Analiza tendencji rozwoju technik RFID oraz ... - Instytut Łączności
Analiza tendencji rozwoju technik RFID oraz ... - Instytut Łączności
Analiza tendencji rozwoju technik RFID oraz ... - Instytut Łączności
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Zakład Systemów Radiowych (Z-1)<br />
<strong>Analiza</strong> <strong>tendencji</strong> <strong>rozwoju</strong> <strong>technik</strong> <strong>RFID</strong> <strong>oraz</strong><br />
laboratorium badawcze <strong>technik</strong> <strong>RFID</strong><br />
Praca nr: 01300018<br />
Warszawa, grudzień 2008
– str. 2 z 187 –<br />
Tytuł pracy: <strong>Analiza</strong> <strong>tendencji</strong> <strong>rozwoju</strong> <strong>technik</strong> <strong>RFID</strong> <strong>oraz</strong><br />
laboratorium badawcze <strong>technik</strong> <strong>RFID</strong><br />
Numer pracy: 01300018<br />
Zleceniodawca: Praca statutowa<br />
Słowa kluczowe: system <strong>RFID</strong>; transponder; czytnik; normalizacja; badania;<br />
laboratorium badawcze<br />
Kierownik pracy: mgr inż. Aleksander Orłowski<br />
Wykonawcy pracy: mgr inż. Aleksander Orłowski<br />
inż. Krzysztof Kaczan<br />
inż. Arkadiusz Staszak<br />
mgr inż. Elżbieta Tomaszuk<br />
Praca wykonana w Zakładzie Systemów Radiowych (Z-1) <strong>Instytut</strong>u <strong>Łączności</strong> – PIB.<br />
Kierownik Zakładu Systemów Radiowych (Z-1): mgr inż. Aleksander Orłowski<br />
Niniejsze opracowanie może być powielane i publikowane wyłącznie w całości.<br />
Powielanie i publikowanie fragmentów wymaga uzyskaniu zgody <strong>Instytut</strong>u <strong>Łączności</strong> – PIB.<br />
© Copyright by <strong>Instytut</strong> <strong>Łączności</strong> – PIB, Warszawa 2008
– str. 3 z 187 –<br />
SPIS TREŚCI<br />
Wstęp.......................................................................................................................................... 8<br />
Spis literatury ......................................................................................................................... 8<br />
1. Zagadnienia ogólne ............................................................................................................ 9<br />
1.1 Elementy systemu <strong>RFID</strong> ............................................................................................ 9<br />
1.1.1 Transponder........................................................................................................ 9<br />
1.1.2. Czytnik ............................................................................................................. 10<br />
1.2 Właściwości systemów <strong>RFID</strong> .................................................................................. 12<br />
1.2.1 Zasada działania ............................................................................................... 12<br />
1.2.1.1 Sprzężenie indukcyjne.................................................................................. 12<br />
1.2.1.2 Sprzężenie propagacyjne.............................................................................. 13<br />
1.2.2 Cechy użytkowe ............................................................................................... 14<br />
1.2.2.1 Transpondery LF.......................................................................................... 14<br />
1.2.2.2 Transpondery HF.......................................................................................... 16<br />
1.2.2.3 Transpondery UHF....................................................................................... 17<br />
1.3 Zastosowania............................................................................................................ 19<br />
1.4 Standardy <strong>RFID</strong>........................................................................................................ 21<br />
1.5 Inne zagadnienia....................................................................................................... 24<br />
1.5.1 Odniesienie do modelu OSI ............................................................................. 24<br />
1.5.2 Bezpieczeństwo................................................................................................ 24<br />
1.5.3 Ochrona środowiska......................................................................................... 24<br />
1.5.4 Ochrona zdrowia .............................................................................................. 24<br />
1.6 Definicje................................................................................................................... 25<br />
Wykaz akronimów użytych w rozdz. 1................................................................................ 29<br />
Spis literatury do rozdz. 1 .................................................................................................... 29<br />
2 Systemy <strong>RFID</strong> w pasmach LF ......................................................................................... 31<br />
2.1 Wprowadzenie.......................................................................................................... 31<br />
2.2 Norma ISO/IEC 18000-2 ......................................................................................... 31<br />
2.2.1 Warstwa fizyczna systemu typu A (FDX) ....................................................... 32<br />
2.2.2 Warstwa fizyczna systemu typu B (HDX)....................................................... 34<br />
2.2.3 Porównanie systemów typu A (FDX) i typu B (HDX).................................... 36<br />
2.2.4 Klasyfikacja poleceń systemowych ................................................................. 38<br />
2.2.5 Protokół transmisji ........................................................................................... 40<br />
2.2.6 Sekwencja antykolizyjna.................................................................................. 43<br />
2.2.7 Organizacja pamięci użytkownika w transponderach...................................... 45<br />
2.3 Systemy <strong>RFID</strong> do identyfikacji zwierząt ................................................................. 45<br />
2.3.1 Koncepcja systemu........................................................................................... 45<br />
2.3.2 Wymagania dotyczące czytników.................................................................... 46<br />
2.3.3 Wymagania dotyczące transpondera FDX....................................................... 46<br />
2.3.4 Wymagania dotyczące transpondera HDX ...................................................... 47<br />
2.3.5 Inne właściwości systemu ................................................................................ 48
– str. 4 z 187 –<br />
2.3.6 Kod identyfikacji transpondera ........................................................................ 50<br />
2.4 Udoskonalone transpondery do identyfikacji zwierząt ............................................ 52<br />
2.4.1 Odczyt transponderów udoskonalonych .......................................................... 53<br />
2.4.2 Transponder typu FDX-B20............................................................................. 53<br />
2.4.3 Transponder typu FDX-B100........................................................................... 56<br />
2.4.4 Transponder HDX–ADV ................................................................................. 58<br />
2.5 Aspekty techniczne i regulacyjne identyfikacji zwierząt......................................... 59<br />
2.6 Badania urządzeń <strong>RFID</strong> pracujących w pasmach LF .............................................. 61<br />
2.6.1 Ogólne warunki wykonywania badań.............................................................. 61<br />
2.6.2 Badanie transponderów LF .............................................................................. 61<br />
2.6.2.1 Minimalne natężenie pola ............................................................................ 61<br />
2.6.2.2 Poziom odpowiedzi transpondera: ............................................................... 62<br />
2.6.2.3 Wytwarzanie pomiarowego pola magnetycznego........................................ 64<br />
2.6.2.4 Odbiór sygnału transpondera ....................................................................... 65<br />
2.6.2.5 Procedura badania transponderów FDX ...................................................... 67<br />
2.6.2.6 Procedura badania transponderów w trybie HDX........................................ 68<br />
2.6.2.7 Pomiary minimalnej wartości natężenia pola aktywacji.............................. 68<br />
2.6.2.8 Inne parametry transponderów..................................................................... 69<br />
2.6.3 Wyposażenie do badania czytników ................................................................ 69<br />
2.6.3.1 Emulator transponderów .............................................................................. 69<br />
2.6.3.2 Indeks modulacji amplitudy i kształt przebiegu........................................... 70<br />
2.6.3.3 Badanie mocy generowanej w trybie FDX .................................................. 70<br />
2.6.3.4 Badanie mocy generowanej w trybie HDX.................................................. 70<br />
2.6.3.5 Detekcja odpowiedzi transpondera FDX ..................................................... 70<br />
2.6.3.6 Detekcja odpowiedzi transpondera HDX..................................................... 70<br />
2.6.3.7 Opis emulatorów transponderów ................................................................. 71<br />
Wykaz akronimów do rozdz. 2 ............................................................................................ 75<br />
Spis literatury do rozdz. 2 .................................................................................................... 76<br />
3 Systemy <strong>RFID</strong> w paśmie 13,56 MHz............................................................................... 77<br />
3.1 Wprowadzenie.......................................................................................................... 77<br />
3.2 Norma ISO/IEC 18000-3 ......................................................................................... 77<br />
3.2.1 Charakterystyka systemu MODE 1.................................................................. 78<br />
3.2.2 Charakterystyka systemu MODE 2.................................................................. 81<br />
3.2.2.1 Charakterystyka interfejsu radiowego czytnika ........................................... 82<br />
3.2.2.2 Modulacja jittera fazy (PJM)........................................................................ 82<br />
3.2.2.3 Kodowanie danych czytnika ........................................................................ 83<br />
3.2.2.4 Komunikacja transponderów z czytnikiem.................................................. 84<br />
3.2.2.5 Unikanie kolizji............................................................................................ 85<br />
3.3 Karty bezstykowe..................................................................................................... 88<br />
3.3.1 Karty dystansowe – norma ISO/IEC 15693..................................................... 89<br />
3.3.1.1 Parametry interfejsu radiowego ................................................................... 89<br />
3.3.1.2 Komunikacja VCD z VICC.......................................................................... 89<br />
3.3.1.3 Komunikacja VICC z VCD.......................................................................... 91<br />
3.3.2 Badania zgodności z normą ISO/IEC 15693-2 ................................................ 95<br />
3.3.2.1 Cewka kalibracyjna...................................................................................... 96<br />
3.3.2.2 Testowe urządzenie sprzęgające .................................................................. 96<br />
3.3.2.3 Wzorcowe karty dystansowe...................................................................... 101<br />
3.3.2.4 Cyfrowy oscyloskop próbkujący................................................................ 102
– str. 5 z 187 –<br />
3.3.2.5 Badania funkcjonalne karty dystansowej................................................... 102<br />
3.3.2.6 Badania natężenia pola i zdolności do zasilania kart ................................. 103<br />
3.3.2.7 Indeks modulacji i kształt przebiegu.......................................................... 104<br />
3.3.2.8 Odbiór modulacji obciążenia ..................................................................... 104<br />
3.3.3 Karty zbliżeniowe – norma ISO/IEC 14443 .................................................. 105<br />
3.3.3.1 Parametry interfejsu radiowego ................................................................. 105<br />
3.3.3.2 Interfejsy komunikacyjne........................................................................... 106<br />
3.3.3.3 Interfejs typu A........................................................................................... 106<br />
3.3.3.4 Interfejs typu B........................................................................................... 107<br />
3.3.3.5 Minimalna strefa odczytu karty zbliżeniowej ............................................ 107<br />
3.3.3.6 Protokóły detekcji kolizji i komunikacyjne ............................................... 108<br />
3.3.4 Badania zgodności z normą ISO/IEC 14443-2 .............................................. 108<br />
3.3.4.1 Cewka kalibracyjna.................................................................................... 108<br />
3.3.4.2 Testowe urządzenie sprzęgające ................................................................ 108<br />
3.3.4.3 Wzorcowe karty zbliżeniowe ..................................................................... 110<br />
3.3.4.4 Cyfrowy oscyloskop próbkujący................................................................ 111<br />
3.3.4.5 Pomiary natężenie pola PCD...................................................................... 111<br />
3.3.4.6 Badania zdolności do zasilania kart ........................................................... 112<br />
3.3.4.7 Indeks modulacji i kształt przebiegu.......................................................... 112<br />
3.3.4.8 Odbiór modulacji obciążenia ..................................................................... 112<br />
3.3.4.9 Badania funkcjonalne karty zbliżeniowej .................................................. 113<br />
3.3.5 Komunikacja w polu bliskim (NFC).............................................................. 113<br />
3.4 Wymagania zasadnicze i inne regulacje Europejskie ............................................ 117<br />
Wykaz akronimów do rozdz. 3 .......................................................................................... 118<br />
Spis literatury do rozdz. 3 .................................................................................................. 119<br />
4 Systemy <strong>RFID</strong> w pasmach UHF .................................................................................... 121<br />
4.1 Wstęp...................................................................................................................... 121<br />
4.2 Zakres 860 MHz do 960 MHz – norma ISO/IEC 18000-6...................................... 123<br />
4.2.1 Typ A.............................................................................................................. 127<br />
4.2.1.1 Transmisja danych z czytnika do transpondera.......................................... 127<br />
4.2.2 Typ B.............................................................................................................. 130<br />
4.2.2.1 Transmisja danych z czytnika do transpondera.......................................... 130<br />
4.2.2.2 Transmisja danych z czytnika do transpondera.......................................... 132<br />
4.2.3 Detekcja błędu transmisji............................................................................... 133<br />
4.3 Badanie zgodności z normą ISO/IEC TR 18000-6 ................................................ 133<br />
4.3.1 Badania funkcjonalne czytnika ...................................................................... 133<br />
4.3.1.1 Wyposażenie do badania czytników .......................................................... 133<br />
4.3.1.2 Badanie modulacji...................................................................................... 133<br />
4.3.1.3 Badanie demodulatora................................................................................ 133<br />
4.3.2 Badanie funkcjonalne transponderów ............................................................ 134<br />
4.3.2.1 Stanowisko do badania transponderów...................................................... 134<br />
4.3.2.2 Badanie demodulacji.................................................................................. 135<br />
4.3.2.3 Badanie rozproszenia wstecznego.............................................................. 135<br />
4.3.2.4 Czas odpowiedzi transpondera................................................................... 137<br />
4.3.2.5 Szybkość transmisji transpondera .............................................................. 137<br />
4.3.2.6 Czas podtrzymywania stanu przez transponder ......................................... 137<br />
4.3.3 Wymagania dotyczące stanowiska pomiarowego.......................................... 137<br />
4.3.3.1 Oscyloskop................................................................................................. 138
– str. 6 z 187 –<br />
4.3.3.2 <strong>Analiza</strong>tor widma ....................................................................................... 138<br />
4.3.3.3 Emulator transpondera ............................................................................... 138<br />
4.3.3.4 Generator RF.............................................................................................. 139<br />
4.3.3.5 Antena odniesienia ..................................................................................... 140<br />
4.4 Zakres 865 ÷ 868 MHz – wymagania krajowe ...................................................... 140<br />
4.4.1 Podstawy regulacji ......................................................................................... 140<br />
4.4.2 Zestawienie wymagań.................................................................................... 143<br />
4.5 Wykorzystanie pasma 2,45 GHz – norma ISO/IEC 18000-4 ................................ 147<br />
4.5.1 Wprowadzenie................................................................................................ 147<br />
4.5.2 Charakterystyka zakresu normy ISO/IEC 18000-4........................................ 148<br />
4.5.3 System MODE 1 ............................................................................................ 148<br />
4.5.3.1 Łącze czytnik do transpondera................................................................... 149<br />
4.5.3.2 Łącze transponder do czytnika................................................................... 149<br />
4.5.3.3 Unikanie kolizji.......................................................................................... 149<br />
4.5.3.4 Komunikacja transpondera z czytnikiem FM0 .......................................... 151<br />
4.5.4 System MODE 2 ............................................................................................ 152<br />
4.5.4.1 Łącze czytnik do transpondera................................................................... 152<br />
4.5.4.2 Łącze transponder do czytnika................................................................... 153<br />
4.5.4.3 Charakterystyka protokółu ......................................................................... 153<br />
4.5.4.4 Opis interfejsu radiowego .......................................................................... 154<br />
4.6 Badanie zgodności z normą ISO/IEC 18000-4 ...................................................... 155<br />
