　RFID工作环境对电波传播的影响　95
5．2　电磁波的接收　102
5．2．1　互易定理　102
5．2．2　有效接收面积　102
5．2．3　接收的电场强度　104
5．2．4　失配与损耗　107
5．2．5　RFID标签的最大工作距离　110
5．3　电磁波的反向散射　111
5．3．1　标签散射的功率　111
5．3．2　雷达截面　112
5．3．3　反向接收的功率　113
5．3．4　RFID失配对反向接收的影响　115
5．4　本章小结　118
5．5　思考与练习　119
第3篇　物联网RFID射频前端　120
第6章　RFID天线技术　121
6．1　天线概述　121
6．1．1　天线的定义　122
6．1．2　天线的分类　122
6．1．3　天线的研究和设计方法　122
6．1．4　天线的电参数　124
6．1．5　天线阵　132
6．2　RFID天线应用及设计现状　135
6．2．1　RFID天线的应用现状　135
6．2．2　RFID天线的设计现状　137
6．3　低频和高频RFID天线技术　138
6．3．1　低频和高频RFID天线的结构和图片　139
6．3．2　低频和高频RFID天线的磁场　140
6．3．3　低频和高频RFID天线的最佳尺寸　143
6．4　微波RFID天线技术　143
6．4．1　微波RFID天线的结构和图片　143
6．4．2　微波RFID天线的应用方式　145
6．4．3　多种类型的微波RFID天线　145
6．5　RFID天线的制造工艺　152
6．5．1　线圈绕制法　152
6．5．2　蚀刻法　153
6．5．3　印刷法　154
6．6　本章小结　156
6．7　思考与练习　156
第7章　RFID电感耦合方式的射频前端　158
7．1　线圈的自感和互感　158
7．1．1　磁通量　158
7．1．2　线圈的电感　159
7．1．3　线圈间的互感　159
7．2　RFID读写器的射频前端　160
7．2．1　RFID读写器射频前端的结构　160
7．2．2　串联谐振电路　161
7．3　RFID电子标签的射频前端　165
7．3．1　RFID电子标签射频前端的结构　166
7．3．2　并联谐振电路　166
7．4　RFID读写器与电子标签之间的电感耦合　168
7．4．1　电子标签的感应电压　168
7．4．2　电子标签的直流电压　171
7．4．3　负载调制　171
7．5　本章小结　174
7．6　思考与练习　174
第8章　RFID电磁反向散射方式的射频前端　176
8．1　微波RFID射频前端的基本构成　176
8．2　射频滤波器的设计　177
8．2．1　滤波器的基本类型　178
8．2．2　低通滤波器原型　178
8．2．3　滤波器的变换及集总参数滤波器的设计　180
8．2．4　分布参数滤波器的设计　183
8．3　射频低噪声放大器的设计　186
8．3．1　放大器的稳定性　186
8．3．2　放大器的功率增益　187
8．3．3　放大器输入、输出驻波比　188
8．3．4　放大器的噪声　188
8．4　射频功率放大器的设计　189
8．4．1　A类放大器的设计　189
8．4．2　交调失真　190
8．5　射频振荡器的设计　191
8．5．1　振荡器的基本模型　192
8．5．2　射频低频频段振荡器的设计　192
8．5．3　微波振荡器的设计　194
8．6　混频器的设计　196
8．7　本章小结　199
8．8　思考与练习　199
第4篇　物联网RFID数字通信　201
第9章　RFID编码与调制　202
9．1　信号与信道　202
9．1．1　信号　203
9．1．2　信道　204
9．2　编码与调制　208
9．2．1　编码与解码　208
9．2．2　调制和解调　209
9．3　RFID常用的编码方法　210
9．3．1　编码应具有的预期性能　210
9．3．2　编码格式　211
9．3．3　RFID常用标准的编码方式　216
9．3．4　编码方式MATLAB/Simulink仿真　217
9．4　RFID常用的调制方法　219
9．4．1　调制的目的和方式　219
9．4．2　载波　220
9．4．3　振幅键控　221
9．4．4　频移键控　222
9．4．5　相移键控　223
9．4．6　副载波调制　224
9．4．7　RFID常用标准的调制方式　227
9．5　本章小结　227
9．6　思考与练习　228
第10章　RFID的数据完整性　229
10．1　差错控制　229
10．1．1　差错的分类和衡量指标　229
