מבוא ל-Digital Modulation ב-RFID Systems

רדיו Frequency Identification (RFID) הפך אבן הפינה של מערכות זיהוי אוטומטי מודרני ולכידת נתונים (AIDC), יעילות הנהיגה בשרשרת האספקה, ניהול מלאי, בקרת גישה, ועיבוד נכסים.בלב כל מערכת RFID הוא תהליך בסיסי של מודולציה דיגיטלית - הטכניקה שמקודמת נתונים בינאריים על גל תדר עבור שידור בין קורא לתג.

מודולציה דיגיטלית ב-RFID היא לא הצעה בגודל אחד של להקות תדר שונים, סוגי תג (פסיבי, סמי-פאסיבי, פעיל), וסביבות רגולטוריות לכפות מגבלות המעצבות את אפשרויות המודולציה. מאמר זה מספק בדיקה מעמיקה של טכניקות מודולציה דיגיטליות המשמשות במערכות RFID, מסביר את החילופי הסחר ביניהם, וחוקר מגמות מתפתחות המבטיחות לשפר את ביצועי ה-RFIGPSI בסביבות מאתגרות.

התפקיד של Digital Modulation ב-RFID

במערכת RFID, תקשורת מתרחשת על קישור אלחוטי בין קורא (interrogator) לבין אחד או יותר תגים. הקורא משדר גל נושא ממונע הן כדי לכפות תגים פסיביים ולשלוח פקודות.התג מגיב על ידי אימות אות אחורית משתקף, שינוי האימפולס של האנטנה שלו כדי לפענח נתונים.

כיצד שינוי מאפשר תקשורת Backscatter

תגי RFID פסיביים חסרים מקור כוח פנימי.הם קציר אנרגיה מהאות RF המשודר של הקורא.הקור שולח נושאת לא מעודנת או מחושת כי התג מתקן לייצר כוח DC.עבור הקישור, התג אינו יכול ליצור אותות RF משלו; במקום זאת, הוא משתנה את העומס Kude לראות על ידי האנטנה שלו, מה שגורם לשינויים בשלב ampuded ו / או שלב זה משתקף מחדש של פורמטים (למשל, הוא בדרך כלל שימוש יעיל יותר) זה יכול להיות יעיל יותר מאשר שימוש בתבניות הפעלה מחדש.

Tag-to-Reader ו- Reader-to-Tag קישורים

מערכות ה-RFD ו- Uplink ב-RFID לעתים קרובות משתמשות בתוכניות שונות של Modulation.לקור יש משדר חזק ויכול להשתמש בפורמטים מורכבים של Modulation כדי להשיג שיעורי נתונים גבוהים יותר וחסינות רעש טובה יותר.התג, המוגבל על ידי תקציב האנרגיה שלו ועיגול פשוט, משתמש במודולציה פשוטה יותר.לדוגמה, ב- EPC Gen2 UHF RFID מערכות, הקורא משתמש כפול-side ASK, יחיד-side, שלב יחיד, או שלב תגובה לאחור (R) באמצעות מערכת הפעלה לאחור (Ricial) באמצעות ASKerlisoK).

Key Digital Modulation Schemes for RFID

כמה תוכניות מודולציה דיגיטליות מועסקות במערכות RFID, כל אחת מציעה יתרונות נפרדים בהתאם לדרישות היישום.שלוש המשפחות העיקריות הן מפתח שינוי אמפיר (ASK), תדירות שינוי מפתח (FSK), והחלפת שלב מפתח (PSK) בתוך כל משפחה, גרסאות רבות כבר סטנדרטיות עבור להקות תדרים ופרוטוקולים שונים.

