【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 為射頻通信的一項(xiàng)技術(shù)，其重要作用不言而喻。但是 RFID 在實(shí)際應(yīng)用中不能“包醫(yī)百病”，在我們研究和進(jìn)行庫存管理的時(shí)候，發(fā)現(xiàn) RFID 可以輔助人們?cè)谌氤鰩斓臅r(shí)候自動(dòng)進(jìn)行記錄。但是僅憑 RFID 很難斷定貨物在倉庫中的位置。只有當(dāng)人們對(duì)所管理的物品的所在位置加以記錄和登記，這才能判斷物品的所在點(diǎn)。所以 RFID 僅僅是讀取物品信息的手段，在位置管理上起不到多大的作用。 ZigBee 是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，通過一邊吱吱振動(dòng)翅膀，一邊爬行和扭動(dòng)身體來傳遞 花粉源的信息。 ZigBee 的特點(diǎn)是近距離、低技術(shù)復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。但是我們知道 ZigBee 已經(jīng)不像 RFID 那樣僅僅是一個(gè)點(diǎn)。而是由許多節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)不僅有自己的位置，而且各個(gè)節(jié)點(diǎn)都有明確的相互位置關(guān)系。如果使每個(gè)節(jié)點(diǎn)去標(biāo)識(shí)倉庫中的一件貨或一批貨，那么倉庫中所有貨品的數(shù)量和位置不就一目了然了嗎？這就像一隊(duì)傘兵跳傘前誰都不知道落地后自己與隊(duì)友的位置關(guān)系，但是當(dāng)每人都持有 ZigBee 裝置時(shí)，落地后大家的相互位置就一目了然。這說明了 ZiBee 可以發(fā)揮它對(duì)于 RFID 功能進(jìn)行補(bǔ)充的作用。 無線傳感網(wǎng)絡(luò) WSN（ Wireless Sensor Network）與 ZigBee 類似，也是由很多節(jié)點(diǎn)組成的無線通信網(wǎng)絡(luò)，不過在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上還配備有傳感器?？梢詸z測(cè)節(jié)點(diǎn)位置附近的溫度、濕度、壓力、震動(dòng)、聲音等物理量。利用 WSN 時(shí)不但可以知道各個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，而且可以隨時(shí)通過計(jì)算得知某個(gè)能夠被檢測(cè)到的對(duì)象物在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化。例如一名狙擊手在某點(diǎn)開槍，通過聲波在各節(jié)點(diǎn)的變動(dòng)可以斷定狙山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 8 擊手的準(zhǔn)確位置。 Bluetooth 無線技術(shù)是在兩個(gè)設(shè)備間進(jìn)行無 線短距離通信的最簡(jiǎn)單、最便捷的方法。它廣泛應(yīng)用于無線連接手機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)、汽車、立體聲耳機(jī)、 MP3 播放器等多種設(shè)備。 WiFi 是 WirelessFidelity 的縮寫，意義是無線保真。與藍(lán)牙類似，屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線通信技術(shù)。 WiFi的突出優(yōu)勢(shì)有： （ 1）無線電波的覆蓋范圍廣，基于藍(lán)牙技術(shù)的電波覆蓋范圍非常小，半徑大約只有 15 米左右，而 WiFi 的半徑則可達(dá) 100 米，辦公室自不用說，就是在整棟大樓中也可使用。 （ 2）雖然由 WiFi技術(shù)傳輸?shù)臒o線通信質(zhì)量不是很好，數(shù)據(jù) 安全性能比藍(lán)牙差一些，傳輸質(zhì)量也有待改進(jìn)，但傳輸速度非?？欤梢赃_(dá)到 11mbps，符合個(gè)人和社會(huì)信息化的需求。 綜上所述，射頻通信技術(shù)已經(jīng)活躍在日常生活、辦公環(huán)境以及生產(chǎn)的各項(xiàng)應(yīng)用中。這些應(yīng)用早已“無處不在”。 數(shù)字通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介 數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來傳遞信息的通信系統(tǒng)， 數(shù)字通信涉及的技術(shù)問題很多，其中主要有信源編碼 /譯碼、信道編碼 /譯碼、數(shù)字調(diào)制 /解調(diào)、數(shù)字復(fù)接、 同步以及加密等。下面對(duì)這些技術(shù)作簡(jiǎn)要介紹。 1) 信源編碼與譯碼 信源編碼的作用之一是設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率 ，即通常所說的數(shù)據(jù)壓縮。碼元速率將直接影響傳輸所占的帶寬，而傳輸帶寬又直接反映了通信的有效性。作用之二是，當(dāng)信息源給出的是模擬語音信號(hào)時(shí)，信源編碼器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸。 2） 信道編碼與譯碼 數(shù)字信號(hào)在信道傳輸時(shí)，由于噪聲、衰落以及人為干擾等，將會(huì)引起差錯(cuò)。為了減少差錯(cuò)，信道編碼器對(duì)傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護(hù)成分（監(jiān)督元），組成所謂“抗干擾編碼”。接收端的信道譯碼器按一定規(guī)則進(jìn)行解碼，從解碼過程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或糾正錯(cuò)誤，從而提高通信系統(tǒng)抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)可靠通信。 