4.6.1 Badania czytników ......................................................................................... 156<br />
4.6.2 Badania transpondera ..................................................................................... 156<br />
4.6.3 Aparatura pomiarowa..................................................................................... 156<br />
4.7 Pasmo 2,45 GHz – wymagania krajowe ................................................................ 157<br />
4.7.1 Podstawy regulacji ......................................................................................... 157<br />
4.7.2 Zestawienie wymagań.................................................................................... 157<br />
4.8 Wykorzystanie pasma 433 MHz – norma ISO/IEC 18000-7................................. 159<br />
4.8.1 Wprowadzenie................................................................................................ 159<br />
4.8.2 Charakterystyka zakresu normy ISO/IEC 18000-7........................................ 159<br />
4.8.2.1 Unikanie kolizji.......................................................................................... 160<br />
4.8.2.2 Parametry emisji czytnika .......................................................................... 161<br />
4.8.2.3 Parametry emisji transpondera................................................................... 161<br />
4.8.2.4 Protokół identyfikacji i transmisji – podstawowe parametry..................... 162<br />
4.8.2.5 Protokół antykolizyjny ............................................................................... 162<br />
4.9 Badanie zgodności z normą ISO/IEC 18000-7 ...................................................... 162<br />
4.10 Pasmo 433,92 MHz – wymagania krajowe............................................................ 162<br />
Wykaz akronimów użytych w rozdz. 4.............................................................................. 163<br />
Spis literatury do rozdz. 4 .................................................................................................. 164<br />
5 Ogólne metody badania właściwości użytkowych urządzeń <strong>RFID</strong>............................... 166<br />
5.1 Identyfikacja, odczyt i zapis................................................................................... 167<br />
5.1.1 Identyfikacja................................................................................................... 167<br />
5.1.2 Odczyt ............................................................................................................ 167<br />
5.1.3 Zapis............................................................................................................... 168<br />
5.1.4 Strefa działania systemu – zasięg systemu..................................................... 168<br />
5.1.5 Szybkość transakcji........................................................................................ 168<br />
5.1.6 Niezawodność ................................................................................................ 168
– str. 7 z 187 –<br />
5.2 Wymagania............................................................................................................. 168<br />
5.3 Metody badania...................................................................................................... 171<br />
5.3.1 Zasięg identyfikacji – pojedynczy transponder.............................................. 171<br />
5.3.2 Zasięg identyfikacji – wiele transponderów................................................... 171<br />
5.3.3 Szybkość identyfikacji .................................................................................... 171<br />
5.3.4 Zasięg odczytu i zasięg zapisu ....................................................................... 172<br />
6<br />
Wykaz akronimów użytych w rozdz. 5.............................................................................. 172<br />
Spis literatury do rozdz. 5 .................................................................................................. 172<br />
Projekt czytnika <strong>RFID</strong>.................................................................................................... 173<br />
6.1 Cel i założenia projektu.......................................................................................... 173<br />
6.1.1 Część nadawcza.............................................................................................. 173<br />
6.1.2 Część odbiorcza.............................................................................................. 173<br />
6.2 Opis projektu.......................................................................................................... 175<br />
6.2.1 Układ U2270B................................................................................................ 175<br />
6.2.1.1 Opis wyprowadzeń układu......................................................................... 175<br />
6.2.1.2 Generator.................................................................................................... 176<br />
6.2.1.3 Sterowanie prądem anteny ......................................................................... 176<br />
6.2.1.4 Filtr wejściowy........................................................................................... 176<br />
6.2.1.5 Wzmacniacz ............................................................................................... 176<br />
6.2.1.6 Przerzutnik Schmitta .................................................................................. 176<br />
6.2.1.7 Zalecany układ pracy ................................................................................. 177<br />
6.2.2 Układ RI-RFM-006........................................................................................ 177<br />
6.2.2.1 Opis wyprowadzeń układu......................................................................... 178<br />
6.2.2.2 Opis działania układu................................................................................. 178<br />
6.2.2.3 Zalecany układ pracy ................................................................................. 179<br />
6.2.3 Mikrokontroler ATmega88 ............................................................................ 179<br />
6.3 Opis zaprojektowanego układu .............................................................................. 180<br />
Wykaz akronimów użytych w rozdz. 6.............................................................................. 185<br />
Spis literatury do rozdz. 6 .................................................................................................. 185<br />
7. Wykorzystanie wyników pracy...................................................................................... 186
Wstęp<br />
– str. 8 z 187 –<br />
Niniejszy dokument przygotowano w ramach realizacji zadania finansowanego ze środków<br />
przeznaczonych na działalność statutową <strong>Instytut</strong>u <strong>Łączności</strong>.<br />
Zgodnie z założeniami sformułowanymi we wniosku o finansowanie pracy, przygotowane<br />
opracowanie obejmuje analizę stanu <strong>technik</strong>i, w tym metod badania <strong>oraz</strong> opis procedur<br />
badania urządzeń <strong>RFID</strong>.<br />
Rozdz. 1 zawiera ogólną charakterystykę <strong>technik</strong> <strong>RFID</strong>. Jego częścią jest zbiór definicji<br />
przyjętych w niniejszym opracowaniu.<br />
W rozdz. 2 opisano systemy <strong>RFID</strong> stosowane w zakresach częstotliwości do 135 kHz <strong>oraz</strong><br />
podstawy metod badania parametrów interfejsu radiowego urządzeń tych systemów.<br />
W rozdz. 3 opisano systemy <strong>RFID</strong> wykorzystujące pasmo 13,56 MHz, w tym także<br />
bezstykowe karty identyfikacyjne i systemy NFC, <strong>oraz</strong> podstawy metod badania parametrów<br />
interfejsu radiowego urządzeń tych systemów.<br />
W rozdz. 4 opisano systemy <strong>RFID</strong> stosowane w różnych zakresach częstotliwości UHF:<br />
860 ÷ 960 MHz, ok. 2,45 GHz i 433 MHz, <strong>oraz</strong> podstawy metod badania parametrów<br />
interfejsu radiowego urządzeń tych systemów.<br />
W rozdz. 5 przedstawiono ogólną metodę badania parametrów systemu <strong>RFID</strong> istotnych<br />
z punktu widzenia użytkownika systemu, takich jak zasięg identyfikacji / odczytu / zapisu,<br />
szybkość odczytu.<br />
W ww. rozdziałach niniejszego dokumentu nie opisywano szczegółowo protokółów i składni<br />
poleceń, ponieważ wymagałoby to po prostu przetłumaczenia kilkunastu norm.<br />
W rozdz. 6 opisano założenia projektu i realizację układu czytnika, przygotowywanego jako<br />
fragment wyposażenia laboratorium <strong>technik</strong> <strong>RFID</strong>.<br />
Podjecie tej tematyki w ramach działalności statutowej wynika z analiz <strong>tendencji</strong> <strong>rozwoju</strong><br />
<strong>technik</strong> radiowych.<br />
Rozwój i upowszechnienie <strong>technik</strong> <strong>RFID</strong> jest jednym z priorytetów polityki Komisji<br />
Europejskiej w zakresie <strong>technik</strong> ICT. Decyzje Komisji [1, 2] mają na celu wdrożenie <strong>RFID</strong><br />
w wielu dziedzinach gospodarki. Analogiczne działania wspierające prace nad <strong>RFID</strong> są<br />
podejmowane przez administracje USA, Japonii, Chin i innych krajów. Wraz z wdrożeniem<br />
<strong>RFID</strong> w gospodarce pojawia się potrzeba utworzenia krajowego ośrodka mającego<br />
kompetentny personel i podstawowe wyposażenie umożliwiające wykonywanie ekspertyz<br />
i ocen technicznych urządzeń i systemów <strong>RFID</strong> w zakresie zgodności parametrów<br />
i protokółów komunikacyjnych z normami, bezpieczeństwa informacji, autentyczności. Ze<br />
względu na wykorzystywanie transmisji radiowej bliskiego zasięgu dziedzina ta jest bliska<br />
kompetencjom laboratorium badawczego, które działa w strukturze Zakładu Systemów<br />
Radiowych <strong>Instytut</strong>u <strong>Łączności</strong>.<br />
Spis literatury<br />
[1] Commission Decision (2006/804/EC) of 23 November 2006 on harmonisation of the<br />
radio spectrum for radio frequency identification (<strong>RFID</strong>) devices operating in the ultra<br />
high frequency (UHF) band. OJ L 329 25.11.2006.<br />
[2] Commission Decision (2006/771/EC) of 9 November 2006 on harmonisation of the<br />
radio spectrum for use by short-range devices. OJ L 312 11.11.2006.
1. Zagadnienia ogólne<br />
– str. 9 z 187 –<br />
1.1 Elementy systemu <strong>RFID</strong><br />
Określenie identyfikacja radiowa, "<strong>RFID</strong>", ang. Radio Frequency Identification, jest używane<br />
w odniesieniu do różnych <strong>technik</strong> komunikacji radiowej między urządzeniem służącym tylko<br />
do odczytu danych lub do odczytu i zapisu danych, nazywanym czytnikiem a urządzeniem<br />
przechowującym unikalne dane, nazywanym transponderem.<br />
System <strong>RFID</strong>, rys. 1-1, składa się z systemu komputerowego (z bazą danych) i dwóch<br />
rodzajów urządzeń identyfikacji radiowej: czytników i transponderów. System komputerowy<br />
obsługuje aplikacja, która steruje urządzeniami <strong>RFID</strong>.<br />
Transponder jest przeznaczony do umocowania do obiektu, który ma być identyfikowany.<br />
Może przechowywać i po uaktywnieniu wysyłać tylko swój indywidualny niepowtarzalny<br />
numer identyfikacyjny (ID), albo także inne dane odnoszące się do samego transpondera (np.<br />
kod wytwórcy) lub dane odnoszące się do obiektu, z którym transponder jest skojarzony.<br />
W niektórych systemach te dodatkowe dane mogą być wielokrotnie modyfikowane.<br />
Czytnik jest urządzeniem, które komunikuje się z transponderami znajdującymi się w zasięgu<br />
jego komunikacji radiowej. Czytnik nadzoruje protokół transmisji, odczytuje informacje<br />
z transponderów, może polecać transponderom przechowywanie informacji.<br />
Czytnik Antena<br />
Komputer<br />
systemu<br />
Interfejs radiowy<br />
Transponder<br />
Rys. 1-1: Główne elementy systemu <strong>RFID</strong><br />
Uwaga. Jako interfejs radiowy pomiędzy antenami czytnika i transpondera stosuje się albo sprzężenie<br />
indukcyjne (przez pole magnetyczne), albo fale elektromagnetyczne. Transmisja od czytnika<br />
w kierunku transpondera jest traktowana jako łącze "w dół" (forward link, down link),<br />
natomiast transmisja od transpondera do czytnika jako łącze "w górę" (return link, up link).<br />
Działanie systemów <strong>RFID</strong> polega na komunikacji w zakresie częstotliwości radiowych<br />
pomiędzy transponderem <strong>RFID</strong> /* i czytnikiem <strong>RFID</strong> /* .<br />
/*<br />
Szerszą interpretację określeń "transponder" i "czytnik" przedstawiono w p. 1.6.<br />
1.1.1 Transponder<br />
Transponder <strong>RFID</strong> jest radiowym urządzeniem nadawczym lub nadawczo-odbiorczym,<br />
wysyłającym sygnał zawierający kodowane dane identyfikacyjne tylko w odpowiedzi na<br />
pobudzenie sygnałem radiowym o określonej częstotliwości. Każdy transponder jest<br />
zbudowany z układu scalonego i anteny umieszczonych na odpowiednim podłożu lub<br />
w odpowiedniej obudowie. Układ scalony transpondera zawiera procesor, pamięć i nadajnik<br />
radiowy. W obudowie transpondera mogą znajdować się również dodatkowe elementy, takie<br />
jak np. czujnik temperatury i bateria stanowiąca źródło zasilania.
– str. 10 z 187 –<br />
Ze względu na różne obszary zastosowań transpondery są produkowane w różnych<br />
obudowach (osłonach), np. zaprasowane wewnątrz plastikowych kart identyfikacyjnych osób,<br />
w postaci kolczyków dla zwierząt gospodarskich, w formie elastycznej, samoprzylepnej<br />
etykiety z kodem kreskowym, jako bryła wykonana z materiału o dużej wytrzymałości<br />
mechanicznej i innych. Zależnie od potrzeb transpondery mogą być mocowane do przedmiotu<br />
(obiektu), który ma być identyfikowany, albo na jego opakowaniu, albo do palety, na której<br />
znajduje się wiele opakowań.<br />
Zależnie od zastosowania pamięć transpondera może być pamięcią tylko do odczytu lub<br />
pamięcią do zapisu i odczytu. Pamięci tylko do odczytu programowane podczas produkcji<br />
zawierają numer seryjny lub inne niezmienne dane. Dane w transponderach z pamięcią do<br />
zapisu / odczytu mogą być wiele razy modyfikowane. Często pamięć dzielona jest na część,<br />
która jest tylko do odczytu i część, w której użytkownik może zmieniać dane. We wszystkich<br />
przypadkach dane z transpondera <strong>RFID</strong> mogą być wielokrotnie odczytywane w sposób<br />
nieniszczący zapisanej informacji.<br />
Transponder może przechowywać różne dane i wskutek pobudzenia przesyłać je, np.<br />
w najprostszym przypadku tylko wpisany na stałe numer seryjny.<br />
Transpondery mogą być również klasyfikowane jako:<br />
– bierne (passive), tj. takie, które uzyskują energię tylko z pola elektromagnetycznego<br />
wytwarzanego przez czytnik;<br />
– aktywne (active), tj. takie, których nadajnik RF jest zasilany z baterii;<br />
– półaktywne (semi-active), tj. takie, w których wbudowana bateria służy do ciągłego<br />
zasilania czujnika (np. temperatury) zintegrowanego z transponderem, ale nie jest<br />
wykorzystywana do zasilania nadajnika RF.<br />
Sposób<br />
komunikacji<br />
Bierny (przesyłanie<br />
danych przez<br />
modulację pola RF)<br />
Aktywny (własny<br />
nadajnik)<br />
Tab. 1-1: Klasyfikacja transponderów<br />
Źródło energii zasilania transpondera<br />
Bateria (aktywny) Pole RF czytnika (bierny)<br />
Transpondery nazywane<br />
również półaktywnymi /*<br />
Transpondery o dużym<br />
zasięgu<br />
Prawie wszystkie<br />
transpondery powszechnie<br />
stosowane<br />
Nie istnieją<br />
/* W tzw. transponderach półaktywnych (semiaktiv), łączących funkcje <strong>RFID</strong> z czujnikiem, bateria służy<br />
do zasilania układu pomiarowego i pamięci. Nie jest wykorzystywana do zasilania nadajnika RF.<br />
1.1.2. Czytnik<br />
Czytnik <strong>RFID</strong> jest radiowym urządzeniem nadawczo-odbiorczym. Jego nadajnik za<br />
pośrednictwem anteny emituje energię wykorzystywaną do uaktywniania transponderów,<br />
a w niektórych systemach również sygnały poleceń sterujących transponderami i/lub<br />
modyfikujących dane zapisane w pamięci transponderów. Jego odbiornik demoduluje<br />
i dekoduje dane nadawane przez transponder.<br />
Czytnik odbierający sygnał transpondera dekoduje dane i może je przesyłać do komputera<br />
systemowego za pośrednictwem łącza kablowego (tylko czytniki stacjonarne) lub radiowego.<br />
Czytniki mogą być jednostkami samodzielnymi i działać bez obsługi np. nadzorując bramę<br />
magazynu lub taśmę transportową. Mogą być urządzeniami ruchomymi, zainstalowanymi np.
– str. 11 z 187 –<br />
na wózku widłowym używanym do przewozu palet i opakowań, albo być aparatami<br />
noszonymi przez użytkownika zintegrowanymi z komputerem. Czytnik nadaje sygnał RF,<br />
który jest odbierany przez wszystkie transpondery znajdujące się w pobliżu, których obwody<br />
antenowe są dostrajane do częstotliwości tego sygnału.<br />
Czytniki stacjonarne są stosowane w przypadku konieczności tworzenia stref odczytu, np.<br />
w bramie magazynu w celu inwentaryzacji przyjmowanych i wydawanych produktów. Są<br />
stale w trybie czuwania, aby wykryć każdy transponder, który znajdzie się w ich strefie<br />
odczytu. Strefa odczytu w przypadku systemu z transponderami biernymi może sięgać od 3 m<br />
do 6 m. Czytnik stacjonarny wymaga dołączenia przewodów zasilania i połączenia z siecią<br />
komputerową. Jego anteny powinny być chronione przed wpływami środowiska (kurz,<br />
zawilgocenie, wibracje) i uszkodzeniami mechanicznymi.<br />
Czytniki ruchome są montowane np. na wózkach widłowych służących do przewozu<br />
produktów, zwłaszcza palet. Czytniki tego rodzaju są zasilane z baterii pojazdu. Ich anteny są<br />
szczególnie narażone na uszkodzenia mechaniczne i środowiskowe.<br />
Czytniki noszone są zasilane z wbudowanej baterii i zwykle są zintegrowane z anteną. Często<br />
noszony czytnik <strong>RFID</strong> jest skojarzony z czytnikiem kodów kreskowych. Połączenie<br />
z komputerem systemu identyfikacji jest realizowane drogą radiową np. w radiowej sieci<br />
lokalnej (WLAN). W tym przypadku czytnik jest zabierany do miejsca, gdzie znajdują się<br />
oznakowane obiekty, jest uaktywniany tylko na czas pojedynczego odczytu. Zatem<br />
użytkownik czytnika noszonego w pełni kontroluje gdzie, kiedy i jak czytnik będzie<br />
wykorzystany. Tego rodzaju czytniki są narażone na uszkodzenia wskutek upadku.<br />
Należy podkreślić, że każda z tych grup ma specyficzne cechy. Czytniki stacjonarne mogą<br />
tworzyć rozległe strefy do automatycznie identyfikacji wszystkich znajdujących się w nich<br />
transponderów. Natomiast czytnik np. montowany na wózku powinien identyfikować<br />
automatycznie tylko określoną paletę. Identyfikacja za pomocą noszonego czytnika jest<br />
inicjowana i kontrolowana przez użytkownika.<br />
Istotną częścią każdego czytnika jest jego antena, której charakterystyki należy<br />
optymalizować do specyficznych zastosowań. Antenę o szerokiej charakterystyce<br />
kierunkowej należy zastosować, aby identyfikować ładunek składający się z wielu osobno<br />
oznakowanych pudełek, a inną, o wąskiej charakterystyce, do wyszukania jednego<br />
oznakowanego opakowania spośród składowanych na półce magazynu. Ze względu na<br />
konieczność uzyskania małej impedancji połączenia nadajnika z anteną analogowa część<br />
czytnika powinna znajdować się jak najbliżej anteny.<br />
Systemy <strong>RFID</strong> różnią się pod wieloma względami:<br />
− częstotliwością pracy i zasięgiem odczytu;<br />
− rodzajem pamięci i pojemnością pamięci transponderów;<br />
− przeznaczeniem danych;<br />
− bezpieczeństwem.<br />
Częstotliwość pracy jest podstawowym parametrem wpływającym na właściwości systemu,<br />
takie jak zasięg, szybkość transmisji, odporność na zakłócenia. Większość systemów<br />
używanych komercyjnie wykorzystuje albo częstotliwości w zakresie 860 ÷ 960 MHz<br />
(zależnie od regionu), albo częstotliwość 13,56 MHz – pasmo HF. Oprócz wymienionych<br />
wykorzystywane są również częstotliwości w zakresie do 135 kHz – w paśmie LF <strong>oraz</strong><br />
