射频识别(RFID)原理与应用(第2版)课后双数题答案.docx
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1、第1章RFID概论1.2简述RFID的基本原理答:通信接口北里时居数据1.4简述RFID系统的电感耦合方式和反向散射耦合方式的原理和特点。答:原理: 电感耦合:应用的是变压器模型,通过空间高频交变磁场实现耦合,依据的是电磁感 应定律。 反向散射耦合:应用的是雷达原理模型,发射出去的电磁波,碰到目标后反射,同时 携带目标信息,依据的是电磁波的空间传播规律特点: 通过电感耦合方式一般适合于中,低频工作的近距离射频识别系统,典型的工作频 率有125khz, 225khz和13. 56mhz。识别作用距离小于1m,典型作用距离为1020cm。 反向射散耦合方式一般适合于高频,微波工作的远距离射频识别系
2、统,典型的工作 频率有433mhz, 915mhz, 2.45ghz,5.5ghz,识别作用距离大于1m,典型作用的距离为310m。1.6什么是1比特应答器?它有什么应用?有哪些实现方法? 答:RFID的基本原理框图1比特应答器是字节为1比特的应答器。应用于电子防盗系统。射频标签利用二极管的非线性特性产生载波的谐波。1.8 RRFTD系统中阅读器应具有哪些功能?答: 以射频方式向应答器传输能量。 以应答器中读出数据或向应答器写入数据。 完成对读取数据的信息处理并实现应用操作。 若有需要,应能和高层处理交互信息。1.10 RFID标签和条形码各有什么特点?它们有何不同?答:特点:RFID标签:R
3、FID可以识别单个非常具体的物体。 RFID可以同时对多个物体进行识读。 RFID采用无线射频,可以透过外部材料读取数据。 RFID的应答器可存储的信息量大,并可以多次改写。 易于构成网络应用环境。条形码:条形码易于制作,对印刷设备和材料无特殊要求,条形码成本低廉、价格便宜。 条形码用激光读取信息,数据输入速度快,识别可靠准确。 识别设备结构简单、操作容易、无须专门训练。不同点:技术信息载体信息 量读/写性读取方 式保密性智能 化寿命成本条形 码纸、塑料薄膜金属表面大只读CCD或激光束差无较短最低RFIDEEPROM 等小读/写无线通信好有最长较高条形码是“可视技术”,识读设备只能接收视野范围
4、内的条形码;而RFID不要求看见目标,RFID标签只要在阅读器的作用范围内就可以被读取。1.12参阅有关资料,对RFID防伪或食品安全追溯应用进行阐述。答:随着科技的进步及高新技术在标签印刷制作领域的应用,一种全新、多功能、有良好防 伪效果的RFID标签已开始在酒、食品、药品、票证等许多领域应用,它将为标签印制带来 新的生机和活力。RFID标签主要有如下特点。一、RFID标签的功能1. 产品的追溯功能2. 数据的读写功能3. 小型化和多样化的形状4. 耐环境性5. 可重复使用6. 穿透性7. 数据的记忆容量大二、RFID标签的应用及防伪特点应用1: 2009年五粮液集团投入2亿元的巨资购买RF
5、ID系统,以满足五粮液高端产 品对安全防伪和产品追溯管理等功能的需求,构建一个完整的RFID整体解决平台。应用2: R F I D在食品(如农产品)包装防伪和追溯安全方面也有很大的用处。如:欧 盟及美国、日本等发达国家和地区,都要求对出口到当地的食品必须能够进行跟踪和追 溯。防伪特点:集多项专利技术的超高频电子标签,具有全球唯一码、数字签名、防转 移、防复制等特性;它采用易碎纸基材的金属天线生产加工工艺,既保证了对标签高读写性 能要求,又能满足防转移特性和大规模生产的经济性要求。第2章电感耦合方式的射频前端2.2画出图2.26中P点处的电压波形,并进一步比较图2.26所示电路与图2.28(a)