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 9 3） 加密與解密 在需要實(shí)現(xiàn)保密通信的場(chǎng)合，為了保證所傳信息的安全， 人為將被傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂， 即加上密碼，這種處理過程叫加密。在接收端利用與發(fā)送端相同的密碼復(fù)制品對(duì)收到的數(shù)字序列進(jìn)行解密，恢復(fù)原來信息，叫解密。 4） 數(shù)字調(diào)制與解調(diào) 數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到高頻處， 形成適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號(hào)。基本的數(shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控 ASK、頻移鍵控 FSK、絕對(duì)相移鍵控 PSK、相對(duì)（差分）相移鍵控 DPSK。對(duì)這些信號(hào)可以采用相干解調(diào)或非相干解調(diào)還原為數(shù)字基帶信號(hào)。對(duì)高斯噪聲下的信號(hào)檢測(cè)，一般用相 關(guān)器接收機(jī)或匹配濾波器實(shí)現(xiàn)。 5） 同步與數(shù)字復(fù)接 同步是保證數(shù)字通信系統(tǒng)有序、準(zhǔn)確、可靠工作的不可缺少的前提條件。同步是使收、發(fā)兩端的信號(hào)在時(shí)間上保持步調(diào)一致。 數(shù)字復(fù)接就是依據(jù)時(shí)分復(fù)用基本原理把若干個(gè)低速數(shù)字信號(hào)合并成一個(gè)高速的數(shù)字信號(hào)，以擴(kuò)大傳輸容量和提高傳輸效率。 圖 是數(shù)字通信系統(tǒng)的一般化模型。如在某些有線信道中，若傳輸距離不太遠(yuǎn)且通信容量不太大時(shí)， 數(shù)字基帶信號(hào)無需調(diào)制，可以直接傳送，稱之為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸，其模型中就不包括調(diào)制與解調(diào)環(huán)節(jié)，應(yīng)該指出的是，模擬信號(hào)經(jīng)過數(shù)字 編碼后可以在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸，數(shù)字電話系統(tǒng)就是以數(shù)字方式傳輸模擬語音信號(hào)的例子。 圖 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 當(dāng)然，數(shù)字信號(hào)也可以在模擬通信系統(tǒng)中傳輸，如計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可以通過模擬電信息源信源編碼器信道編碼器數(shù)字調(diào)制器信道數(shù)字解調(diào)器信道譯碼器信源譯碼器受信者噪聲源山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 10 話線路傳輸，但這時(shí)必須使用調(diào)制解調(diào)器（ Modem）將數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行正弦調(diào)制，以適應(yīng)模擬信道的傳輸特性?？梢?，模擬通信與數(shù)字通信的區(qū)別僅在于信道中傳輸?shù)男盘?hào)種類。 目前，無論是模擬通信還是數(shù)字通信，在不同的通信業(yè)務(wù)中都得到了廣泛的應(yīng)用。但是，數(shù)字通信的發(fā)展速度已明顯超過模擬通信，成為當(dāng)代通信技術(shù)的 主流。與模擬通信相比，數(shù)字通信更能適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)對(duì)通信技術(shù)越來越高的要求， 其特點(diǎn)是： （ 1） 抗干擾能力強(qiáng)。以二進(jìn)制為例，信號(hào)的取值只有兩個(gè)，這樣接收端只需判別兩種狀態(tài)。信號(hào)在傳輸過程中受到噪聲的干擾，必然會(huì)發(fā)生波形畸變，接收端對(duì)其進(jìn)行抽樣判決，以辨別是兩個(gè)狀態(tài)中的哪一個(gè)。只要噪聲的大小不足以影響判決的正確，就能正確接收。而模擬通信系統(tǒng)中傳輸?shù)氖沁B續(xù)變化的模擬信號(hào)，它要求接收機(jī)能夠高度保真地重現(xiàn)信號(hào)波形，如果模擬信號(hào)疊加上噪聲后，即使噪聲很小，也很難消除它。此外，在遠(yuǎn)距離傳輸，如微波中繼通信時(shí)，各中繼站可 利用數(shù)字通信特有的判決再生接收方式，對(duì)數(shù)字信號(hào)波形進(jìn)行整形再生而消除噪聲積累。 （ 2） 差錯(cuò)可控。 可以采用信道編碼技術(shù)使誤碼率降低， 提高傳輸?shù)目煽啃浴? （ 3） 易于與各種數(shù)字終端接口，用現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理、加工、變換、存儲(chǔ)，從而形成智能網(wǎng)。 （ 4） 易于集成化， 從而使通信設(shè)備微型化。 （ 5） 易于加密處理， 且保密強(qiáng)度高。 但是， 數(shù)字通信的許多優(yōu)點(diǎn)都是用比模擬通信占據(jù)更寬的系統(tǒng)頻帶為代價(jià)而換取的。以電話為例，一路模擬電話通常只占據(jù) 4kHz 帶寬，但一路接近同樣話音質(zhì)量的數(shù)字電話 可能要占據(jù) 20～ 60kHz 的帶寬，因此數(shù)字通信的頻帶利用率不高。另外，由于數(shù)字通信對(duì)同步要求高，因而系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜。不過，隨著新的寬帶傳輸信道（如光導(dǎo)纖維）的采用、 窄帶調(diào)制技術(shù)和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字通信的這些缺點(diǎn)已經(jīng)弱化。