433 MHz i 2,45 GHz – w paśmie UHF.
1.2 Właściwości systemów <strong>RFID</strong><br />
1.2.1 Zasada działania<br />
1.2.1.1 Sprzężenie indukcyjne<br />
– str. 12 z 187 –<br />
W pasmach LF i HF wykorzystuje się zasadę sprzężenia indukcyjnego, rys. 1-2. Energia jest<br />
przekazywana pomiędzy czytnikiem a transponderem za pośrednictwem pola magnetycznego.<br />
Wielkość przekazywanej energii jest proporcjonalna do powierzchni anteny nadawczej<br />
i powierzchni anteny odbiorczej, zależy od wzajemnego ustawienia tych anten i możliwości<br />
pobudzenia obwodu antenowego transpondera przebiegiem o częstotliwości rezonansowej,<br />
ponieważ w stanie rezonansu w obwodzie antenowym płynie maksymalny prąd.<br />
Czytnik<br />
Antena<br />
Pole magnetyczne<br />
Transponder<br />
Układ scalony<br />
(chip)<br />
Rys. 1-2: Ilustracja zasady działania systemu ze sprzężeniem indukcyjnym<br />
Zatem im większa dobroć obwodu antenowego, tym większy prąd, który płynie w rezonansie<br />
i większa energia wzbudzanego pola magnetycznego. Jednakże wraz ze wzrostem dobroci<br />
obwodu zmniejsza się szerokość pasma obwodu, co ogranicza maksymalną szybkość<br />
komunikacji danych w systemie. Jednocześnie obwód antenowy o dużej dobroci jest bardziej<br />
podatny na rozstrojenie spowodowane bliskością metali <strong>oraz</strong> zmianami indukcyjności<br />
i pojemności obwodu wskutek zmian temperatury otoczenia.<br />
W pasmach LF i HF stosuje się transpondery bierne. W prostych systemach identyfikacji<br />
każdy transponder, który znajdzie się w polu aktywującym wytworzonym przez czytnik, o<br />
odpowiedniej częstotliwości i dostatecznym natężeniu, wysyła swój kodowany numer<br />
identyfikacyjny tak długo, jak znajduje się w polu. System działa poprawnie tylko wtedy, gdy<br />
w strefie identyfikacji znajduje się jeden transponder. W zaawansowanych systemach,<br />
w których czytnik może wydawać polecenia zidentyfikowanym transponderem, są stosowane<br />
protokóły komunikacji z arbitrażem kolizji, umożliwiające po wykonaniu sekwencji procedur<br />
identyfikację, a następnie odczyt wielu transponderów znajdujących się jednocześnie w strefie<br />
kontrolowanej przez czytnik.<br />
Wśród czynników ograniczających uzyskiwany zasięg najistotniejsze są administracyjne<br />
ograniczenia określające maksymalne natężenie pola magnetycznego wytwarzanego przez<br />
antenę czytnika.<br />
W systemach indukcyjnych przesyłanie informacji z transpondera do czytnika zwykle polega<br />
na binarnej modulacji amplitudy (ASK) pola aktywującego wskutek zmian obciążenia<br />
obwodu antenowego transpondera wymuszanych przez układ elektroniczny transpondera.<br />
W tym przypadku w czasie przeznaczonym na odbiór sygnałów transponderów czytnik<br />
wytwarza pole o stałej amplitudzie.
– str. 13 z 187 –<br />
Istnieją również systemy, w których transponder wysyła sygnał z przełączaniem<br />
częstotliwości (FSK) lub moduluje fazę.<br />
Dla potrzeb komunikacji między czytnikiem a transponderami, w celu przesyłania poleceń<br />
lub danych do zapisu w pamięci transponderów, zwykle stosowana jest modulacja amplitudy,<br />
rzadziej fazy fali nośnej.<br />
Zasięg odczytu zależy od usytuowania (kierunku) anteny transpondera względem anteny<br />
czytnika. W przypadku sprzężenia indukcyjnego maksymalny zasięg uzyskuje się, gdy linie<br />
pola magnetycznego wytwarzanego przez antenę czytnika są prostopadłe do płaszczyzny<br />
zwojów cewki antenowej transpondera, czyli gdy antena transpondera jest w płaszczyźnie<br />
równoległej do anteny czytnika. Jeżeli linie pola są równoległe do cewki transpondera, to nie<br />
ma sprzężenia między cewkami i transponder nie może być odczytywany. Z tych względów<br />
w rzeczywistych rozwiązaniach stosuje się systemy antenowe, por. szkice na rys. 1-3.<br />
D<br />
Pojedyncza antena<br />
Transponder<br />
równolegle<br />
do anteny<br />
D<br />
Dwie anteny<br />
(bramka)<br />
Cztery anteny<br />
(tunel)<br />
Rys. 1-3: Anteny czytników pasmach LF i HF<br />
W przypadku dwóch lub więcej anten prądy wzbudzające pole magnetyczne muszą mieć<br />
odpowiednio dobrane fazy.<br />
1.2.1.2 Sprzężenie propagacyjne<br />
W pasmach UHF komunikacja pomiędzy biernym transponderem i czytnikiem polega na<br />
modulacji współczynnika odbicia fali radiowej (tzw. rozproszeniu wstecznym, ang.<br />
backscatter), rys. 1-4. W tym przypadku część energii fali wytwarzanej przez antenę czytnika<br />
jest odbita w kierunku przeciwnym niż kierunek fali wytwarzanej przez czytnik. Transponder<br />
może przesyłać informację zmieniając obciążenie obwodu odbierającego falę, a wskutek tego<br />
współczynnik odbicia fali. Czytnik odbierając zmiany natężenia pola może demodulować<br />
sygnał i odtwarzać dane.<br />
Nadajnik<br />
Odbiornik<br />
Czytnik<br />
Antena<br />
dipolowa<br />
Fala promieniowana<br />
przez czytrnik<br />
Fala promieniowana<br />
przez transponder<br />
Transponder<br />
Rys. 1-4: Ilustracja zasady działania systemu z rozproszeniem<br />
Układ scalony<br />
(chip)
– str. 14 z 187 –<br />
1.2.2 Cechy użytkowe<br />
W tym punkcie zebrano informacje na temat cech użytkowych systemów <strong>RFID</strong> pracujących<br />
w różnych zakresach częstotliwości. Celem tej prezentacji jest wykazanie, że nie istnieje<br />
idealny system <strong>RFID</strong> przydatny do wszystkich zastosowań i nie można wskazać<br />
"najlepszego" pasma częstotliwości <strong>RFID</strong>. Ze względu na różne właściwości fizyczne<br />
częstotliwości pracy systemu są dobierane do zastosowań.<br />
1.2.2.1 Transpondery LF<br />
Jedną z zasadniczych cech transponderów LF (w zakresie częstotliwości do 135 kHz)<br />
w porównaniu z transponderami działającymi w innych pasmach częstotliwości jest<br />
względnie mały wpływ metali w otoczeniu transpondera na jego charakterystyki. Z tego<br />
powodu te transpondery mogą być mocowane jako identyfikatory do obiektów metalowych,<br />
takich jak narzędzia, części maszyn, pojazdów lub metalowe kontenery.<br />
Pole LF przenika przez różne materiały, w tym przez wodę i tkanki ciała, z tych względów<br />
systemy <strong>RFID</strong> w paśmie LF są wykorzystywane również do znakowania i identyfikacji<br />
zwierząt.<br />
Przydatność transponderów LF w środowisku przemysłowym może być ograniczona ze<br />
względu na poziom zakłóceń wytwarzanych przez maszyny i urządzenia elektryczne.<br />
Transpondery LF charakteryzują się stosunkowo małą szybkością odczytu danych.<br />
W większości oferowanych obecnie systemów w danym momencie możliwy jest odczyt tylko<br />
jednego transpondera (nie jest możliwy jednoczesny odczyt wielu transponderów).<br />
Najczęściej wykorzystywane w systemach LF częstotliwości fali nośnej 125 kHz i 134,2 kHz<br />
są udostępniane do zastosowań <strong>RFID</strong> na całym świecie, również w Polsce, por. Aneks nr 9:<br />
Urządzenia do zastosowań indukcyjnych, do rozporządzenia Ministra Transportu z dn. 3 lipca<br />
2007 r. [1]. Podstawowym warunkiem, który musi spełniać system <strong>RFID</strong> działający<br />
w zakresie częstotliwości 119 ÷ 135 kHz jest ograniczenie natężenia pola magnetycznego<br />
w odległości 10 m od anteny do 66 dBµA/m.<br />
Postać transpondera LF zależy od zastosowania. W systemach kontroli dostępu jest to<br />
transponder wykonany jako bezstykowa karta identyfikacyjna tylko do odczytu. Duży udział<br />
w rynku transponderów LF ma przemysł samochodowy, gdzie transpondery są używane<br />
w systemach zabezpieczeń przed nieuprawnionym użyciem pojazdu (immobilizery). W tego<br />
rodzaju systemach transponder jest np. zaprasowany w główce kluczyka, a cewka anteny<br />
czytnika <strong>RFID</strong> jest umieszczana współosiowo w stacyjce pojazdu, por. rys. 1-5 a) i b).<br />
Rys. 1-5 a): Widok stacyjki (czytnik <strong>RFID</strong>) z kluczykiem (transponder <strong>RFID</strong>)
– str. 15 z 187 –<br />
Rys. 1-5 b): Widoki obwodu antenowego (cewki) immobilizera samochodowego<br />
Transpondery LF są również stosowane do identyfikacji zwierząt, zarówno domowych, takich<br />
jak psy i koty, jak też hodowlanych np. owiec i bydła. W wielu krajach stosowanie <strong>RFID</strong> do<br />
znakowania zwierząt jest obowiązkowe, por. rys. 1-6, 1-7, 1-8.<br />
Rys. 1-6: Przykład konstrukcji transpondera wstrzykiwanego
– str. 16 z 187 –<br />
Rys. 1-7: Przykłady konstrukcji transpondera w kolczyku<br />
Rys. 1-8: Przykład konstrukcji transpondera w formie piguły<br />
1.2.2.2 Transpondery HF<br />
Pasywne transpondery HF pracują w paśmie 13,56 MHz. Zakres 13,553 - 13,567 MHz<br />
udostępniony jest na świecie, również w Polsce, jako pasmo do zastosowań ISM. Powszechna<br />
dostępność częstotliwości jest jednym z powodów popularności systemów <strong>RFID</strong> wykorzystujących<br />
pasmo 13,56 MHz. Jednakże w różnych regionach świata dopuszczalne wartości mocy<br />
promieniowanej lub natężenia pola mogą się różnić.<br />
Pole o częstotliwości 13,56 MHz przenika przez różne materiały, w tym przez wodę i tkanki<br />
ciała. Ale transpondery pracujące w tym paśmie są bardziej wrażliwe na oddziaływanie metali<br />
w otoczeniu niż transpondery LF.<br />
Systemy HF są mniej podatne na zakłócenia wytwarzane przez urządzenia elektryczne niż<br />
systemy LF.<br />
Podstawowymi zaletami systemów HF w porównaniu z systemami LF jest mniejszy koszt<br />
transponderów <strong>oraz</strong> większa szybkość komunikacji i zdolność odczytu wielu transponderów<br />
jednocześnie, co umożliwia ich stosowanie do automatycznej ewidencji obiektów.<br />
Niższy koszt ma związek z wykonaniem anteny transpondera. W tym zakresie częstotliwości<br />
wystarcza kilka zwojów anteny, więc możliwe jest jej wykonanie przy użyciu przewodzącego<br />
lakieru jako nadruku na dielektrycznym podłożu. Koszt transponderów HF wykonanych tą<br />
<strong>technik</strong>ą, nazywanych "inlays", może wynosić 0,5 USD. Grubość transpondera łącznie<br />
z układem scalonym jest mniejsza niż 0,1 mm. Z tych względów tego rodzaju transpondery<br />
mogą być zaprasowane w dokumentach, np. są stosowane w elektronicznych paszportach, są<br />
używane do naklejania na dokumentach papierowych lub jako etykiety na produktach.<br />
Rozmiary transponderów HF są różne. Ogólnie im większa powierzchnia anteny, tym<br />
większą energię pola wytworzonego przez czytnik przejmuje transponder i tym większy<br />
zasięg odczytu.
– str. 17 z 187 –<br />
Należy podkreślić, że możliwość wielokrotnego zapisu danych umożliwia takie zastosowania,<br />
jak elektroniczny bilet komunikacji publicznej, karta biblioteczna i inne.<br />
W praktyce ze względu na ograniczenia administracyjne dotyczące natężenia pola<br />
wytwarzanego przez czytniki zasięg systemów HF jest ograniczony do nie więcej niż 1 m.<br />
W Polsce podstawowym warunkiem, który musi spełniać system <strong>RFID</strong> działający w paśmie<br />
częstotliwości 13,56 MHz jest ograniczenie natężenia pola magnetycznego w odległości 10 m<br />
od anteny do 66 dBµA/m, por. Aneks nr 9: Urządzenia do zastosowań indukcyjnych, do<br />
rozporządzenia Ministra Transportu z dn. 3 lipca 2007 r. [1].<br />
Należy zauważyć, że orientacja transpondera względem anteny czytnika ma istotny wpływ na<br />
zasięg komunikacji. W przypadku transpondera, którego antena jest wykonana w postaci<br />
płaskiej cewki, optymalne ze względu na wielkość sprzężenia indukcyjnego jest umieszczenie<br />
anteny transpondera równolegle do płaszczyzny anteny czytnika. Jeżeli antena takiego<br />
transpondera jest prostopadła, zasięg jest redukowany praktycznie do zera. Ze względu na<br />
szybkość transmisji możliwe jest odczytywanie do 50 transponderów w jednym cyklu<br />
odczytu (odczyt bezkolizyjny), tj. w okresie 20 ms.<br />
Dodatkowa pamięć transpondera, w której mogą być zapisane np. dane biometryczne,<br />
umożliwia zwiększenie bezpieczeństwa w systemach kontroli dostępu. Bezstykowe<br />
inteligentne karty <strong>RFID</strong>, zgodne z normą ISO 14443, stają się kartami płatniczymi<br />
i kredytowymi następnej generacji. Są wykorzystywane jako różnego rodzaju karty wstępu<br />
i bilety elektroniczne. Jednym z podstawowych powodów wprowadzenia kart bezstykowych<br />
jest ochrona informacji. Systemy HF do identyfikacji produktów, opakowań i palet są<br />
stosowane, gdy nie wymaga się zasięgu większego niż 1 m. W niektórych zastosowaniach,<br />
np. karta płatnicza, duży zasięg jest niepożądany (ze względów bezpieczeństwa).<br />
Stosunkowo nową klasą zastosowań <strong>RFID</strong> w paśmie HF są <strong>technik</strong>i komunikacji w polu<br />
bliskim (Near Field Communication, NFC) promowane jako wygodny i bezpieczny sposób<br />
przeprowadzania różnych transakcji i wnoszenia opłat za pomocą osobistego terminala.<br />
Przykłady konstrukcji biernego transpondera pracującego w paśmie 13,56 MHz, wykonanego<br />
w formie etykiety przeznaczonej do naklejania na tekturze, papierze lub plastiku,<br />
przedstawiono na rys. 1-9.<br />
Rys. 1-9: Przykład konstrukcji transpondera<br />
1.2.2.3 Transpondery UHF<br />
Zakres UHF obejmuje radiowe częstotliwości od 300 MHz do 3 GHz. Dla potrzeb <strong>RFID</strong> są<br />
wykorzystywane trzy podzakresy: pasmo 433 MHz, różne częstotliwości w podzakresie
– str. 18 z 187 –<br />
860 - 960 MHz i pasmo ISM 2,45 GHz. Spośród trzech wymienionych największe znaczenie<br />
ma podzakres 860 – 960 MHz. Jednakże istotnym mankamentem systemów w podzakresie<br />
860 – 960 MHz jest brak wspólnego, światowego zakresu częstotliwości (w odróżnieniu od<br />
pasma LF i HF, co do których wymagania obowiązujące w Europie i Ameryce Płn. nie różnią<br />
się zasadniczo). W Ameryce systemy UHF pracują w zakresie 902 – 928 MHz, w Europie<br />
w zakresie 860 – 868 MHz, a w Japonii 950 – 956 MHz.<br />
Komunikacja pomiędzy biernymi transponderami UHF i czytnikiem jest realizowana<br />
z wykorzystaniem <strong>technik</strong>i rozproszenia wstecznego. Elektrolity i metale znajdujące się<br />
w polu czytnika UHF zaburzają działanie systemu.<br />
Transponder odbiera sygnał radiowy z czytnika, moduluje go i promieniuje z powrotem<br />
w kierunku czytnika. Systemy <strong>RFID</strong> pracujące w pasmach UHF w porównaniu z systemami<br />
HF mają większy zasięg i szybkość działania. Protokóły unikania kolizji stosowane w paśmie<br />
UHF różnią się od stosowanych w paśmie HF. Wskutek tego liczba transponderów, które<br />
mogą być odczytane "jednocześnie" (w jednym cyklu odczytu) w praktyce może wynosić do<br />
200, w porównaniu z maks. 50 w paśmie HF.<br />
Właściwości systemów <strong>RFID</strong> i transponderów UHF:<br />
− zasięg odczytu – typowy 3 ÷ 6 m;<br />
− transpondery mogą być umieszczone w różnych niemetalowych obudowach, np.<br />
w postaci etykiet, kart itp.;<br />
− duża szybkość przesyłania danych i szybki protokół antykolizyjny pozwalają na odczyt<br />
do 200 transponderów;<br />
− w najprostszym wykonaniu (etykiety) mają tylko 96 bitów pamięci dla numeru seryjnego.<br />
Przykłady konstrukcji biernych transponderów UHF, wykonanych w formie etykiet,<br />
przeznaczonych do naklejania na tekturze, papierze lub plastiku przedstawiono na rys. 1-10.<br />
(wymiary 4 ×1 cal)
– str. 19 z 187 –<br />
(wymiary 4 ×1 cal)<br />
Rys. 1-10: Przykład konstrukcji transponderów UHF<br />
1.3 Zastosowania<br />
Identyfikacja z wykorzystaniem częstotliwości radiowych, <strong>RFID</strong>, jest jedną z najszybciej<br />
rozwijających się i przynoszących największe korzyści <strong>technik</strong> automatycznego gromadzenia<br />
danych (Automatic Data Collection, ADC). Do popularyzacji <strong>technik</strong> <strong>RFID</strong> przyczyniło się<br />
opracowanie standardów, usprawnienia właściwości oferowanych systemów i obniżenie<br />
kosztów wdrożenia.<br />
Identyfikacja z wykorzystaniem częstotliwości radiowych ma kilka istotnych zalet<br />
w porównaniu z innymi rodzajami gromadzenia danych:<br />
− czytnik nie musi bezpośrednio "widzieć" transpondera, co umożliwia stosowanie <strong>RFID</strong><br />
tam, gdzie np. identyfikacja za pomocą kodów paskowych jest nieprzydatna;<br />
− szybkość działania – do kilkuset odczytów w czasie sekundy;<br />
− może być stosowana w środowisku nieprzyjaznym dla ludzi.<br />
Poniżej wymieniono wybrane przykłady zastosowań <strong>RFID</strong>:<br />
− Oznakowanie wartościowych obiektów, takich jak obrazy w muzeach, książki<br />
w bibliotekach. Inwentaryzacja obiektów nie wymaga zdejmowania ich z półek. 100%<br />
poprawnych odczytów. Szybkie i automatyczne sprawdzenie zawartości zbiorów.<br />
− Łańcuch dostaw, logistyka, od momentu wytworzenia do dostarczenia produktu do<br />
punktu sprzedaży.<br />
Zalety – możliwość automatyzacji, dokładność.<br />
Zwiększenie przepustowości – skanowanie wielu transponderów w krótkim czasie<br />
(praktycznie "jednocześnie") – do 400 w zaawansowanych systemach UHF, co oznacza,<br />
że np. cała paleta może być skanowana w punkcie kontrolnym np. w bramie magazynu,<br />
bez udziału człowieka.