6、所示电路 的不同点。*2 图2.26所示电路与图2.28(a)所示电路的不同点:图2.26所示的电路里面加入了滤波电路和跟随电路,而图2.28 (a)没有。并且图2.28有二极管,来进行确定导通哪个三极管,但是图2.28(a)没有,这就使得图2.28 (a)变 成了标准正弦波。2.4画出图2.30中中心点C处的电压波形图和晶体管VT1电流i1和晶体管VT2;电流i2的波形 图。答:书上给出7VT1电压VA和晶体管VT2电压VA的波形图。所以v = ixR。2.6给出E类功率放大器的电路图,并简述各电路元件的作用。答:E美功率放大器基本电路其中L1、C1构成谐振回路,电容C2进行滤波,L2为晶体
7、管VT1提供一个稳定的集电极电 压。2.8在电感耦合方式中,有效工作距离和哪些因素有关?答:其工作距离与工作频率电感耦合方式等因素有关。2.10设计并调试一个满足ISO/ IEC 1443标准要求的E类功率放大器。E类功率放大器等效电路等效电路图第3章编码和调制3.2信道带宽为3kHz,波特率可以达到8kbaud吗?若能请给出实现方法?答:能达到,用八相位调制。3.4画出01 1001 0110的密勒码波形。密勒码编码规则10 或 D111 或 0Gbit i1bit i的起始位直不变化,中间位宜跳变00biti的起始位置跳变.中间位直不跳变10bit i的起始位置不蔬变,中间位置不跳变密勒码
8、 二位表示法的二进制数答:3.6装调一个NRZ码和曼彻斯特码的副载波调制电路。答:Q = lOriF也1五;亏言以汉 vojpF分布m春3.8什么是调制和解调?有哪些调制和解调技术,它们各有什么特点?答: 调制是实现绝对码和相对码之间的相互转换。解调是阅读器正确将PSK调制信号转 换为NRZ的关键电路。 有PSK和副载波方式。 直接相位法和选择相位法,3.10简述在射频识别中载波的作用。答:载波为携带了 RFID信息的无线电波,作用是通过无线电波传递信息;对于无源RFID系 统来说,载波的作用还可以传递能量,其驱动RFID标签内的芯片工作,并将反馈信息发送 给RFID读写器。第4章 数据校验和
9、防碰撞算法4.2讨论线性分组码的检纠错能力。答:编码中各个码字间距离的最小值称为最小码距d,最小码距是衡量码组检错和纠错能力的依 据,其关系如下:(1)为了检测e个错码,则要求最小码距de+1;(2)为了纠正t个错码,则要求最小码距d2t+1;(3)为了纠正t个错码,同时检测e个错码,则要求最小码距de+t+1,et。4.4简述ALOHA算法和时隙ALOHA算法的基本原理和它们之间的区别。答:纯ALOHA算法在RFID系统中仅用于只读系统。当应答器进入射频能量场被激活以后, 它就发送存储在应答器中的数据,且这些数据在一个周期性的循环中不断发送,直至应答器 离开射频能量场。时隙ALOHA算法是把
10、时间分为离散的时间段(时隙),每段时间对应一帧,在RFID系 统中,所有应答器的同步由阅读器控制,应答器只在规定的同步时隙开始才传送器数据帧, 并在该时隙内完成传送。时隙ALOHA算法在纯ALOHA算法的基础上将系统的利用率提高了一倍,信道的吞吐量也 达到了纯ALOHA算法的两倍。4.6在题图4.1中,防碰撞协议采用ISO/IEC 14443标准中的TYPE A。设阅读器(PCD)射频 能量场内有两个应答器PICC# 1和PICC# 2,其UID CL,分别为CL1和CL2。请解释图示的防 碰撞过程。答:4.8在ISO/IEC 4443标准TYPE B中,处于Ready-Declared状态的
11、PICC对哪些命令的接收会使 其状态发生转换,转换的下一个状态是什么?答:当接收到ATTRIB,HLTB,REQB/WUPB这3种命令后会发生状态改变。当接收到的是ATTRIB后,进入激活状态;当接收到的是HLTB后,进入终止(等待)状 态;当接收的是REQB/WUPB后重新进行AFI匹配。第5章RFID系统数据传输的安全性5.2简述对称密码体制与非对称密码体制的特点和区别。答:特点:对称密码体制:对称加密系统中,加密和解密采用相同的密钥,特点是计算开销小,算法简 单,加密速度快。非对称加密体制:也叫公钥加密技术,在公钥加密系统中,加密和解密是相对独立的,加密 和解密密钥不相同,加密密钥(公开