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，數(shù)字通信在今后的通信方式中必將逐步取代模擬通信而占主導(dǎo)地位。 山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 11 第 二 章 射頻通信技術(shù)的工作原理 RFID 的工作原理 RFID 是射頻識(shí)別技術(shù)的英文 (Radio Frequency Identification)的縮寫， 射頻識(shí)別技術(shù)是 20 世紀(jì) 90 年代開始興起的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，射頻識(shí)別技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過空間耦合 (交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng) )實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。 無線射頻識(shí)別技術(shù) (RFID)已經(jīng)成為一個(gè)很熱門的話題。據(jù)業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)， RFID技術(shù)市場(chǎng)將在未來五年內(nèi)在新的產(chǎn)品與服務(wù)上帶來 30至 100 億美金的商機(jī)，隨之而來的還有服務(wù)器、資料儲(chǔ)存系統(tǒng)、資料庫程序、商業(yè)管理軟件、顧問服務(wù)，以及其他電腦基礎(chǔ)建設(shè)的龐大需求。 或許這些預(yù)測(cè)過于樂觀，但 RFID 將會(huì)成為未來的一個(gè)巨大市場(chǎng)是毫無疑問的。許多高 科技公司正在加緊開發(fā) RFID 專用的軟件和硬件，這些公司包括英特爾、微軟、甲骨文、 SAP 和 SUN，而最近全球最大的零售商沃爾瑪?shù)囊豁?xiàng) 要求其前 100 家供應(yīng)商在 2020 年 1月之前向其配送中心發(fā)送貨盤和包裝箱時(shí)使用 RFID 技術(shù)， 2020 年 1 月前在單件商品中使用這項(xiàng)技術(shù) 的決議，把 RFID 再次推到了聚光燈下。因此可以說無線射頻識(shí)別技術(shù) (RFID)正在成為全球熱門新科技。 工作原理： 閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，射頻卡獲得能量被激活；射頻卡將自身編碼等信息通過 卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。 在耦合方式 (電感 電磁 )、通信流程 (FDX、 HDX、 SEQ)、從射頻卡到閱讀器的數(shù)據(jù)傳輸方法 (負(fù)載調(diào)制、反向散射、高次諧波 )以及頻率范圍等方面，不同的非接觸傳輸方法有根本的區(qū)別，但所有的閱讀器在功能原理上，以及由此決定的設(shè)計(jì)構(gòu)造上都很相 似，所有閱讀器均可簡(jiǎn)化為高頻接口和控制單元兩個(gè)基本模塊。高頻接口包含發(fā)送器和接收器，其功能包括：產(chǎn)生高頻發(fā)射功率以啟動(dòng)射頻卡并提供能量；對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，用于將數(shù)據(jù)傳送給射頻卡；接收并解調(diào)來自射頻卡的高山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 12 頻信號(hào)。 閱讀器的控制單元的功能包括：與應(yīng)用系統(tǒng)軟件進(jìn)行通信，并執(zhí)行應(yīng)用系統(tǒng)軟件發(fā)來的命令；控制與射頻卡的通信過程 (主 從原則 )；信號(hào)的編解碼。對(duì)一些特殊的系統(tǒng)還有執(zhí)行反碰撞算法，對(duì)射頻卡與閱讀器間要傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密，以及進(jìn)行射頻卡和閱讀器間的身份驗(yàn)證等附加功能。 射頻識(shí)別系統(tǒng) 的讀寫距離是一個(gè)很關(guān)鍵的參數(shù)。目前，長(zhǎng)距離射頻識(shí)別系統(tǒng)的價(jià)格還很貴，因此尋找提高其讀寫距離的方法很重要。影響射頻卡讀寫距離的因素包括天線工作頻率、閱讀器的 RF輸出功率、閱讀器的接收靈敏度、射頻卡的功耗、天線及諧振電路的 Q值、天線方向、閱讀器和射頻卡的耦合度，以及射頻卡本身獲得的能量及發(fā)送信息的能量等。 標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，如果接收到閱讀器發(fā)出的特殊射頻信號(hào)，就能憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息 (即 Passive Tag，無源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽 )，或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào) (即 Active Tag，有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽 )，閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。 RFID 技術(shù)由 AutoID中心開發(fā)，其應(yīng)用形式為標(biāo)記 (tag)、卡和標(biāo)簽 (label)設(shè)備。標(biāo)記設(shè)備由 RFID 芯片和天線組成，標(biāo)記類型分為三種：自動(dòng)式，半被動(dòng)式和被動(dòng)式?，F(xiàn)在市場(chǎng)上開發(fā)的基本上是被動(dòng)式 RFID 標(biāo)記，因?yàn)檫@類設(shè)備造價(jià)較低，且易于配置。 被動(dòng)標(biāo)記設(shè)備運(yùn)用無