– str. 20 z 187 –<br />
Objęcie systemem <strong>RFID</strong> łańcucha dostaw umożliwia producentom, dystrybutorom<br />
i sprzedawcom zmniejszenie zapasów, ponieważ system dostaw staje się bardziej<br />
elastyczny, ma mniejszą inercję.<br />
− Śledzenie i inwentaryzacja składników majątku, takich jak narzędzia i maszyny. System<br />
pozwala lokalizować oznakowane obiekty i zgłasza alarm w przypadku próby<br />
wynoszenia / wywiezienia ich poza dozorowaną strefę.<br />
− Śledzenie dokumentów, zwłaszcza tych, których utrata lub zagubienie powoduje<br />
negatywne skutki, np. dokumenty rządowe, karty zdrowia w szpitalach i przychodniach,<br />
akta spraw sądowych.<br />
Oznakowanie za pomocą samoprzylepnej etykiety <strong>RFID</strong> ułatwia szybkie odszukanie<br />
zgubionego dokumentu w stertach innych, pozwala uniknąć strat wynikających<br />
z zagubienia dokumentu. Można skojarzyć system oznakowania z czytnikiem<br />
sygnalizującym wynoszenie akt poza określone pomieszczenie. Współczesne systemy<br />
tego rodzaju pozwalają przeszukać ok. 2 m półkę z aktami w ciągu sekundy.<br />
− Kontrola dostępu do pomieszczeń i budynków jest jednym z najstarszych zastosowań<br />
<strong>RFID</strong>.<br />
W systemach o zaostrzonych wymaganiach <strong>technik</strong>i <strong>RFID</strong> są łączone z metodami<br />
identyfikacji biometrycznej. W tych zastosowaniach <strong>RFID</strong> wyparł z rynku karty<br />
z paskiem magnetycznym (szybszy i łatwiejszy odczyt, nie ma potrzeby wkładania karty<br />
do czytnika).<br />
Dla potrzeb kontroli dostępu używane są głównie transpondery pasywne (np. zgodne<br />
z normami ISO 14443 [2 ÷ 5] i ISO 15693 [6 ÷ 8]), rzadziej aktywne. W przypadku<br />
transponderów pasywnych konieczne jest zbliżenie transpondera do czytnika.<br />
Transpondery aktywne mogą być mocowane do pojazdu i umożliwiają automatyczną<br />
bezobsługową kontrolę.<br />
− Kontrola procesu produkcji (Work-in-Progress, WIP). Producent może wykorzystać<br />
transpondery <strong>RFID</strong> przymocowane do produkowanego obiektu do dokumentowania<br />
przebiegu procesu produkcji, np. montażu pojazdu na taśmie produkcyjnej. Każda<br />
operacja jest dopisywana do "historii" przechowywanej w pamięci transpondera, w ten<br />
sposób łatwo można stwierdzić, kto, gdzie i kiedy ją wykonał.<br />
Istnieją wykonania transponderów, które tolerują ekstremalnie trudne warunki<br />
środowiska: wysoką temperaturę, atmosfery korozyjne, wibracje. Niektóre działające<br />
w paśmie LF tolerują montaż na powierzchni metalowej.<br />
− Wywóz odpadów. Władze municypalne mogą oznakować pojemniki na śmieci<br />
transponderami. Samochód do wywozu śmieci wyposażony w czytnik gromadzi<br />
informacje o częstości opróżniania pojemników, w ten sposób łatwo można kontrolować<br />
wypełnianie obowiązków przez firmę zobowiązaną do sprzątania.<br />
Dla potrzeb automatycznej identyfikacji i gromadzenia danych (Automatic Identification and<br />
Data Collection, AIDC) funkcje oferowane w systemach <strong>RFID</strong>, zwłaszcza w odniesieniu do<br />
logistyki i zaopatrzenia, częściowo pokrywają się z uzyskiwanymi z wykorzystaniem <strong>technik</strong><br />
kodów kreskowych, nazywanych też kodami paskowymi (bar code).<br />
W tab. 1-2 przedstawiono porównanie właściwości tych dwóch <strong>technik</strong> [www.nje.ca/].
– str. 21 z 187 –<br />
Tab.1-2: Porównanie <strong>technik</strong> <strong>RFID</strong> i kodów kreskowych<br />
Kod kreskowy <strong>RFID</strong><br />
Wymaga bezpośredniej widoczności. Ogólnie jest<br />
to traktowane jako wada, ale jest użyteczne, gdy<br />
wymagane jest precyzyjne wskazanie identyfikowanego<br />
przedmiotu. Operator czytnika widzi<br />
przedmiot i wie, który kod kreskowy skanuje.<br />
W danym momencie skanowany jest jeden kod<br />
kreskowy.<br />
Nie wymaga bezpośredniej widoczności. Ta cecha<br />
jest zaletą w systemach, które mają automatycznie<br />
funkcjonować bez udziału człowieka, np.<br />
transport bagażu na lotnisku, inwentaryzacja<br />
dokumentów. Techniki <strong>RFID</strong> mają zalety<br />
w trudnych warunkach środowiska, gdzie kod<br />
kreskowy może być nieczytelny (np. zasłonięty,<br />
starty lub zamazany).<br />
Zależnie od używanego systemu czytnik <strong>RFID</strong><br />
w ciągu jednej sekundy może odczytać do<br />
kilkuset transponderów.<br />
Raz nadrukowany kod nie może być zmieniony. Niektóre (nie wszystkie) transpondery <strong>RFID</strong><br />
dopuszczają modyfikacje informacji.<br />
Typowa możliwość to 100 000 operacji zapisu<br />
Dane w kodzie kreskowym mogą być<br />
zaszyfrowane, ale nie chroni to przed ich<br />
kopiowaniem.<br />
w okresie 10 lat używania transpondera.<br />
Transpondery <strong>RFID</strong> umożliwiają różne sposoby<br />
ochrony danych.<br />
Zwykle tańsze niż transponder <strong>RFID</strong> (nadruk). Większy koszt niż kodu kreskowego. Cena<br />
transpondera może być podstawowym czynnikiem<br />
wykluczającym zastosowanie <strong>RFID</strong>.<br />
Ceny mogą być w granicach od 0,15 USD<br />
w przypadku masowej produkcji transpondera<br />
jedn<strong>oraz</strong>owego użytku, do ok. 5 USD<br />
w przypadku transponderów pasywnych<br />
w obudowie chroniącej przed wpływami<br />
środowiska produkowanych w małych seriach.<br />
Koszt aktywnego transpondera jest nie mniejszy<br />
Poza podstawowym warunkiem, aby kod<br />
kreskowy był widoczny i czytelny, nie ma innych<br />
czynników ograniczających stosowanie.<br />
niż 20 USD.<br />
Na stosowanie <strong>RFID</strong> ma wpływ wiele warunków<br />
środowiska, w tym zakłócenia<br />
elektromagnetyczne, bliskość metali lub cieczy,<br />
wilgotność, oblodzenie.<br />
1.4 Standardy <strong>RFID</strong><br />
Techniki <strong>RFID</strong> i ich zastosowania są przedmiotem zainteresowania wielu ośrodków<br />
badawczych. Celem prac jest zwiększenie pojemności pamięci, integracja z czujnikami<br />
i dalsza miniaturyzacja krzemowych układów scalonych, wytwarzanie identyfikatorów na<br />
innych podłożach niż krzem w celu redukcji kosztów wytwarzania, metody poprawy<br />
bezpieczeństwa i zarządzania energią zasilania.<br />
Jednym z podstawowych warunków upowszechnienia <strong>technik</strong> <strong>RFID</strong> jest standaryzacja<br />
systemów, transponderów, czytników i protokółów komunikacji między nimi. W zakresie<br />
normalizacji systemów <strong>RFID</strong> powszechnie uznawane są dokumenty opracowane przez dwie<br />
organizacje:<br />
− International Organization for Standardization, ISO [www.iso.org/];<br />
− EPCglobal Inc. [www.epcglobalinc.org];<br />
− ECMA [www.ecma-international.org];
– str. 22 z 187 –<br />
− ICAO (International Civil Aviation Organization).<br />
Dokumenty opublikowane przez ISO zawierają opisy warstwy fizycznej i protokółów<br />
komunikacji. Dotyczą:<br />
– różnych pasm częstotliwości: LF, HF, UHF;<br />
– różnych specyficznych zastosowań, jak karty (dokumenty) identyfikacyjne osób,<br />
gospodarka magazynowa (inwentaryzacja), identyfikacja zwierząt;<br />
– różnych zasięgów odczytu.<br />
Standardy EPC dotyczą stosowania elektronicznego kodu produktu (Electronic Product Code,<br />
EPC) przeznaczonego do jednoznacznego znakowania obiektów. EPCglobal, która jest przede<br />
wszystkim stowarzyszeniem przemysłowym, skupia uwagę na stworzeniu systemu, który<br />
umożliwiałby jednoznaczną identyfikację każdego przedmiotu wytworzonego na świecie<br />
wraz z jego historią. Te ewidencyjne informacje mogą np. dotyczyć daty i miejsca produkcji,<br />
numeru partii, przebiegu transportu od opuszczenia zakładu produkcyjnego do umieszczenia<br />
w magazynie.<br />
Standardy ICAO (International Civil Aviation Organization) dotyczące MRTD (Machine<br />
Readable Travel Documents) określają zabezpieczony kryptograficznie format zapisu<br />
i protokół uwierzytelnienia do przechowywania cech biometrycznych (fotografia twarzy,<br />
odciski palców i/lub obraz tęczówki oka) w układach scalonych stosowanych w dokumentach<br />
podróży – paszport.<br />
Ze względu na specyficzne, związane z aplikacjami wymagania, wiele organizacji<br />
i stowarzyszeń branżowych opracowało własne dokumenty normalizacyjne odnoszące się do<br />
zastosowań <strong>technik</strong> <strong>RFID</strong>. Ich szczegółowe omówienie wykracza poza ramy niniejszego<br />
opracowania. Przykładami tego rodzaju zastosowań są systemy:<br />
− Eurobalise i Euroloop, znormalizowane dla potrzeb kolei europejskich;<br />
− Near Field Communication.<br />
W niniejszym opracowaniu wykorzystano przede wszystkim wieloczęściową normę<br />
ISO/IEC 18000, w której pod wspólnym tytułem: "Techniki informacyjne - identyfikacja za<br />
pomocą częstotliwości radiowych" zdefiniowano charakterystyki interfejsów radiowych<br />
systemów identyfikacji radiowej przeznaczonych głównie dla potrzeb szeroko rozumianej<br />
inwentaryzacji obiektów lub produktów (item management).<br />
Celem tej normy jest zdefiniowanie parametrów i protokółów komunikacyjnych systemów<br />
<strong>RFID</strong> w różnych zakresach częstotliwości wykorzystywanych dla potrzeb <strong>RFID</strong> i jeżeli to<br />
możliwe zastosowanie tych samych protokołów lub co najmniej definicji protokółów we<br />
wszystkich zakresach częstotliwości.<br />
− Część 1 [9] zawiera opis architektury i definicje parametrów podlegających normalizacji<br />
w pozostałych częściach normy;<br />
− W części 2 [10] zdefiniowano parametry interfejsu radiowego systemów identyfikacji<br />
pracujących w zakresach częstotliwości poniżej 135 kHz;<br />
− W części 3 [11] zdefiniowano parametry interfejsu radiowego systemów identyfikacji<br />
wykorzystujących pasmo częstotliwości 13,56 MHz;<br />
− W części 4 [12] zdefiniowano parametry interfejsu radiowego systemów identyfikacji<br />
wykorzystujących pasmo częstotliwości 2,45 GHz;<br />
− W części 6 [13] zdefiniowano parametry interfejsu radiowego systemów identyfikacji<br />
pracujących w zakresach częstotliwości pomiędzy 860 MHz a 960 MHz;
– str. 23 z 187 –<br />
− W części 7 [14] zdefiniowano parametry interfejsu radiowego aktywnych systemów<br />
identyfikacji wykorzystujących pasmo częstotliwości 433 MHz.<br />
Metody badań zgodności z poszczególnymi częściami normy ISO/IEC 18000 opisano<br />
w odpowiednich częściach dokumentu ISO/IEC 18047.<br />
W części 1 [9] normy ISO/IEC 18000 opisano ogólnie koncepcję architektury, w której<br />
automatyczna identyfikacja obiektów jest stosowana w zaopatrzeniu lub łańcuchu dostaw.<br />
Zdefiniowano parametry, które powinny być określone w odpowiednich następnych częściach<br />
normy w każdej standardowej definicji interfejsu radiowego.<br />
Omawiana część normy przedstawia propozycje rozwiązań, ale nie zawiera ich oceny<br />
technicznej.<br />
Uwaga: Wszystkie postanowienie normy ISO/IEC 18000 odnoszą się do punktu nazwanego "DELTA"<br />
(reference point DELTA), rys. 1-11 (<strong>RFID</strong> Reference Communications Architecture). Norma<br />
ISO/IEC 18000 nie obejmuje innych interfejsów przedstawionych na tym rysunku.<br />
Transponder<br />
Interfejs<br />
radiowy<br />
Czytnik<br />
Aplikacja Sterowanie<br />
komunikacją<br />
Adaptacja<br />
do medium<br />
Adaptacja<br />
do medium<br />
Sterowanie<br />
komunikacją<br />
System<br />
lokalny<br />
Punkty<br />
odniesienia ZETA EPSILON DELTA GAMA BETA ALFA<br />
ISO/IEC 18000-1 fig. 1<br />
Rys. 1-11: Architektura systemu <strong>RFID</strong> stosowanego do inwentaryzacji<br />
System<br />
centralny<br />
Objaśnienia do rys. 1-11:<br />
System centralny – blok zawiera wszystkie centralne funkcje ogólnego modelu dystrybucji produktów.<br />
System lokalny – jednostka, która lokalnie w czasie rzeczywistym obsługuje aplikację dystrybucji<br />
produktów.<br />
Sterowanie komunikacją (po stronie czytnika <strong>RFID</strong>) – blok, który obsługuje łącza komunikacji danych<br />
niezależnie od rodzaju wykorzystywanego medium.<br />
Adaptacja do medium – jednostki zależne od wykorzystywanego medium.<br />
Sterowanie komunikacją (po stronie transpondera <strong>RFID</strong>) – blok, który obsługuje łącza komunikacji<br />
danych niezależnie od rodzaju wykorzystywanego medium.<br />
Aplikacja – w tym przypadku np. dystrybucja produktów.<br />
Punkty odniesienia:<br />
ALFA – rozgranicza funkcje systemu centralnego i lokalnego,<br />
BETA – interfejs przesyłania danych i poleceń pomiędzy systemem lokalnym i sterowaniem<br />
komunikacją po stronie czytnika,<br />
GAMA – interfejs pomiędzy sterowaniem komunikacją a blokiem adaptacji do medium,<br />
DELTA – interfejs radiowy bliskiego zasięgu między czytnikiem a transponderem <strong>RFID</strong>,<br />
EPSILON – interfejs pomiędzy blokiem adaptacji do medium a sterowaniem komunikacją,<br />
ZETA – interfejs pomiędzy sterowaniem komunikacją a procesami zależnymi od aplikacji<br />
systemu <strong>RFID</strong>.