10．1．2　差错控制的方式和原理　230
10．1．3　检纠错码的分类　233
10．2　常用的数据校验方法　234
10．2．1　奇偶校验　234
10．2．2　纵向冗余校验（LRC）　236
10．2．3　循环冗余校验（CRC）　236
10．2．4　RFID标准的误码检测方式　238
10．3　数据传输中的碰撞问题及防碰撞机制　239
10．3．1　标签碰撞和读写器碰撞　239
10．3．2　防碰撞机制　241
10．4　防碰撞算法及防碰撞协议　242
10．4．1　碰撞的判别　242
10．4．2　防碰撞算法　242
10．4．3　RFID标准的防碰撞协议　246
10．5　数据完整性实施策略　248
10．5．1　RFID中数据完整性的实施策略　248
10．5．2　编解码电路和校验电路FPGA设计　249
10．5．3　RFID通信资源利用　252
10．6　本章小结　255
10．7　思考与练习　256
第11章　RFID的数据安全性　257
11．1　RFID的安全与隐私问题　257
11．1．1　RFID的安全问题举例　257
11．1．2　RFID的隐私问题举例　258
11．1．3　RFID系统面临的安全攻击　258
11．1．4　RFID系统的安全需求　259
11．2　RFID系统的安全解决策略　261
11．2．1　物理安全机制　262
11．2．2　密码学基础　262
11．2．3　基于加密算法的安全机制　264
11．2．4　基于共享秘密和相互对称鉴别的安全机制　267
11．2．5　基于哈希函数的安全机制　268
11．3　RFID电子标签和应用系统的安全设计　268
11．3．1　RFID电子标签的安全设计　269
11．3．2　RFID应用系统的安全设计　271
11．3．3　RFID安全策略举例　272
11．4　本章小结　274
11．5　思考与练习　275
第5篇　物联网RFID体系标准　276
第12章　标签的体系结构　277
12．1　一位电子标签　277
12．2　采用声表面波技术的标签　279
12．2．1　声表面波的形成及计算　279
12．2．2　声表面波器件概述和特点　281
12．2．3　声表面波标签　282
12．2．4　声表面波技术的发展方向　284
12．3　含有芯片的电子标签　285
12．3．1　电感耦合标签的基本功能模块　285
12．3．2　电磁反向散射标签的基本功能模块　286
12．3．3　控制部分的电路结构　287
12．4　具有存储功能的电子标签　288
12．4．1　地址和安全逻辑　289
12．4．2　存储器　290
12．4．3　具有密码功能和分段存储的电子标签　291
12．4．4　非接触式IC卡和ID卡芯片介绍　292
12．4．5　MIFARE技术　295
12．5　含有微处理器的电子标签　297
12．5．1　微处理器　298
12．5．2　操作系统命令的处理过程　298
12．5．3　含有微处理器的电子标签实例　299
12．6　标签信息编码规则　300
12．6．1　EPC码的标识类型　300
12．6．2　EPC码的编码结构　301
12．7　本章小结　303
12．8　思考与练习　304
第13章　读写器的体系结构　305
13．1　RFID系统“主-从”原则中的读写器　305
13．2　读写器的组成与设计要求　306
13．2．1　读写器的组成　306
13．2．2　读写器的设计要求　309
13．3　低频读写器　309
13．3．1　基于U2270B芯片的读写器　309
13．3．2　考勤系统的读写器　311
13．3．3　汽车防盗系统的读写器　312
13．4　高频读写器　314
13．4．1　MF RC500芯片　314
13．4．2　基于MF RC500芯片的读写器　317
13．5　微波读写器　319
13．5．1　微波RFID系统射频前端的一般结构　319
13．5．2　用于声表面波标签的微波读写器　319
13．5．3　微波读写器的一个实例　320
13．5．4　射频电路与ADS仿真设计　322
13．6　本章小结　327
13．7　思考与练习　328
第14章　物联网RFID中间件　329
14．1　RFID中间件概述　329
14．1．1　中间件的概念　329
14．1．2　RFID中间件的分类　330
14．1．3　RFID中间件的发展历程　331
14．1．4　RFID中间件的特征与作用　332
14．2　RFID中间件的接入技术和业务集成技术　333
14．2．1　RFID硬件设备与中间件架构　333