Amplitude Shift Keying (ASK) - משתנים ויישומים

ASK הוא הצורה הפשוטה ביותר של מודולציה דיגיטלית, שבו amplitude של גל המוביל עובר בין שתי רמות לייצג בינארי 1 ו 0. ב RFID, ASK משמש נרחב כי זה קל ליישם שבבים תג נמוך. Common ASK גרסאות כוללים:

  • (ב) ⁇ (OK): ⁇ 1) נושא זה קיים באופן מלא (עבור מדינה אחת בלבד) או נעדר (עבור השנייה).
  • (FLT:0)Double-Sideband ASK (DSB-ASK): שני פסים של המוביל המונומד מועברים, ומספקים אות חזק עלות רוחב הפס.
  • (FLT:0) Sidele-Sideband ASK (SSB-ASK): 1FreaLT 1 צד פס אחד הוא דיכוי, צמצום רוחב הפס ושיפור יעילות ספקטרלית בשימוש לעתים קרובות בפריסה של RFID צפופה.
  • (FLT:0)Phase-Reversal ASK (PR-ASK): משלב ASK עם שלב של 180 מעלות ב-180 מעלות מעברים סמלים מסוימים, צמצום רכיבים נמוכים ושיפור הגילוי. PR-ASK הוא מודולציה מפתח בתקן EPC Gen2.

ASK נפוץ במערכות נמוכות של קידוד (LF, 125/134 kHz) וקידוד גבוה (HF, 13.56 MHz) בשל הפשטות וההתאמה שלה עם תגים פסיביים. במערכות UHF (860-960 MHz), ASK משמש בעיקר עבור ה- downlink; תגים לעתים קרובות מעסיקים ASK backscatter כמו גם.

תדירות שינוי מפתח (FSK) - כאשר Noise Immunity Matters

FSK מקודמת נתונים על ידי שינוי תדירות נושא בין שני תדרים (או יותר) דיסקרטיים. ב-RFSK הוא פחות נפוץ מאשר ASK אבל מציע חסינות רעש מעולה כי הגילוי מבוסס על תדירות ולא amplitude. FSK הוא בעיקר יתרון בסביבות עם התערבות אלקטרומגנטית גבוהה (EMI) או כאשר אותות ampudes עקב קידוד.

FSK משמש לעתים קרובות במערכות RFID פעיל, שבו לתג יש משדר משלו והוא יכול לייצר תדרים יציבים. עבור תגים פסיביים, יישום FSK בגבוזאקטר ידרוש מעבר בין שני מעגלים שונים או עכבות עומס, אשר מגביר את המורכבות וצריכת החשמל.עם זאת, כמה פרוטוקולים, כגון ISO 18000-4 עבור 2.4 GHz, מציין FSK.off נתונים נמוך יותר.

שלב Shift Keying (PSK) - מערכות בעלות הישגים גבוהים

PSK משנה את השלב של גל המוביל לייצג סמלים דיגיטליים. בצורתו הפשוטה ביותר, Binary PSK (BPSK) משתמש בשני שלבים 180 מעלות בנפרד. PSK מציעה ביצועים טובים יותר של שיעור שגיאות מאשר ASK באותו יחס אות-ל-אין (SNR), והוא נמנע מהריאציות ampudeK כי ASK סובל בערוצים מתפתלים.

BPSK backscatter הוא מועסק ב- EPC Gen2 ו- ISO 18000-6C תגים כדי לשפר את האמינות לקריאה בסביבות רב-אופטיות.התגים בין שני דחפים לטעון שגורמים לשינוי שלב של 180 מעלות בסימן המשקף. כי השינוי של מיקום הוא עצמאי מהתג המועבר של הקורא, BPSK backscatter יכול להיות חזק יותר מאשר ASKRealsbacks כאשר הקורא הוא מופיע כוח פעיל (Dorder) אך ורקורד) הוא רק לעתים רחוקות יותר מאשר הפונקציה RT-זמנית (מחדש) הוא רקורדת) אבל הוא רקורדת יותר מאשר הפונקציה RTQ).

Modulation Parameters ו- Performance Trade-offs

בחירת תוכנית המודולציה הנכונה עבור מערכת RFID כוללת איזון מספר פרמטרים: שיעור נתונים, טווח תפעולי, צריכת חשמל, רוחב פס וחסינות רעש.אין תוכנית אחת אופטימלית עבור כל התרחישים.