– str. 24 z 187 –<br />
W normie ISO/IEC 18000 zdefiniowano zbiór poleceń obowiązkowych (mandatory commands)<br />
i opcjonalnych (optional commands). Dopuszcza stosowanie poleceń firmowych (proprietary<br />
commands) i użytkownika (custom commands).<br />
Wszystkie transpondery i czytniki, których producent deklaruje zgodność z jedną z części<br />
normy ISO/IEC 18000 powinny obsługiwać wszystkie polecenie obowiązkowe.<br />
Czytniki powinny być technicznie przygotowane do wykonywania wszystkich opcjonalnych<br />
poleceń zdefiniowanych w odpowiedniej części normy ISO/IEC 18000, chociaż nie muszą<br />
być nastawione tak, by je wykonywać.<br />
Transpondery mogą obsługiwać lub nie obsługiwać polecenia opcjonalne. Jednak jeżeli<br />
polecenia opcjonalne są używane, to powinny być stosowane zgodnie z normą.<br />
Polecenia użytkowników są dopuszczalne, ale nie powinny powielać funkcjonalności<br />
zdefiniowanych w normie poleceń obowiązkowych i opcjonalnych.<br />
Polecenia firmowe są dopuszczone, ale nie powinny powielać funkcjonalności zdefiniowanych<br />
w normie poleceń obowiązkowych i opcjonalnych.<br />
1.5 Inne zagadnienia<br />
1.5.1 Odniesienie do modelu OSI<br />
Ponieważ wszystkie transakcje za pośrednictwem interfejsu radiowego <strong>RFID</strong> mają skończony<br />
czas, a strefa identyfikacji / odczytu jest ograniczona ze względu na konstrukcję anteny<br />
i emitowaną moc RF, stos protokółów systemu <strong>RFID</strong> ma specyficzną architekturę. W modelu<br />
OSI może być zredukowany do trzech warstw, aplikacji, łącza danych i fizycznej, rys. 1-12.<br />
Proces komunikacji jest zwykle inicjowany i kontrolowany przez czytnik. W przypadku<br />
transponderów aktywnych może być inicjowany przez transpondery.<br />
Zarządzanie<br />
interfejsem<br />
radiowym<br />
Warstwa aplikacji<br />
Warstwa łącza danych<br />
Warstwa fizyczna<br />
Rys. 1-12: Stos protokółów systemu <strong>RFID</strong><br />
1.5.2 Bezpieczeństwo<br />
Sfałszowanie układu scalonego <strong>RFID</strong> wymaga wiedzy w zakresie <strong>technik</strong> kodowania<br />
i szyfrowania <strong>oraz</strong> w zakresie inżynierii radiowej. Z tego względu wiele agencji rządowych,<br />
jako sposobu zapobiegania fałszerstwom np. leków, wymaga znakowania produktów za<br />
pomocą <strong>RFID</strong>.<br />
1.5.3 Ochrona środowiska<br />
Ponieważ identyfikatory <strong>RFID</strong> są zaliczane do urządzeń elektrycznych i elektronicznych<br />
dotyczą ich postanowienie dyrektyw WEEE i RoHS.<br />
1.5.4 Ochrona zdrowia<br />
Urządzenia <strong>RFID</strong> powinny spełniać wymagania dotyczące ekspozycji użytkowników i osób<br />
postronnych na pola elektromagnetyczne (EMF).
1.6 Definicje<br />
– str. 25 z 187 –<br />
W tej części opracowania w celu uporządkowania stosowanych pojęć zebrano definicje<br />
wzorowane na określeniach stosowanych w dokumentach, do których powołania znajdują się<br />
w rozdziałach opisujących poszczególne systemy.<br />
Elementy systemu<br />
Urządzenie nazwane w tym opracowaniu "czytnikiem" jest przeznaczone do wytwarzania<br />
pola RF aktywującego transpondery i komunikacji z transponderami. W oryginalnych<br />
analizowanych dokumentach w języku angielskim ma nazwy:<br />
– "reader" – urządzenie odczytujące, czytnik,<br />
– "interrogator" – urządzenie zapytujące,<br />
– "transceiver" – urządzenie nadawczo-odbiorcze,<br />
– "coupling device" – urządzenie sprzęgające.<br />
Urządzenie nazwane w tym opracowaniu "transponderem" po uaktywnieniu wysyła<br />
niepowtarzalny numer identyfikacyjny, opcjonalnie udostępnia na żądanie inne dane zapisane<br />
w jego pamięci i w niektórych systemach opcjonalnie umożliwia na żądanie zapis danych<br />
w jego pamięci. W oryginalnych analizowanych dokumentach w języku angielskim ma<br />
nazwy:<br />
– "transponder" – określenie utworzono w jęz. angielskim z połączenia dwóch słów:<br />
transmitter (nadajnik) + responder (urządzenie odzewowe),<br />
– "tag", "RF tag" – znacznik,<br />
– "identifier" – identyfikator,<br />
– "electronic label", "label" – etykieta (tylko w dokumentach EPC Global Inc.).<br />
Wybór określenia "transponder" wykonawcy pracy uzasadniają treścią definicji podanej<br />
w Międzynarodowym Słowniku Elektrotechnicznym (International Electrotechnical<br />
Vocabulary), gdzie hasło "transponder" (IEV 713-08-04) zdefiniowano: "kombinacja nadajnika<br />
radiowego i odbiornika radiowego, która automatycznie nadaje sygnał w odpowiedzi na<br />
odpowiedni (właściwy) sygnał wyzwalający. Uwaga. Sygnał nadawany w odpowiedzi jest<br />
wcześniej ustalony i różny od sygnału zapytania".<br />
Transponder aktywny (active tag) – transponder, który może wytwarzać sygnał radiowy<br />
(wyposażony we własny nadajnik).<br />
Transponder bierny (pasywny) (passive tag) – transponder, który moc potrzebną do jego<br />
działania uzyskuje z pola elektromagnetycznego wytwarzanego przez czytnik. Zwykle<br />
określenie równoważne z "transponder bezbateryjny".<br />
Transponder bezbateryjny (batteryless tag) – transponder, który całą moc potrzebną do<br />
działania uzyskuje z pola elektromagnetycznego wytwarzanego przez czytnik.<br />
Transponder wspomagany z baterii (battery assisted tag) – transponder z baterią<br />
wspomagającą działanie jego odbiornika i zasilanie jego obwodów wewnętrznych.<br />
Transponder zasilany z baterii (battery powered tag) – transponder, który moc potrzebną do<br />
jego działania uzyskuje z wbudowanej baterii.<br />
Sprzężenie czytnika z transponderami<br />
Pole aktywujące (activation field) – pole elektromagnetyczne wytwarzane przez czytnik<br />
w celu zasilania i/lub pobudzenia transponderów.
– str. 26 z 187 –<br />
Częstotliwość aktywująca (activation frequency) – częstotliwość pola aktywującego RF<br />
wytwarzanego przez czytnik.<br />
Okres aktywacji (activation period) – czas trwania sygnału aktywującego.<br />
Modulacja obciążenia – sposób modulacji amplitudy pola o częstotliwości radiowej,<br />
polegający na zmianie właściwości obwodu rezonansowego umieszczonego w tym polu RF.<br />
Uwaga. W systemach LF i HF wykorzystujących sprzężenie indukcyjne w wyniku modulacji obciążenia<br />
następuje modulacja amplitudy pola magnetycznego.<br />
W systemach UHF ze sprzężeniem propagacyjnym (z rozproszeniem wstecznym) w wyniku<br />
modulacji obciążenia następuje modulacja amplitudy fali odbitej (pola elektromagnetycznego).<br />
Rozproszenie wsteczne (backscatter) (1) – proces polegający na tym, że transponder<br />
reagujący na pole RF wytworzone przez czytnik lub odpowiadający na sygnał czytnika<br />
moduluje i wypromieniowuje lub nadaje sygnał odpowiedzi na tej samej częstotliwości.<br />
Rozproszenie wsteczne (backscatter) (2) – <strong>technik</strong>a uzyskiwania informacji z transpondera,<br />
polegająca na tym, że energia fali padającej na transponder podlega odbiciu w kierunku<br />
czytnika w stopniu uzależnionym od modulowanej impedancji anteny transpondera.<br />
Dipol – symetryczna antena składająca się zwykle z prostych przewodów, zasilana<br />
symetrycznie.<br />
Uwaga. W opisach transponderów UHF określenie "dipol" jest często używane w odniesieniu do<br />
symetrycznych anten, które są wykonane inaczej.<br />
Odnośnie zasięgu<br />
Strefa identyfikacji (identification range) – strefa, w której system niezawodnie, w różnych<br />
warunkach, identyfikuje żądane transpondery.<br />
Strefa odczytu (read range) – strefa, w której system powinien niezawodnie, w różnych<br />
warunkach, odczytywać dane z żądanych transponderów.<br />
Strefa zapisu (write range) – strefa, w której system powinien niezawodnie, w różnych<br />
warunkach, zapisywać dane do żądanych transponderów.<br />
Modulacja i kodowanie<br />
Uwaga. Należy zauważyć, że w dokumentach publikowanych jako normy ISO/IEC, nawet<br />
przygotowanych przez ten sam Komitet Techniczny, nazwy sposobów modulacji są<br />
stosowane mało konsekwentnie, zwłaszcza określenie "kodowanie Manchester" jest<br />
używane w odniesieniu do różnych reguł kodowania bitów.<br />
ASK – modulacja amplitudy, w której cyfrowy sygnał modulujący zmienia amplitudę sygnału<br />
wyjściowego RF między ustaloną liczbą wartości znamiennych (zwykle 2).<br />
Indeks modulacji amplitudy – stosunek: (a + b) / (a – b), gdzie a i b są odpowiednio<br />
maksymalną i minimalną amplitudą sygnału RF.<br />
BPSK – modulacja fazy, w której symbole binarne są reprezentowane przez dwie wartości<br />
fazy (dwa punkty na wykresie konstelacji).<br />
DBPSK – modulacja, w której przed BPSK następuje kodowanie różnicowe.<br />
FSK – modulacja kątowa, w której każda dyskretna wartość sygnału modulującego jest<br />
reprezentowana przez dyskretną wartość częstotliwości.<br />
MSK (minimum shift keying) – dwuwartościowa FSK z indeksem modulacji 0,5, w której<br />
jest zachowana ciągłość przejść między stanami.
– str. 27 z 187 –<br />
GMSK (Gaussian MSK) – MSK, w której impulsy modulujące są formowane filtrem<br />
o charakterystyce Gaussa.<br />
PJM (phase jitter modulation) – modulacja jittera fazy, <strong>technik</strong>a modulacji polegająca na<br />
bardzo małych zmianach fazy pola aktywującego (ISO/IEC 18000-3).<br />
Kodowanie różnicowe bifazowe (DBPSK) (1) – metoda kodowania bitowego, w której bit "0"<br />
jest odwzorowywany przez zmianę kierunku przejścia w środku przedziału czasu<br />
odpowiadającego jednemu bitowi, a bit "1" jest odwzorowywany bez zmiany kierunku.<br />
Kodowanie różnicowe bifazowe (DBPSK) (2) – metoda kodowania bitowego, w której bit "0"<br />
jest odwzorowywany przez zmianę stanu w środku przedziału czasu, a bit "1" jest<br />
odwzorowywany przez brak zmiany stanu w środku przedziału czasu i gdzie między dwoma<br />
bitami zawsze następuje zmiana stanu.<br />
Kodowanie Manchester – metoda kodowania bitowego, gdzie poziom logiczny w czasie bitu<br />
jest reprezentowany przez sekwencję dwóch określonych stanów fizycznych medium<br />
transmisyjnego.<br />
Uwaga: Kolejność stanów fizycznych w sekwencji definiuje stan logiczny. Zwykle jest to kierunek<br />
zmiany stanu medium pośrodku czasu bitu (zbocze narastające / opadające), określa jeden<br />
z dwóch stanów logicznych.<br />
Rys. 1-13: Kodowanie Manchester (wersja prosta) [15]<br />
Rys. 1-14: Kodowanie Manchester (wersja odwrotna) [15]<br />
NRZ (non return to zero encoding) – metoda kodowania bitowego, w której bity danych "0"<br />
i "1" są reprezentowane przez dwa poziomy sygnału.<br />
NRZ-L – metoda kodowania bitowego, w której stan logiczny podczas bitu jest<br />
reprezentowany przez jeden z dwóch zdefiniowanych stanów fizycznych medium<br />
komunikacyjnego (ISO/IEC 14443-2).<br />
Podnośna – pomocniczy modulowany sygnał wytwarzany w paśmie podstawowy w celu<br />
modulacji fali nośnej RF.<br />
Format danych<br />
Polecenie (instruction, command) – ciąg bitów przesyłany przez czytnik do transponderów<br />
w celu modyfikacji ich statusu.<br />
Telegram identyfikacji – kompletna wiadomość identyfikacyjna transpondera, która zależnie<br />
od systemu może zawierać następujące elementy: preambułę (sekwencję synchronizacji),
– str. 28 z 187 –<br />
nagłówek (header), niepowtarzalny kod identyfikacji, kod detekcji błędu (CRC) <strong>oraz</strong> etykietę<br />
końcową (trailer).<br />
Nagłówek (header) – bity nadawane przed informacją użyteczną, jednoznacznie określające<br />
początek tej informacji, są wykorzystywane również do synchronizacji czytnika<br />
i transpondera.<br />
Kod detekcji błędu (CRC) – bity przenoszące informację, która może być wykorzystana do<br />
detekcji błędów transmisji.<br />
Flaga (znacznik) – pojedynczy bit o określonym znaczeniu.<br />
Podstawowa jednostka czasu (basic time unit) – czas jednego okresu częstotliwości pola<br />
aktywującego wytwarzanego przez czytnik.<br />
Kolizje transmisji<br />
Kolizja (1) – jednoczesna transmisja dwóch lub więcej transponderów znajdujących się<br />
w zasięgu czytnika, w wyniku której pojawia się błąd lub utrata danych.<br />
Kolizja (2) – skutek rywalizacji w dostępie do medium transmisyjnego (kanału radiowego).<br />
Protokół Aloha z wyznaczonymi szczelinami (sloted Aloha) – protokół wielodostępu,<br />
w którym transpondery odpowiadają czytnikowi wybierając losowo szczeliny czasowe<br />
spośród wyznaczonych przez czytnik.<br />
Losowy protokół Aloha (random Aloha) – protokół wielodostępu, w którym transpondery<br />
odpowiadają czytnikowi po upływie czasu ustalanego losowo.<br />
Pętla antykolizyjna (anticollision loop) – algorytm stosowany w celu przygotowania<br />
i przeprowadzenia dialogu między czytnikiem i jednym lub więcej transponderem <strong>RFID</strong><br />
spośród wielu znajdujących się w jego polu aktywującym.<br />
Listen Before Talk (Listen Before Transmit), LBT – działanie podejmowane przez czytnik<br />
przed nadawaniem w celu detekcji niezajętego kanału radiowego (ETSI EN 302 208).<br />
Adaptacyjny wybór częstotliwości (adaptive frequency agility, AFA) – <strong>technik</strong>a, która<br />
umożliwia czytnikowi automatyczną zmianę jego częstotliwości pracy z danego kanału do<br />
innego.
Wykaz akronimów użytych w rozdz. 1<br />
– str. 29 z 187 –<br />
ADC – Automatic Data Collection<br />
AFA – Adaptive Frequency Agility<br />
AIDC – Automatic Identification and Data Capture<br />
AIDC – Automatic Identification and Data Collection<br />
ASK – Amplitude shift keying<br />
BPSK – Binary phase shift keying<br />
CRC – Cyclic Redundancy Code<br />
DBPSK – Differential Binary Phase Shift Keying<br />
ECMA – European Computer Manufacturers Association<br />
EMF – Electromagnetic Field<br />
EPC – Electronic Product Code<br />
FSK – Frequency Shift Keying<br />
GMSK – Gaussian Minimum Shift Keying<br />
HF – High Frequency (3 - 30 MHz)<br />
ICAO – International Civil Aviation Organization<br />
IEC – International Electrotechnical Commission<br />
ISM – Industrial, Scientific, and Medical<br />
ISO – International Organization for Standarization<br />
LBT – Listen Before Talk, Listen Before Transmit<br />
LF – Low Frequency (30 - 300 kHz)<br />
MRTD – Machine Readable Travel Documents<br />
MSK – Minimum Shift Keying<br />
NFC – Near Field Communication<br />
NRZ – Non Return To Zero Encoding<br />
NRZ-L – Non-return to zero, (L for level)<br />
OSI – Open Systems Interconnection<br />
PJM – Phase Jitter Modulation (ISO/IEC 18000-3)<br />
RF – Radio Frequency<br />
<strong>RFID</strong> – Radio-Frequency Identification<br />
RoHS – Restriction of Hazardous Substances (directive)<br />
UHF – Ultra High Frequency (300 - 3000 MHz)<br />
WEEE – Waste from Electric and Electronic Equipment (directive)<br />
WIP – Work-in-Progress<br />
Spis literatury do rozdz. 1<br />
[1] Rozporządzenie Ministra Transportu z dn. 3 lipca 2007 r. w sprawie urządzeń<br />
radiowych nadawczych lub nadawczo-odbiorczych, które mogą być używane bez<br />
pozwolenia radiowego (Dz. U. 2007 nr 138, poz. 972 ze zmianą z dn. 29 lutego 2008 r.<br />
Dz. U. 2008 nr 47, poz. 277).<br />
[2] ISO/IEC 14443-1:2008. Identification cards – Contactless integrated circuit cards<br />
– Proximity cards – Part 1: Physical characteristics.<br />
[3] ISO/IEC 14443-2:2001. Identification cards – Contactless integrated circuit(s) cards<br />
– Proximity cards – Part 2: Radio frequency power and signal interface.<br />
[4] ISO/IEC 14443-3:2001. Identification cards – Contactless integrated circuit(s) cards<br />
– Proximity cards – Part 3: Initialization and anticollision.