12、密钥)向公众公开,谁都可以使用,解密密钥(秘密密 钥)只有解谜人自己知道,特点是保密所需的密钥组和数量很小,密钥发布不成问题,公开 密钥系统可实现数字签名。区别:对称加密的加密和解密密钥都是一样的,非对称加密的加密和解密密钥是不一样的,它们的算法也是不同 的。5.4 m序列有何特点?什么是同宗m序列?试设计一个本原多项式f(x)=1+x+x2的m序列产生 器,测试其周期值。答:m序列是最长线性移位寄存器序列的简称,是一种伪随机序列、伪噪声(PN)码或伪随机码。均衡特性(平衡性)m序列每一周期中1的个数比0的个数多1个游程特性(游程分布的随机性)M序列中,状态“0”或“1”连续出现的段称为游程。
13、游程中“0”或“1”的个数称为游程长度。m序列的一个周期(p=2W-1 )中,游程总数为2W-1,0”、“1”各占一半。移位可加性2个彼此移位等价的相异M序列,按模2相加所得的序列仍为M序列,并与原M序列等价。 5.6给出基于素域GF()的特征值不等于2和3的椭圆曲线方程,并简述椭圆曲线密钥的生成 方法。答:椭圆曲线定义和关键点曲线方程为:mod p(modulo prime number p)表示该曲线位于素数阶p的有限域上,那么曲线形状可以近 似为下图:在椭圆曲线数学中,有一个称为“无穷远处的点”的点,它大致对应于零的作用。还有一个名为“加法”的+运算符,它具有一些类似于传统实数加法的属性
14、。给定椭圆曲线上的两个点P1和P2,有第三个点P3 = P1 + P2, P3也位于椭圆曲线上。从几何角度,可以通过在P1和P2之间画线来计算P3。该线将在一个额外的位置与椭圆曲线相交。称此点为P3=(x,y)。然后在x轴上反射得到P3 =(x,-y) 如果P1和P2是相同的点,则P1和P2之间的线应该延伸到点P1的切线。切线会和 曲线相交。 在某些情况下(即,如果P1和P2具有相同的x值但y值不同),则切线将完全垂 直,在这种情况下P3 =“无穷远处的点”。 如果P1是无穷远处的点”,然后P1 + P2 = P2。类似地,如果P2是无穷远处的点, 那么 P1 + P2 = P1。 事实证明,
15、+是相互关联的,这意味着(A + B)+ C = A + (B + C)。这意味着我们可 以在没有括号的情况下编写A + B + C而且没有歧义现在我们已经定义了加法,我们可以用扩展加法的标准方式定义乘法。对于椭圆曲 线上的点P,如果k是整数,则kP = P + P + P + . + P(k次)生成公钥随机生成数字k作为私钥,我们将其乘以曲线上称为生成点G的预定点,在曲线上 的其他位置产生另一个点,即相应的公钥K.生成器点G被指定为secp256k1标准的一部分,并且对于所有密钥始终相同5.8说明射频识别中阅读器与应答器的三次认证过程。答:次认证过程随机敏晶TOKENTOKEN.主器三次认证
16、过程阅读器发送查询口令的命令给应答器,应答器作为应答响应传送所产生的一个随机数 RB给阅读器。阅读器产生一个随机数RA,使用共享的密钥K和共同的加密算法EK,算出加密数据块TOKEN AB,并将TOKEN AB传送给应答器。TOKEN AB=EK(RA,RB)应答器接受到TOKEN AB后,进行解密,将取得的随机数与原先发送的随机数RB进行比较, 若一致,则阅读器获得了应答器的确认。应答器发送另一个加密数据块TOKEN BA给阅读器,TOKEN BA为TOKEN BA=EK(RB1,RA)阅读器接收到TOKEN BA并对其解密,若收到的随机数与原先发送的随机数RA相同,则完 成了阅读器对应答器
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