שיעור הנתונים לעומת טווח כוח לעומת צריכת חשמל

שיעורי נתונים גבוהים בדרך כלל דורשים רוחב פס רחב יותר ומודולציה מורכבת יותר.ב-Inפאסיבי UHF RFID, שיעור הנתונים מטה קישורים מהקורא לתייג הוא בדרך כלל נמוך יותר (למשל, 10-40 kbps) כדי לאפשר לגלאי המעטה של התג לשחזר את האות באופן אמין.הקורד (הדבק האחורי) יכול להיות גבוה יותר, עד כמה מאות kbps, אבל מוגבל על ידי השעון של התגים לעתים קרובות יותר, כך הוא להפחית את רמת לחץ על ידי פחות זמן, כך פחות.

צריכת חשמל היא קריטית לתגיות פסיביות. תוכניות מודולציה מורכבות (למשל, QPSK) דורשות יותר היגיון וזיכרון, הגדלת כוח של השבב התג שואבת.פשוט ASK או BPSK backscatter הוא המועדף. בתגים חצי-מפסים או פעילים, שיש להם סוללות, מודולציה מתקדמת יותר ניתן להשתמש ללא השפעה על מגבלות אנרגיה.

Encoding Sub-layers: Miller, FM0 ו-NRZ

המודולציה הדיגיטלית ב-RFID אינה עומדת לבדה; היא לעתים קרובות משולבת עם בסיס קידוד כדי להבטיח שחזור שעון תקין, איזון DC ועיצוב ספק מרכזי.

  • (FLT:0FM0 (Bi-Phase Space): ⁇ 1 פשוטה שבה מתרחש מעבר בתחילת כל תקופת סמל, ומעבר אמצע-סימבול נוסף מצביע על לוגיקה 1. FM0 קל ליישם ומציעה סיור עצמי טוב, אבל לספקטרום שלו יש מרכיב DC גדול, אשר יכול להפריע להובלת הקורא.
  • (FLT:0Miller Encoding:FLT:1 A Modulation תדירות משתנה שבו מעברים מייצגים נתונים בדפוס הדוחף את הספקטרום מ DC. Miller ⁇ הוא שצוין ב EPC Gen2 עבור הקישור תג לקריאה על פני שיעור נתונים עד 640 kbps. זה מספק יותר חזק נגד רעש מתפתל ורב-פתק מ FM0, עלות רוחב פס גבוה יותר.
  • (ב) [ה] [ה] [ה]] [ה]] [ה]]] [ה]]]][דרושה] מקדמה פשוטה, בשימוש במערכות LF ו-HF.

השילוב של Modulation (למשל, ASK) ו ⁇ (למשל, מילר) מגדיר את גל האות בפועל כי הקורא או תג משדרים.הבנת ה- interplay חיוני לתכנון מערכות RFID בין-סובייקטיביות התואמים לסטנדרטים כגון ISO 18000-6C או ISO 15693.

אפשרויות לתקנות ו- Modulation Choices

RFID פועל בלהקות תדר שונות ברחבי העולם, ולכל להקה יש מגבלות רגולטוריות על העברת כוח, רוחב פס, ומאפיינים מודולציה.תקנות אלה משפיעות ישירות על אילו תוכניות מודולציה ניתן להשתמש וכיצד הם מיושמים.

LF,HF, UHF, מיקרוגל ו Bands

  • (FLT:0)Low Frequency (LF, 125-134 kirHz): FLT:1 בדרך כלל משתמש ASK עם עומק מודולציה 100% (OOK) שיעורי נתונים נמוכים מאוד (כמה kbps), אבל תגים LF עובדים היטב ליד מתכת ונוזלים.FSK הוא נדיר ב-LF בשל מגבלות רוחב פס.
  • (FLT:0) תדירות גבוהה (HF, 13.56 MHz): סטנדרטים 1 LT כגון ISO 15693 ו- ISO 14443 משתמשים ב ASK עם עומק מודולציה שונה (10% או 100%) כמה HF גם להשתמש BPSK עבור התגובה. ציוני נתונים יכולים להגיע עד 848 kbps (למשל, ISO 14443 סוג).
  • (FLT:0)Ultra-High Frequency (UHF, 860-960 MHz): FLT:1 The הדומיננטית של רשת ה-RFC RFID. תקן EPC Gen2 (ISO 18000-6C) מגדיר DSB-ASK, SSB-ASK, ו- PR-ASK ל-uplink, ו- ASK/BPSKbackstter עבור מנגנוני ה-RILOL (FORL) כמו , , , כגון ETS (FEROCC) ו-FEROL) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ההגבלות על מנתטהורמקודח"PEROL-FEROC) , , , , , , , , , , , , , , , , , , § , , , , § § § § § § § § PTL-
  • (FLT:0Microwave (2.45 GHz ו- 5.8 GHz): בשימוש במערכות פעיל וכמה מערכות מונעות סוללות. Modulation יכול להיות מורכב יותר, כולל QPSK ו- GFSK, כדי לתמוך בנתוני גבוה יותר עד כמה Mbps. להקות אלה פחות נפוצות עקב אובדן נתיב גבוה יותר ומורכבות רגולטורית.