– str. 30 z 187 –<br />
[5] ISO/IEC 14443-4:2008. Identification cards – Contactless integrated circuit cards<br />
– Proximity cards – Part 4: Transmission protocol.<br />
[6] ISO/IEC 15693-1:2000. Identification cards – Contactless integrated circuit(s) cards<br />
– Vicinity cards – Part 1: Physical characteristics.<br />
[7] ISO/IEC 15693-2:2006. Identification cards – Contactless integrated circuit cards<br />
– Vicinity cards – Part 2: Air interface and initialization.<br />
[8] ISO/IEC 15693-3:2001. Identification cards – Contactless integrated circuit(s) cards<br />
– Vicinity cards – Part 3: Anticollision and transmission protocol.<br />
[9] ISO/IEC 18000-1:2004. Information technology – Radio frequency identification for<br />
item management – Part 1: Reference architecture and definition of parameters to be<br />
standardized.<br />
[10] ISO/IEC 18000-2:2004. Information technology – Radio frequency identification for<br />
item management – Part 2: Parameters for air interface communications below 135 kHz.<br />
[11] ISO/IEC 18000-3:2004. Information technology – Radio frequency identification for<br />
item management – Part 3: Parameters for air interface communications at 13,56 MHz.<br />
[12] ISO/IEC 18000-4:2004. Information technology – Radio frequency identification for<br />
item management – Part 4: Parameters for air interface communications at 2,45 GHz.<br />
[13] ISO/IEC 18000-6:2004. Information technology – Radio frequency identification for<br />
item management – Part 6: Parameters for air interface communications at 860 MHz to<br />
960 MHz.<br />
[14] ISO/IEC 18000-7:2004. Information technology – Radio frequency identification for<br />
item management – Part 7: Parameters for active air interface communications at<br />
433 MHz.<br />
[15] ECMA-340. Dec. 2004. Near Field Communication Interface and Protocol (NFCIP-1).<br />
(ISO/IEC 18092, ETSI TS 102 190).<br />
[16] ERC/REC 70-03. Relating to the use of Short Range Devices (SRD); Annex 11: Radio<br />
frequency identification applications.<br />
[17] Commission of the European Communities. Brussels, 15.3.2007. Communication from<br />
the Commission to the European Parliament, the Council, the European Economic and<br />
Social Committee and the Committee of the Regions. Radio Frequency Identification<br />
(<strong>RFID</strong>) in Europe: steps towards a policy framework.<br />
[18] European Commission. Enterprise and Industry Directorate-General. 28.01.2008.<br />
Passive <strong>RFID</strong> tags at the stage of placing on the market and the R&TTE. Number:<br />
ISO/IEC JTC 1/S.C. 31/WG 4 N1138. Working Group 4 – Radio Frequency<br />
Identification for Item Management.<br />
[19] JRC Scientific and Technical Reports. Marc van Lieshout & other. <strong>RFID</strong> Technologies:<br />
Emerging Issues, Challenges and Policy Options. EUR 22770 EN – 2007.<br />
[20] Klaus Finkenzeller. <strong>RFID</strong> Handbook. Fundamentals and Applications in Contactless<br />
Smart Cards and Identification.
2 Systemy <strong>RFID</strong> w pasmach LF<br />
– str. 31 z 187 –<br />
2.1 Wprowadzenie<br />
W pasmach LF przesyłanie energii koniecznej do zasilania transpondera <strong>oraz</strong> dwukierunkowa<br />
komunikacja między czytnikiem i transponderem odbywa się w wyniku indukcyjnego<br />
sprzężenia anten czytnika i transpondera.<br />
2.2 Norma ISO/IEC 18000-2<br />
Norma ISO/IEC 18000-2 [1] dotyczy interfejsu komunikacji radiowej systemów <strong>RFID</strong><br />
działających w zakresach częstotliwości poniżej 135 kHz przeznaczonych głównie do<br />
identyfikacji produktów. W celu uzyskania interoperacyjności urządzeń <strong>RFID</strong> zdefiniowano<br />
podstawowe parametry łącza radiowego w kierunku od czytnika do transpondera i w kierunku<br />
od transpondera do czytnika, takie jak: częstotliwość robocza, dokładność częstotliwości,<br />
zajmowane pasmo, emisje niepożądane, rodzaj modulacji, współczynnik aktywności,<br />
szybkość transmisji danych <strong>oraz</strong> protokoły komunikacyjne używane w interfejsie radiowym.<br />
Tym samym zdefiniowano:<br />
− warstwę fizyczną komunikacji między czytnikiem a transponderem;<br />
− składnię standardowych poleceń i protokół komunikacji czytnika z transponderami;<br />
− metodę detekcji wielu transponderów w zasięgu odczytu <strong>oraz</strong> komunikacji z jednym<br />
transponderem spośród wielu obecnych w zasięgu czytnika (protokół unikania kolizji<br />
odczytów).<br />
W normie ISO/IEC 18000-2 opisano dwa systemy <strong>RFID</strong>:<br />
− typ A, z transmisją dupleksową */ (full duplex, FDX),<br />
− typ B, z transmisją póldupleksową */ (half duplex, HDX),<br />
które różnią się tylko w warstwie fizycznej, ale oba wykorzystują ten sam protokół<br />
antykolizyjny.<br />
*/<br />
Znaczenie określeń "transmisja dupleksowa" (full duplex, FDX) i "transmisja półdupleksowa"<br />
(half duplex, HDX) jest specyficzne dla norm ISO dotyczących systemów <strong>RFID</strong>.<br />
Transpondery typu FDX są zasilane energią pola wytwarzanego przez czytnik w sposób<br />
ciągły, również w czasie transmisji danych z transpondera do czytnika. Pracują na<br />
częstotliwości 125 kHz.<br />
Transpondery typu HDX są zasilane energią pola wytwarzanego przez czytnik z wyjątkiem<br />
przedziałów czasu przeznaczonych na transmisję z transpondera do czytnika. Zwykle pracują<br />
na częstotliwości 134,2 kHz.<br />
Transponder zgodny z normą ISO/IEC 18000-2 powinien być albo typu A (FDX), albo typu B<br />
(HDX).<br />
Czytnik <strong>RFID</strong> zgodny z normą ISO/IEC 18000-2 powinien obsługiwać dwa rodzaje pracy.<br />
Zależnie od aplikacji może być skonfigurowany tylko jako typ A, tylko jako typ B, lub jako<br />
typ A i typ B. Jeżeli jest skonfigurowany jako typ A i typ B, to w fazie wyszukiwania<br />
transponderów powinien przełączać się między tymi rodzajami pracy.<br />
Uwaga: Zasady sprawdzenia zgodności urządzeń z normą ISO/IEC 18000-2 [1] zdefiniowano<br />
w dokumencie ISO/IEC TR 18047-2 [8], a opisano w p. 2.5 niniejszego opracowania.
– str. 32 z 187 –<br />
2.2.1 Warstwa fizyczna systemu typu A (FDX)<br />
Przekazywanie energii do transpondera następuje wskutek sprzężenia indukcyjnego pomiędzy<br />
antenami czytnika i transpondera. Pole wytwarzane przez czytnik dostarcza energię w sposób<br />
ciągły. Częstotliwość (fAC) pola wytwarzanego przez czytnik powinna wynosić 125 kHz.<br />
Dla potrzeb komunikacji z transponderem pole wytwarzane przez czytnik jest modulowane.<br />
Wykorzystuje się modulację ASK (kluczowanie amplitudy) z indeksem modulacji 100%,<br />
rys. 2-1. Wymagane parametry czasowe tej modulacji podano w tab. 2-1.<br />
Rys. 2-1: Typ A (FDX). Transmisja danych z czytnika do transpondera –modulacja<br />
Tab. 2-1: Parametry modulacji transmisji czytnika typu A (FDX)<br />
Parametr Minimum Maksimum<br />
m = (a – b)/(a + b) 90% 100%<br />
TA1 4 × TAC 10 × TAC<br />
TA2 0 0,5 × TA1<br />
TA3 0 0,5 × TAd0<br />
X 0 0,15 × a<br />
Y 0 0,05 × a<br />
gdzie: m – indeks modulacji; TAC = 1/fAC = 8 µs; fAC = 125 kHz<br />
Przesyłanie informacji do transponderów polega na kodowaniu odstępu między impulsami<br />
RF, które wytwarza czytnik. Odstęp czasu między opadającymi zboczami dwóch kolejnych<br />
impulsów określa albo wartość bitu danych jako "0" lub "1", albo symbole sterujące "Code<br />
violation" lub "Stop condition", tab. 2-2. Jeżeli założyć równe prawdopodobieństwo<br />
występowania "0" i "1", to szybkość transmisji danych z czytnika do transpondera wynosi<br />
ok. 5,1 kbit/s.
– str. 33 z 187 –<br />
Tab. 2-2: Parametry czasowe symboli transmisji czytnika typu A (FDX)<br />
Znaczenie Symbol Minimum Maksimum<br />
Nośna wyłączona TAP 4 × TAC 10 × TAC<br />
"0" danych TAd0 18 × TAC 22 × TAC<br />
"1" danych TAd1 26 × TAC 30 × TAC<br />
"Code violation" TACV 34 × TAC 38 × TAC<br />
"Stop condition" TASC ≥ 42 × TAC nie dotyczy<br />
gdzie: TAC = 1/fAC = 8 µs<br />
Polecenie czytnika rozpoczyna zawsze taka sama sekwencja początku ramki SOF (Start of<br />
Frame), konieczna do synchronizacji transmisji, która składa się z symbolu "0" danych i symbolu<br />
"Code violation", rys. 2-2.<br />
Rys. 2-2: Początek ramki (SOF) transmisji czytnika typu A (FDX)<br />
Transponder powinien być gotowy do odbioru SOF z czytnika w czasie do 2,5 ms od<br />
momentu wytworzenia przez czytnik pola zasilającego transpondery. Transponder powinien<br />
być gotowy do odbioru SOF kolejnej ramki transmisji czytnika w czasie do 1,2 ms od<br />
momentu, gdy przekazał odpowiedź do czytnika.<br />
Czytnik zaznacza zakończenie ramki używając polecenia EOF (End of Frame), którym jest<br />
symbol "Stop condition", rys. 2-3.<br />
Rys. 2-3: Zakończenie ramki (SOF) transmisji czytnika typu A (FDX)<br />
Komunikacja transpondera z czytnikiem odbywa się za pośrednictwem sprzężenia<br />
indukcyjnego, przy czym przesyłane dane są kodowane binarnie metodą przełączania<br />
obciążenia obwodu antenowego transpondera, co powoduje modulację amplitudy pola<br />
wytwarzanego przez czytnik, którą dekoduje odbiorcza część czytnika.<br />
Średnia szybkość transmisji wynosi 4 kbit/s z kodem Manchester dla poleceń standardu<br />
(International Standard commands) <strong>oraz</strong> 2 kbit/s z kodowaniem "dual pattern" dla polecenia<br />
inwentarzowego (Inventory Command), rys. 2-4.<br />
Uwaga: Mniejsza szybkość przesyłania danych inwentarzowych umożliwia usprawnienie detekcji<br />
kolizji, jeżeli kilka transponderów znajduje się jednocześnie w polu czytnika, zwłaszcza gdy<br />
jeden znajduje się blisko, a inny znacznie dalej.
– str. 34 z 187 –<br />
Rys. 2-4: Dwa sposoby kodowania danych transpondera FDX<br />
Odpowiedź transpondera rozpoczyna się zawsze standardową kombinacją SOF (Start of<br />
Frame), którą stanowi 3-bitowa sekwencja "110" w kodzie Manchester, rys. 2-5.<br />
Rys. 2-5: Kombinacja bitów (SOF) rozpoczynająca transmisję transpondera FDX<br />
Dla transmisji transpondera nie zdefiniowano kombinacji EOF (End of Frame) kończącej<br />
ramkę.<br />
2.2.2 Warstwa fizyczna systemu typu B (HDX)<br />
Przesyłanie energii koniecznej do zasilania transpondera odbywa się w wyniku indukcyjnego<br />
sprzężenia anten czytnika i transpondera. Częstotliwość (fBC) pola wytwarzanego przez<br />
czytnik powinna wynosić 134,2 kHz. Dla potrzeb komunikacji czytnika z transponderem pole<br />
wytwarzane przez czytnik jest modulowane metodą dwuwartościowego kluczowania<br />
amplitudy (ASK) z indeksem modulacji 100%, rys. 2-6. Dopuszczalne parametry czasowe<br />
modulacji podano w tab. 2-3.<br />
Rys. 2-6: Typ B (HDX). Transmisja danych z czytnika do transpondera – modulacja
– str. 35 z 187 –<br />
Tab. 2-3: Parametry modulacji transmisji czytnika transmisji czytnika typu B (HDX)<br />
Szybka transmisja danych Powolna transmisja danych<br />
Oznaczenie Minimum Nominalny Maksimum Minimum Norm. Maksimum<br />
TB1 11 × TBC 13 × TBC 18 × TBC 11 × TBC 13 × TBC 25 × TBC<br />
TB2 2 × TBC 7 × TBC 10 × TBC 2 × TBC 7 × TBC 10 × TBC<br />
TB3 5 × TBC 25 × TBC 32 × TBC 5 × TBC 100 × TBC 115 × TBC<br />
X 0 nie dotyczy 0,15 × a 0 nie dotyczy 0,15 × a<br />
Y 0 nie dotyczy 0,05 × a 0 nie dotyczy 0,05 × a<br />
gdzie: TBC = 1/fBC ≈ 7,452 µs; fBC = 134,2 kHz<br />
Przesyłanie informacji z czytnika do transponderów polega na kodowaniu odstępu między<br />
impulsami RF wytwarzanymi przez czytnik. Odstęp czasu między opadającymi zboczami<br />
dwóch kolejnych impulsów określa: albo wartość bitu danych jako "0" lub "1", albo symbol<br />
sterujący "Code violation" rys. 2-7. Parametry czasowe kodowania i modulacji podano w tab. 2-4.<br />
Jeżeli założyć równe prawdopodobieństwo występowania "0" i "1", to w trybie szybkiej<br />
transmisji danych (fast data rate) szybkość wynosi ok. 2,3 kbit/s, a w trybie powolnej<br />
transmisji (slow data rate) szybkość wynosi ok. 1 kbit/s.<br />
Rys. 2-7: Kodowanie danych transmisji czytnika do transpondera typu B (HDX)<br />
Symbol<br />
Tab. 2-4: Parametry czasowe symboli transmisji czytnika typu B (HDX)<br />
Szybka transmisja danych Powolna transmisja danych<br />
Minimum Norm. Maksimum Minimum Norm. Maksimum<br />
TBd0 42 × TBC 47 × TBC 52 × TBC 110 × TBC 120 × TBC 130 × TBC<br />
TBd1 62 × TBC 67 × TBC 72 × TBC 140 × TBC 150 × TBC 160 × TBC<br />
TBCV 175 × TBC 180 × TBC 185 × TBC 200 × TBC 210 × TBC 220 × TBC<br />
gdzie: TBC = 1/fBC ≈ 7,452 µs<br />
Sygnał inicjujący ramkę transmisji czytnika rozpoczyna się zawsze kombinacją SOF (Start of<br />
Frame), która składa się z symbolu "1", symbolu "0" <strong>oraz</strong> symbolu "Code violation", rys. 2-8.<br />
Rys. 2-8: Początek ramki (SOF) transmisji czytnika typu B (HDX)<br />
Zakończenie ramki transmisji czytnika EOF (End of Frame) jest definiowane przez opadające<br />
zbocze natężenia pola, po którym następne opadające zbocze pojawia się z opóźnieniem<br />
większym niż TB1.
– str. 36 z 187 –<br />
W przypadku sekwencji inwentarzowej składającej się z 16 szczelin wysłanie EOF, które<br />
poleca transponderom przełączenie się do następnej szczeliny jest definiowane przez<br />
narastające zbocze pola wytwarzanego przez czytnik, po którym następuje czas TRCH. W obu<br />
przypadkach transponder powinien odebrać wymaganą sekwencję symboli zanim zacznie<br />
nadawać symbol początku ramki (SOF) swojej odpowiedzi.<br />
Komunikacja transpondera z czytnikiem odbywa się za pośrednictwem sprzężenia<br />
indukcyjnego, przy czym dane są kodowane metodą NRZ, rys. 2-9, z dwuwartościowym<br />
kluczowaniem częstotliwości (FSK) generowanej przez transponder:<br />
fBC = 134,2 kHz, 16 okresów częstotliwości do kodowania bitu "0",<br />
fB1 = 123,7 ± 4,2 kHz, 16 okresów częstotliwości do kodowania bitu "1".<br />
Średnia szybkość transmisji danych wynosi 8 kbit/s.<br />
Rys. 2-9: Kodowanie symboli transmisji transpondera HDX<br />
Odpowiedź transportera rozpoczyna się zawsze standardową kombinacją SOF (Start of<br />
Frame), którą stanowi w tym przypadku 6-bitowa sekwencja "111101", gdzie fB1 reprezentuje<br />
częstotliwość bitu "1" (w czasie TBd1), a fBC reprezentuje częstotliwość bitu "0" (w czasie<br />
TBd0). Odpowiedź transpondera zawsze jest kończona sekwencją EOF (End of Frame), która<br />
składa się z 6 bitów "101111".<br />
2.2.3 Porównanie systemów typu A (FDX) i typu B (HDX)<br />
Wybrane parametry warstwy fizycznej i MAC */ zestawiono w tab. 2-5 i tab. 2-6.<br />
*/<br />
W niniejszym punkcie opracowania wymieniono głównie te parametry, które charakteryzują<br />
system <strong>RFID</strong> w aspekcie analizy kompatybilności z innymi systemami radiowymi <strong>oraz</strong> wymagań<br />
zasadniczych określonych w dyrektywie 1999/5/EC. Kompletny zbiór parametrów jest<br />
zdefiniowany w normie ISO/IEC 18000-2 [1].