14．2．2　RFID中间件的接入技术　334
14．2．3　RFID中间件业务集成技术　335
14．3　RFID中间件的基本结构　337
14．3．1　中间件的系统框架　337
14．3．2　中间件的处理模块　338
14．4　RFID中间件实例　341
14．4．1　IBM的RFID中间件　341
14．4．2　微软的RFID中间件　342
14．4．3　国内的RFID中间件　343
14．5　本章小结　345
14．6　思考与练习　345
第15章　物联网RFID标准体系　347
15．1　物联网RFID标准体系简介　347
15．1．1　RFID标准化组织　347
15．1．2　RFID标准体系构成　349
15．1．3　标准的本质与作用　350
15．1．4　标准与知识产权　351
15．2　ISO/IEC RFID标准体系　351
15．2．1　ISO/IEC 技术标准　352
15．2．2　ISO/IEC数据结构标准　354
15．2．3　ISO/IEC性能标准　354
15．2．4　ISO/IEC应用标准　355
15．2．5　ISO/IEC其他标准　357
15．2．6　ISO/IEC的RFID标准汇总表　358
15．3　EPCglobal RFID标准体系　361
15．3．1　EPC系统的框架结构　362
15．3．2　EPC系统的标准体系框架　364
15．3．3　EPC系统的工作流程　365
15．4　日本泛在识别UID标准体系　366
15．4．1　UID标准体系的架构　366
15．4．2　泛在识别码　367
15．4．3　Ucode标签　367
15．4．4　泛在通信器　368
15．4．5　信息系统服务器　369
15．4．6　Ucode解析服务器　369
15．5　我国物联网RFID技术标准　370
15．5．1　制订我国RFID标准的必要性和基本原则　370
15．5．2　我国RFID标准体系框架　371
15．5．3　我国RFID的关键技术及标准　373
15．5．4　我国RFID应用标准　374
15．6　本章小结　376
15．7　思考与练习　377
第6篇　物联网RFID应用实例　378
第16章　物联网RFID在交通领域的应用　379
16．1　物联网RFID在民航领域的应用　379
16．1．1　RFID在机场管理系统的应用优势　379
16．1．2　RFID在机场管理系统的应用前景　380
16．1．3　RFID在机场管理系统各个环节中的应用　381
16．1．4　实施RFID需要考虑的几个问题　384
16．1．5　RFID在世界各国机场的应用案例　384
16．2　物联网RFID在铁路领域的应用　385
16．2．1　RFID在铁路车号自动识别系统中的应用　385
16．2．2　RFID在京津城际列车系统中的应用　388
16．3　物联网RFID在公路领域的应用　391
16．3．1　RFID在公交管理系统中的应用　391
16．3．2　美国双子城RFID公交车库定位和管理系统　393
16．3．3　RFID不停车收费智能化管理系统　394
16．4　本章小结　396
16．5　思考与练习　396
第17章　物联网RFID在制造与物流领域的应用　397
17．1　物联网RFID在制造领域的应用　397
17．1．1　物联网RFID在制造业中的作用　397
17．1．2　物联网RFID在德国汽车制造领域的应用实例　400
17．1．3　物联网RFID在美国电路板制造领域的应用实例　402
17．1．4　各国用于制造业的RFID产品实例　403
17．2　物联网RFID在物流领域的应用　406
17．2．1　物联网RFID在物流领域的实施效果　406
17．2．2　物联网RFID在日本物品配送领域的应用实例　407
17．3　本章小结　410
17．4　思考与练习　411
第18章　物联网RFID在防伪和安全领域的应用　412
18．1　物联网RFID在防伪领域的应用　412
18．1．1　物联网RFID电子票证在防伪系统中的作用　412
18．1．2　南非世界杯预选赛RFID电子门票系统　413
18．1．3　五粮液酒RFID防伪系统　415
18．2　物联网RFID在安全领域的应用　417
18．2．1　中国RFID门禁控制系统　417
18．2．2　德国RFID医院信息系统　422
18．2．3　RFID智能汽车钥匙防盗系统　425
18．3　本章小结　427
18．4　思考与练习　427
习题答案　429
参考文献　431