EPC Gen2 ו- ISO 18000-6C

תקן EPCglobal UHF 1 דור 2 (החל כ ISO 18000-6C) הוא פרוטוקול ה-RFS הנפוץ ביותר עבור תגים פסיביים UHF.It מחייב פרמטרים ספציפיים של מודולציה: הקורא למטה קישורים חייב להשתמש או PR-ASK, DSB-ASK, או SSB-ASK עם subcarrier ⁇ .

טכניקות מתקדמות וכיוונים עתידיים

כמו מערכות RFID פרוסות בסביבות מורכבות יותר ויותר - מתקני קורא צפופים, סביבות מתכת, חגורות שידור מהיר במהירות גבוהה - הביקוש לטכניקות מודולציה חכמות יותר גדל.מחקר ופיתוח מתמקדים בגישות הסתגלותיות, קוגניטיביות ורב-קריירה.

הסתגלות וגישור קוגניטיבי

קוראי RFID עתידיים עשויים ליישם מודולציה אדפטיבית, שבו הקורא בוחר באופן דינמי את תוכנית המודולציה הטובה ביותר (ASK, PSK, שיעור נתונים, קידוד) בהתבסס על תנאי ערוץ בזמן אמת, זה דורש משוב מהתג (למשל, עוצמת אות, שיעור שגיאה) ומיומנויות רדיו מוגדרות תוכנה (SDR) בקוראציה קוגניטיבית יכולות גם לסרוק את הספקטרום כדי למנוע התערבות וציות אזוריות ללא תצורה מעשית; 0F עדיין יכולות להיות מורכבות יותר של תקשורת יעילה יותר;

שילוב עם 5G ו-IoT

מיזוג של RFID עם אינטרנט רחב יותר של דברים (IoT) מערכות אקולוגיות הוא עניין בתוכניות מודולציה כי יכול coexist עם 5G ו- Wi-Fi רשתות.לדוגמה, תגי ה-RFG של UHF המשתמשים ב- PSK פס צר או FSK יכול לפעול ב-IoT שיתוף פעולה מורשה, בתנאי שהם עומדים בדרישות התערבות מחמירות.

מסקנה

מודולציה דיגיטלית היא הגיבור הלא-סונג של ביצועי מערכת ה-RFD של ביצועי מערכת ה-RFD הפשוטים של תגים מוקדמים למכשירים המתוחכמים PR-ASK ו- BPSK Backscatter של מערכות UHF מודרניות, הבחירה של מודולציה ישירות משפיע על טווח קריאה, נתונים באמצעות ערכת קלט, תגים, ו-Invastative System, חייבת להבין את ה-Inticetime בין מערכות מבוזרות, תדירות, ומודולציה, וכיצד אינטראקציה עם אלה עם תוכניות אבטחה ו-Reactcaration חזקות יותר, כמו גם ל-RFID-Reactive, כמו גם ל-RFID-RFID-Refectation, ימשיכו לספק יישומים חדשים ו-Refectativesivesivesivesivesivesivesivesivesive Services, ו-Refectation.

לקריאה נוספת על תקני מודולציה של RFID, ה-FLT:0 ISO 1800003 סדרה 1FLT מספק פרטים מלאים עבור כל להקות תדר.בנוסף, אתר האינטרנט FLT:2EPCglobal, FigFLT 3 מציע יישומי יישום ומסמכים הסמכה עבור מערכות UHF.