– str. 37 z 187 –<br />
Tab. 2-5: Transmisja czytnika do transpondera<br />
Parametr Opis systemu typu A (FDX) Opis systemu typu B (HDX)<br />
Zakres częstotliwości pracy Jeden kanał łącza komunikacji<br />
danych na częstotliwości<br />
125 kHz<br />
Jeden kanał łącza komunikacji<br />
danych na częstotliwości<br />
134,2 kHz<br />
Częstotliwość znamionowa 125 kHz 134,2 kHz<br />
Dokładność częstotliwości pracy w granicach ± 0,1 kHz w granicach ± 0,1 kHz<br />
Szerokość zajmowanego pasma<br />
(–3 dB)<br />
±4 kHz ±8 kHz<br />
Minimalna szerokość pasma<br />
odbiornika (–3 dB)<br />
±10 kHz ±8 kHz<br />
Maksymalne natężenie pola<br />
wytwarzanego przez czytnik<br />
65,5 dBµA/m w odległości 10 m<br />
Emisje niepożądane nadajnika 27 dBµA/m z ograniczeniem –3 dB/oktawę, pomiary<br />
w paśmie RBW = 9 kHz w zakresie częstotliwości do 10 MHz<br />
Maska widma dla nadajnika 65,5 dBµA/m przy f < 135 kHz 65,5 dBµA/m w zakresie<br />
w czytniku<br />
f < 135 kHz<br />
50 dBµA/m w zakresie<br />
135 kHz < f < 140 kHz<br />
30 dBµA/m w zakresie<br />
140 kHz < f < 148,5 kHz<br />
Czas przełączenia z nadawania 1,2 ms<br />
na odbiór<br />
Uwaga: Czytnik powinien czekać, co najmniej przez 1,2 ms,<br />
zanim nada kolejne polecenie.<br />
Czas przełączenia z odbioru na 2 ms<br />
nadawanie<br />
Uwaga: Czytnik powinien czekać co najmniej przez 2 ms na<br />
odpowiedź transpondera zanim wystąpi sygnalizacja<br />
przekroczenia czasu oczekiwania (Time out error).<br />
Modulacja 100% ASK (OOK)<br />
Indeks modulacji 100%<br />
Kodowanie danych Kodowanie położenia impulsu<br />
Szybkość bitowa danych 5,2 kbit/s 1 kbit/s lub/ 2,3 kbit/s (opcja)<br />
Dokładność szybkości bitowej Synchroniczna z częstotliwością fali nośnej<br />
Synchronizacje ramki Ustalona sekwencja (SOF) danych<br />
Znacznik zakończenia ramki Nie ma Sekwencja 6 bitów (EOF)<br />
Proces odczytu transpondera Dialog między czytnikiem a transponderem odbywa się<br />
w następującej kolejności:<br />
− aktywacja transpondera w polu indukcyjnym anteny czytnika;<br />
− transponder oczekuje na polecenie czytnika;<br />
− czytnik nadaje polecenie;<br />
− transponder nadaje odpowiedź<br />
Polaryzacja anteny Nie dotyczy – pole bliskie (indukcyjne)
– str. 38 z 187 –<br />
Tab. 2-6: Transmisje transpondera do czytnika<br />
Parametr Opis systemu typu A (FDX) Opis systemu typu B (HDX)<br />
Zakres częstotliwości pracy Taki jak czytnika 134,2 kHz / 123,7 ± 4 kHz<br />
– modulacja FSK<br />
Szerokość zajmowanego pasma ± 10 kHz ± 15 kHz<br />
Modulacja fali nośnej Transponder powinien<br />
komunikować się z czytnikiem<br />
metodą sprzężenia<br />
indukcyjnego. Modulacja<br />
amplitudy fali nośnej jest<br />
wynikiem przełączanie<br />
obciążenia w transponderze.<br />
Nie dotyczy tego typu<br />
Częstotliwości podnośnej Nie dotyczy tego typu 134,2 kHz / 123,7 ± 4 kHz<br />
– modulacja FSK<br />
Kodowanie danych Kod Manchester<br />
lub kod Dual Pattern<br />
NRZ<br />
Szybkość bitowa transmisji Kodu Manchester 4 kbit/s NRZ "0" 8,2 kbit/s<br />
(fAC/32)<br />
Kodu Dual Pattern 2 kbit/s<br />
(fAC/64)<br />
NRZ "1" 7,7 kbit/s<br />
Dokładność szybkości bitowej Związana z częstotliwością nośnej<br />
Sekwencje synchronizacji 3-bitowa sekwencja SOF 6-bitowa sekwencja SOF<br />
bitowej<br />
6-bitowa sekwencja EOF<br />
Polaryzacja anteny Nie dotyczy – pole bliskie (indukcyjne)<br />
2.2.4 Klasyfikacja poleceń systemowych<br />
Zgodnie z normą ISO/IEC 18000-2 stosuje się następującą klasyfikację poleceń czytnika.<br />
Polecenia obowiązkowe (mandatory commands) powinny być obsługiwane przez wszystkie<br />
transpondery i czytniki. Polecenia obowiązkowe powinny być stosowane zgodnie z normą<br />
ISO/IEC 18000-2.<br />
Polecenia opcjonalne (optional commands) są także zdefiniowane w normie ISO/IEC 18000-2.<br />
Czytniki powinny być technicznie przygotowane do obsługi wszystkich poleceń opcjonalnych<br />
zdefiniowanych w tej normie, chociaż nie muszą być nastawione do ich wykonywania.<br />
Transpondery mogą obsługiwać polecenia opcjonalne, ale nie jest to wymagane. Polecenia<br />
opcjonalne, jeśli są zaimplementowane, powinny być stosowane zgodnie z normą.<br />
Polecenia użytkowników (custom commands) nie są definiowane w normie ISO/IEC 18000-2.<br />
Specyficzne polecenia firmowe (proprietary commands) także nie są definiowane w tej<br />
normie.<br />
W celu zapewnienia interoperacyjności produktów funkcjonalności zdefiniowane<br />
w standardzie, np. zapis/odczyt, powinny być implementowane z wykorzystaniem poleceń<br />
obowiązkowych i opcjonalnych, tak jak opisano w normie [1]. Zaleca się, aby polecenia<br />
użytkowników i własne firmowe były stosowane tylko do wypełnienia funkcji, które nie są<br />
definiowane w normie [1].<br />
Kod polecenia składa się z 6 bitów, przy czym poszczególnym klasom przypisano kody jak<br />
w tab. 2-7.
– str. 39 z 187 –<br />
Tab. 2-7: Kodowanie klas poleceń<br />
00 – 0F<br />
Klasa polecenia<br />
Obowiązkowe<br />
10 – 27 Opcjonalne<br />
28 – 37 Użytkownika<br />
38 – 3F Firmowe<br />
Kod */<br />
*/ w zapisie szesnastkowym<br />
Tab. 2-8: Lista poleceń<br />
Polecenie Kod Rodzaj Funkcja Ważne w stanie<br />
Inwentarzowe 00 Obowiązkowe Sekwencja antykolizyjna Ready<br />
Stay Quiet 01 Obowiązkowe Wprowadza transponder<br />
w stan Quiet<br />
Ready, Selected<br />
Zarezerwowane do 02 – 0F Obowiązkowe Zarezerwowane do<br />
—<br />
zdefiniowania w przyszłości<br />
(RFU)<br />
wykorzystania w przyszłości<br />
Odczytaj pojedynczy blok 10 Opcjonalne Odczytuje pojedynczy blok Ready, Quiet,<br />
w pamięci użytkownika Selected<br />
Odczytaj pojedynczy blok ze 11 Opcjonalne Odczytuje pojedynczy blok Ready, Quiet,<br />
statusem bezpieczeństwa<br />
ze statusem bezpieczeństwa<br />
w pamięci użytkownika<br />
Selected<br />
Odczytaj wiele bloków 12 Opcjonalne Odczytuje wiele bloków Ready, Quiet,<br />
w pamięci użytkownika Selected<br />
Odczytaj wiele bloków ze 13 Opcjonalne Odczytuje wiele bloków ze Ready, Quiet,<br />
statusem bezpieczeństwa<br />
statusem bezpieczeństwa<br />
w pamięci użytkownika<br />
Selected<br />
Zapisz pojedynczy blok 14 Opcjonalne Zapisuje pojedynczy blok Ready, Quiet,<br />
w pamięci użytkownika Selected<br />
Zapisz wiele bloków 15 Opcjonalne Zapisuje wiele bloków Ready, Quiet,<br />
w pamięci użytkownika Selected<br />
Zabezpiecz blok 16 Opcjonalne Blokuje dostęp do<br />
Ready, Quiet,<br />
pojedynczego bloku<br />
w pamięci użytkownika<br />
Selected<br />
Podaj dane systemowe 17 Opcjonalne Odczytuje określone dane Ready, Quiet,<br />
z pamięci systemowej Selected<br />
Wybierz (Select) 18 Opcjonalne Wprowadza transponder Ready, Quiet,<br />
w stan Selected<br />
Selected<br />
Ustawienie w stan Ready 19 Opcjonalne Wprowadza wybrany<br />
transponder w stan Ready<br />
Quiet, Selected<br />
Zapisz dane systemowe 1A Opcjonalne Zapisuje określone dane do Ready, Quiet,<br />
pamięci systemowej Selected<br />
Zabezpiecz dane systemowe 1B Opcjonalne Blokuje dostęp do danych Ready, Quiet,<br />
systemowych<br />
Selected<br />
Zarezerwowane do 1C Opcjonalne Dla potrzeb trybu Multi-Read —<br />
zdefiniowania w przyszłości<br />
(RFU)<br />
wg opisu w Aneksie D normy<br />
Zarezerwowane do 1C – 27 Opcjonalne Zarezerwowane do<br />
—<br />
zdefiniowania w przyszłości<br />
(RFU)<br />
wykorzystania w przyszłości<br />
Bez nazwy (NN) 28 – 37 Użytkownika Specyficzne polecenie<br />
producenta układu scalonego<br />
—<br />
Bez nazwy (NN) 38 – 3F Firmowe Specyficzne polecenie<br />
producenta układu scalonego<br />
—
2.2.5 Protokół transmisji<br />
– str. 40 z 187 –<br />
Standardowy protokół transmisji definiuje zasady wysyłania poleceń przez czytnik i wymiany<br />
danych w obu kierunkach między czytnikiem i transponderem. Czytnik zgodny z omawianą<br />
normą powinien komunikować się z transponderami typu A (FDX) <strong>oraz</strong> typu B (HDX).<br />
Uzyskano to stosując następujące mechanizmy:<br />
• Czytnik zawsze nadaje jako pierwszy ("Interrogator Taks First"). Oznacza to, że każdy<br />
transponder powinien odebrać i poprawnie zdekodować instrukcje nadane przez czytnik<br />
zanim rozpocznie nadawanie.<br />
• Transpondery są jednoznacznie identyfikowane przez 64-bitowy niepowtarzalny<br />
identyfikator (Unique Identifier, UID).<br />
• Protokół składa się z:<br />
– poleceń kierowanych przez czytnik do transponderów;<br />
– odpowiedzi transpondera (transponderów) skierowanych do czytnika.<br />
• Protokół jest zorientowany bitowo. Liczba bitów nadawanych po sekwencji początku<br />
ramki (SOF) jest zależy każd<strong>oraz</strong>owo od rodzaju polecenia i oczekiwanej odpowiedzi.<br />
Do sterowania poleceniami i odpowiedziami są używane flagi (wskaźniki). Ustawienie flagi<br />
na "1" oznacza, że oznakowane nią pole istnieje. Flaga ustawiona na "0" oznacza, że pole nie<br />
istnieje. Flagi pól niezdefiniowanych lub rezerwowanych do zdefiniowania w przyszłości<br />
(RFU) powinny być ustawiane na "0".<br />
Transpondery są jednoznacznie identyfikowane przez 64-bitowy niepowtarzalny identyfikator<br />
(UID). UID powinien być ustawiony na stałe przez producenta układu scalonego, tak jak na<br />
rys. 2-10, i powinien zawierać:<br />
− klasę przydziału (allocation class) kodowaną jako 8 bitów o wartości E0;<br />
− kod producenta układu scalonego (IC manufacturer code, MFC) zapisany w postaci<br />
8 bitów zgodnie z normą ISO/IEC 7816-6;<br />
− niepowtarzalny numer seryjny przydzielony przez producenta układu scalonego<br />
(manufacturer serial number, MSN).<br />
MSB LSB<br />
64 57 56 49 48 1<br />
E0 Kod producenta (MFC) Numer seryjny ustalony przez producenta<br />
Rys. 10: Format UID<br />
W celu usprawnienia właściwości systemu w większości adresowanych indywidualnie<br />
poleceń <strong>oraz</strong> odpowiedzi transpondera, podczas procesu przyznawania dostępu w czasie<br />
kolizji, jest nadawana tylko część UID, nazywana Sub-UID (SUID).<br />
SUID składa się z 48 bitów, w tym 8 bitów kodu producenta (MFC), po których następuje 40<br />
mniej znaczących bitów (LSB) numeru seryjnego. 8 starszych bitów (bity 41 do 48) numeru<br />
seryjnego są ustawione na "0". Odwzorowanie 64 bitów UID przez 48 bitów nadawanych<br />
w SUID i vice versa przedstawiono na rys. 2-11.<br />
Czytnik wymieniając dane z aplikacją powinien stosować 64-bitowy format UID.
– str. 41 z 187 –<br />
MSB LSB<br />
64 57 56 49 48 41 40 1<br />
E0 MFC 00 Numer seryjny<br />
⇓ ⇓<br />
MSB LSB<br />
48 41 40 1<br />
MFC Numer seryjny<br />
⇓ ⇓<br />
MSB LSB<br />
64 57 56 49 48 41 40 1<br />
E0 MFC 00 Numer seryjny<br />
Rys. 2-11: Odwzorowanie UID w SUID i vice versa<br />
Polecenie wysyłane przez czytnik składa się z następujących pól, rys. 2-12:<br />
− sekwencji początku ramki (SOF),<br />
− flag,<br />
− polecenia,<br />
− parametrów (zależnych od polecenia),<br />
− danych (zależnych od polecenia),<br />
− CRC (opcjonalnie),<br />
− znacznika końca ramki (EOF).<br />
SOF Flagi Polecenie Parametry Dane CRC EOF<br />
Rys. 2-12: Ogólna struktura ramki poleceń czytnika<br />
Odpowiedź transpondera składa się z następujących pól, rys. 2-13 i rys. 2-14:<br />
− sekwencji początku ramki (SOF),<br />
− flag (nie używane w poleceniu inwentarzowym),<br />
− kodu błędu (nie używane w poleceniu inwentarzowym),<br />
− danych (zależnych od polecenia),<br />
− CRC (opcjonalnie),<br />
− znacznika końca ramki (EOF).<br />
SOF Flaga błędu "0" Dane CRC EOF<br />
Rys. 2-13: Ogólna struktura odpowiedzi, jeżeli nie ma błędu<br />
SOF Flaga błędu "1" Dane CRC EOF<br />
Rys. 2-14: Ogólna struktura odpowiedzi, jeżeli był błąd<br />
Szczegółowy opis poszczególnych pół znajduje się w rozdz. 6 omawianej normy [1]. W tym<br />
miejscu należy zwrócić uwagę na polecenie identyfikatora formatu przechowywanych danych<br />
(data storage format identifier, DSFID), wskazujące sposób dostępu i wykorzystania danych
– str. 42 z 187 –<br />
transpondera. Jeżeli dane transpondera nie mogą być programowane, to transponder powinien<br />
odpowiedzieć na to polecenie ustawiając flagę błędu na "1".<br />
Transponder może znajdować się w jednym z czterech stanów:<br />
− wyłączony (Power-off) /1 ;<br />
− gotowy (Ready);<br />
− wybrany (Selected);<br />
− wyciszony (Quiet).<br />
Obsługa stanów wyłączony (Power-off), gotowy (Ready) i wyciszony (Quiet) jest<br />
obligatoryjna, a obsługa stanu wybrany (Selected) opcjonalna.<br />
Transponder uaktywniony przez pole czytnika (po uzyskania zasilania) automatycznie<br />
przyjmuje stan "gotowy" (Ready) i dopóki jest zasilany pozostaje w tym stanie oczekując na<br />
polecenia czytnika. Zmiana stanu może nastąpić w wyniku polecenia czytnika lub wyłączenia<br />
pola zasilającego. Jeżeli transponder nie może przetwarzać polecenia czytnika (np.<br />
w następstwie błędu transmisji) powinien pozostawać w swoim aktualnym stanie.<br />
Transponder przechodzi w stan "Quiet" po odebraniu polecenia adresowanego do niego "Stay<br />
Quiet". W tym stanie może przetwarzać każde polecenie czytnika.<br />
Transponder przechodzi w stan "Selected" po odebraniu adresowanego indywidualnie<br />
(zawierającego jego SUID) polecenia "SELECT". W stanie "SELECT" w danym momencie<br />
powinien być tylko jeden transponder, dlatego jeżeli transponder w stanie "Selected" odbiera<br />
polecenie "SELECT" adresowane do innego transpondera powinien przejść w Stan "Quiet".<br />
Przejście w stan "Power-off" następuje, gdy transponder znajdzie się poza zasięgiem pola lub<br />
gdy pole zostanie wyłączone. Może to nie nastąpić natychmiast, ponieważ w niektórych<br />
wykonaniach transponderów energia zasilania zgromadzona w kondensatorze utrzymuje stan<br />
pracy przez jakiś czas, zwykle ok. 20 ms.<br />
Wykres stanów transpondera przedstawia rys. 2-15.<br />
W każdym z czterech możliwych stanów transponder akceptuje tylko określone polecenia,<br />
a inne ignoruje.<br />
Ze stanu Power-off transponder, który znajduje się w polu RF czytnika o dostatecznym<br />
natężeniu, przechodzi samoczynnie w stan Ready. Transponder powraca do stanu Power-off<br />
z każdego stanu, jeżeli znajdzie się poza strefą pola RF o dostatecznym natężeniu lub gdy<br />
pole RF zostanie wyłączone.<br />
Transponder pozostający w stanie Ready wskutek poleceń czytnika może zmienić stan na<br />
"Selected" lub "Quiet".<br />
1 W niniejszym opracowaniu ze względu na spójność z normami ISO/IEC użyto nazw oryginalnych.
– str. 43 z 187 –<br />
Rys. 2-15: Diagram stanów transpondera<br />
2.2.6 Sekwencja antykolizyjna<br />
Celem sekwencji antykolizyjnej jest inwentaryzacja transponderów obecnych w polu czytnika<br />
dokonywana z wykorzystaniem SUID. Proces inicjuje czytnik wysyłając do wszystkich<br />
transponderów polecenie inwentarzowe (INVENTORY request).<br />
Transponder powinien wysłać odpowiedź w określonej przez czytnik szczelinie czasowej lub<br />
wstrzymać się z odpowiedzią. Liczbę szczelin dla odpowiedzi transponderów: 1 lub 16 określa<br />
czytnik. Transponder wyznacza numer swojej szczeliny wg algorytmu zdefiniowanego w normie.<br />
Zatem są dwa przypadki polecenia inwentarzowego: z jedną szczeliną czasową na odpowiedzi<br />
transponderów lub z 16 szczelinami.<br />
Sekwencja bezkolizyjnego odczytu z jedną szczeliną czasową składa się z następujących<br />
elementów:<br />
a) Czytnik nadaje polecenie inwentarzowe.<br />
Jeżeli SUID są częściowo znane, parametr polecenia zawiera maskę o długości n bitów<br />
i żądanej wartości (liczba w zapisie binarnym). Po zdefiniowanym czasie wszystkie<br />
transpondery będące w stanie READY, których najmniej znacząca część SUID jest<br />
równa liczbie zapisanej w postaci maski, nadają swoje odpowiedzi.
– str. 44 z 187 –<br />
Jeżeli SUID nie są znane, długość maski jest zerowa i maska nie określa żadnej liczby.<br />
Po zdefiniowanym czasie wszystkie transpondery w stanie READY nadają odpowiedź.<br />
b) Czytnik analizuje odpowiedzi transponderów bit po bicie.<br />
Jeżeli nie ma odpowiedzi, wysyła kolejne polecenie, jak w punkcie a).<br />
Jeżeli otrzymał odpowiedź jednego transpondera, kolizja nie występuje. SUID jest<br />
odebrany i rejestrowany przez czytnik. Dalej jak w punkcie c).<br />
Jeżeli wskutek równoczesnej transmisji dwóch lub więcej transponderów nastąpiła<br />
kolizja, czytnik rozpoznaje pozycję bitu, na której nastąpiła kolizja i rozszerza maskę<br />
ustawiając na tej pozycji albo 0 albo 1, zależnie od tego, który łańcuch numerów<br />
zamierza dalej analizować. Dalej jak w punkcie a).<br />
c) Po uzyskaniu SUID czytnik może komunikować się z danym transponderem wysyłając<br />
polecenie adresowane indywidualnie do niego.<br />
Jeżeli wysyła inne polecenie inwentarzowe (INVENTORY request) proces powraca do<br />
punktu a).<br />
Przykładowa sekwencja bezkolizyjnego odczytu z 16 szczelinami czasowymi składa się<br />
z następujących elementów:<br />
a) Czytnik nadaje polecenie inwentarzowe w ramce kończonej sekwencją EOF. Liczba<br />
szczelin 16.<br />
b) Pierwszy transponder nadaje odpowiedź o szczelinie nr 0. Jeżeli wykonał to polecenie<br />
tylko jeden, to kolizja nie wystąpiła. SUID jest odebrany i rejestrowany przez czytnik.<br />
c) Czytnik nadaje sekwencję EOF, oznaczającą przełączenie do następnej szczeliny.<br />
d) Jeżeli w szczelinie nr 1 nastąpiła kolizja, czytnik ją wykrywa i zapamiętuje.<br />
e) Czytnik nadaje sekwencję EOF, oznaczającą przełączenie do następnej szczeliny.<br />
f) Jeżeli w szczelinie nr 2 nie odpowiedział żaden transponder, to czytnik może wysłać<br />
polecenie adresowane indywidualnie do pierwszego transpondera, którego SUID<br />
wcześniej poprawnie odebrał.<br />
g) Wszystkie transpondery odczytują SOF polecenia opisanego w punkcie f) i opuszczają<br />
sekwencję antykolizyjną, gdyż polecenie jest adresowane tylko do pierwszego<br />
transpondera.<br />
Uwaga. O przerwaniu sekwencji antykolizyjnej decyduje czytnik, który może kontynuować<br />
wysyłanie EOF, aż do wyznaczenia 16 szczeliny i dopiero wtedy wysłać polecenie do<br />
pierwszego transpondera.<br />
h) Wszystkie transpondery są gotowe do odbioru innego polecenia. Jeżeli będzie to<br />
polecenie inwentarzowe, sekwencja numeracji szczelin rozpoczyna się znów od 0.<br />
Mieszana populacja transponderów typu A i typu B<br />
W przypadku, gdy w polu czytnika mogą znajdować się transpondery obu typów, zalecana<br />
jest następująca procedura:<br />
a) Czytnik przełącza się w tryb wysyłania częstotliwości nośnej fAC i oczekuje przez czas<br />
potrzebny na ustalenie warunków zasilania, zwykle ok. 2,5 ms.<br />
b) Czytnik wykonuje odpowiednią sekwencję antykolizyjną z jedną lub 16 szczelinami.<br />
c) Czytnik wyłącza pole RF.
– str. 45 z 187 –<br />
d) Czytnik przełącza się w tryb wysyłania częstotliwości nośnej fBC i oczekuje na ustalenie<br />
warunków zasilania transponderów przez czas od 10 ms do 50 ms.<br />
e) Czytnik wykonuje odpowiednią sekwencję antykolizyjną z jedną lub 16 szczelinami.<br />
f) Czytnik wyłącza pole RF.<br />
Porządek czynności w opisanej procedurze może być odwrotny: d), e), f), a), b), c) zamiast a),<br />
b), c), d), e), f).<br />
2.2.7 Organizacja pamięci użytkownika w transponderach<br />
Pamięć użytkownika powinna być dostępna w 32-bitowych blokach. W normie założono<br />
możliwość adresowania do 256 bloków tj. maksymalna pojemność pamięci dostępnej dla<br />
użytkownika wynosi 1024 bajty.<br />
Tab. 2-9. Organizacja pamięci użytkownika<br />
Adres bloku Rozmiar Opis<br />
0 32 bity<br />
1 32 bity Pamięć użytkownika<br />
… …<br />
255 32 bity<br />
2.3 Systemy <strong>RFID</strong> do identyfikacji zwierząt<br />
2.3.1 Koncepcja systemu<br />
Koncepcję wykorzystania <strong>technik</strong> <strong>RFID</strong> do identyfikacji zwierząt przedstawiono w normie<br />
ISO 11785 [2]. Norma ta jest ściśle związana z normą ISO 11784 [3], w której zdefiniowano<br />
znormalizowaną strukturę i zawartość informacji przechowywanych w pamięci transpondera<br />
przeznaczonego do identyfikacji zwierząt.<br />
Uwagi. 1. Wcześniej, przed publikacją norm ISO 11785 i ISO 11784, opracowano i oferowano<br />
inne systemy <strong>RFID</strong> zastosowane do identyfikacji zwierząt, które nadal są stosowane.<br />
Wiele z nich wykorzystuje pole aktywujące częstotliwości 125 kHz, a system<br />
o handlowej nazwie TROVAN o częstotliwość 128 kHz.<br />
2. Aspekty techniczne i regulacyjne elektronicznej identyfikacji zwierząt szerzej omówiono<br />
w p. 2.5.<br />
W normie ISO 11785 opisano dwa systemy <strong>RFID</strong> różniące się sposobem działania interfejsu<br />
radiowego:<br />
– System pracujący w trybie dupleksowym (full duplex) / , oznaczany dalej FDX, w którym<br />
transmisja transpondera do czytnika następuje w czasie, gdy czytnik wytwarza pole<br />
aktywujące.<br />
– System pracujący w trybie półdupleksowym (half duplex), oznaczany dalej HDX,<br />
w którym transmisja transpondera <strong>RFID</strong> do czytnika następuje w czasie, gdy czytnik<br />
przerywa nadawanie pola aktywującego.<br />
W obu systemach stosowane są transpondery bierne zasilane i komunikujące się z czytnikiem<br />
za pośrednictwem sprzężenie indukcyjnego w polu o częstotliwości 134,2 kHz.
2.3.2 Wymagania dotyczące czytników<br />
– str. 46 z 187 –<br />
Czytnik zgodny z normą ISO 11785 powinien uaktywniać transpondery wytwarzając pole<br />
o częstotliwości (134,2 ±13,42 × 10 -3 ) kHz. System <strong>RFID</strong> powinien być skonfigurowany<br />
w ten sposób, aby ten sam czytnik obsługiwał transpondery FDX i HDX.<br />
Wymagania dotyczące czytników stacjonarnych (stationary) i ruchomych (mobile, portable)<br />
różnią się. Czytnik stacjonarny powinien być połączony z innymi znajdującymi się w pobliżu<br />
czytnikami stacjonarnymi w celu synchronizacji okresów aktywacji i przerw między nimi.<br />
Czytnik ruchomy nie jest połączony z innymi czytnikami znajdującymi się w pobliżu.<br />
W przypadku czytników stacjonarnych okres aktywacji (wytwarzania pola przez czytnik)<br />
powinien wynosić 50 ms. Jeżeli w okresie aktywacji zostanie wykryty sygnał transpondera<br />
FDX, lecz telegram nie zostanie pomyślnie odebrany, to okres aktywacji powinien być<br />
wydłużony do czasu pomyślnej identyfikacji telegramu transpondera, ale nie dłużej niż do<br />
100 ms. Następnie sygnał aktywacji powinien być przerwany. Jeżeli po przerwaniu sygnału<br />
aktywacji zostanie wykryty sygnał transpondera HDX, to przerwa powinna trwać 20 ms.<br />
Jeżeli sygnał transpondera HDX nie zostanie wykryty w czasie 3 ms od momentu obniżenia<br />
natężenia pola o 3 dB, to wytwarzanie pola aktywującego powinno być wznowione. Dla<br />
potrzeb synchronizacji czytników każdy co dziesiąty cykl powinien składać się ze stałej<br />
sekwencji 50 ms okresu aktywacji i 20 ms przerwy.<br />
Czytnik ruchomy powinien najpierw odbierać sygnał aktywacji w celu wykrywania innych<br />
aktywnych czytników, które znajdują się w pobliżu. Jeżeli w przedziale 30 ms czytnik nie<br />
wykrywa sygnału aktywacji, czyli jest poza zasięgiem innych aktywnych czytników, to może<br />
stosować protokół aktywacji transponderów opisany wyżej dla czytników stacjonarnych.<br />
Natomiast jeżeli czytnik ruchomy wykryje sygnał aktywacji nadawany przez inny czytnik, to<br />
powinien odczekać do następnego narastającego zbocza tego sygnału aktywacji i w tym<br />
momencie uaktywnić się przez okres 50 ms.<br />
2.3.3 Wymagania dotyczące transpondera FDX<br />
Transponder FDX, który znajduje się w polu aktywującym, powinien wysyłać swój kod<br />
podczas okresu aktywacji. Do komunikacji transponder wykorzystuje podnośną<br />
z różnicowym dwuwartościowym kodowaniem fazy (differential bi-phase encoding, DBP),<br />
która moduluje amplitudowo natężenie pola o częstotliwości radiowej. Długość jednego bitu<br />
jest równa 32 okresom częstotliwości pola aktywującego (134,2 kHz), tzn. szybkość<br />
transmisji wynosi 4 193,75 bit/s. Aby poprawić właściwości systemu, każde przejście ze<br />
stanu niskiego do wysokiego następuje z wyprzedzeniem maksimum 8 okresów fali nośnej.<br />
Energia sygnału modulowanego przez transponder FDX koncentruje się w zakresie<br />
częstotliwości od 129,0 kHz do 133,2 kHz poniżej częstotliwości pola aktywującego <strong>oraz</strong> od<br />
135,2 kHz do 139,4 kHz powyżej tej częstotliwości.<br />
Strukturę telegramu identyfikacyjnego transpondera FDX przedstawiono na rys. 2-16:<br />
− nagłówek składa się z 11 bitów: 0000 0000 001, przeznaczonych do wskazania początku<br />
telegramu;<br />
− 64 bity kodu identyfikacji są nadawane w ośmiu blokach po 8 bitów;<br />
− 2 bloki każdy po 8 bitów zawierają bity detekcji błędu (CRC) w bloku kodu identyfikacji;<br />
Bity detekcji błędu są obliczane wyłącznie na podstawie bitów kodu identyfikacji.<br />
− 3 bloki każdy po 8 bitów zawierają etykietę końca telegramu.
– str. 47 z 187 –<br />
Po każdym bloku 8 bitów jest nadawany bit kontrolny o wartości 1, stosowany w celu<br />
ochrony przed pojawieniem się w innych częściach telegramu identyfikacji kombinacji<br />
bitów identycznej z nagłówkiem.<br />
1<br />
0<br />
Nagłówek<br />
11<br />
Kod identyfikacji<br />
64 + 8<br />
CRC<br />
16 + 2<br />
Etykieta<br />
końca teleg.<br />
24 + 3<br />
Rys. 2-16: Struktura telegramu identyfikacyjnego transpondera FDX<br />
Ze względu na możliwości <strong>rozwoju</strong> systemu w przyszłości, np. transpondery z możliwością<br />
zapisu (modyfikowania) pamięci, telegram identyfikacji powinien być kończony 24 bitami<br />
etykiety końcowej (24 trailer bits). Jeżeli flaga dodatkowych bitów danych jest zerem,<br />
większość bitów etykiety końcowej jest nieokreślona. W przypadku, gdy flaga ta jest jedynką,<br />
dodatkowe bloki danych mają być zdefiniowane w innych normach.<br />
Uwaga: Ponieważ błędy w etykiecie końcowej nie są wykrywane przez protokół detekcji błędu<br />
w telegramie identyfikacyjnym, żeby poprawnie odczytać kod identyfikacji nie ma potrzeby<br />
odczytu tych bitów.<br />
2.3.4 Wymagania dotyczące transpondera HDX<br />
Jeżeli czytnik w okresie aktywacji nie odebrał sygnału FDX, lub jeżeli sygnał FDX został<br />
poprawnie odebrany, to sygnał aktywacji po upływie 50 ms powinien być przerwany w czasie<br />
do 3 ms. Spadek natężenia pola aktywującego od –3 dB do –80 dB powinien nastąpić<br />
w czasie < 1 ms, jak na rys. 2-17:<br />
Rys. 2-17: Zależność czasowa natężenia pola aktywującego transpondery HDX<br />
Transponder HDX, który zgromadził energię w czasie trwania sygnału aktywacji,<br />
wykrywając przerwę sygnału aktywacji powinien ją wykorzystać do nadawania swojego<br />
telegramu.<br />
Jeżeli czytnik nie wykrywa sygnału HDX w czasie między 1 ms a 2 ms od momentu spadku<br />
natężenia pola o 3 dB, to powinien wznowić wytwarzanie sygnału aktywującego.
– str. 48 z 187 –<br />
Transponder HDX do nadawania swojej informacji wykorzystuje kodowanie NRZ<br />
i dwuwartościową modulację FSK, używając częstotliwości 124,2 ±2 kHz do nadawania<br />
binarnej "1" <strong>oraz</strong> częstotliwości 134,2 ±1,5 kHz do nadawania binarnego "0". Długość<br />
jednego bitu jest równa 16 okresom wytwarzanej częstotliwości, co odpowiada szybkości<br />
transmisji 8 378,5 bit/s w przypadku ciągu zer, a 7 762,5 bit/s w przypadku ciągu jedynek.<br />
Strukturę sygnału identyfikacyjnego transpondera HDX przedstawiono na rys. 2-18.<br />
0 1 0 1<br />
134,2 kHz<br />
0,1192 ms<br />
124,2 kHz<br />
0,1288 ms<br />
Rys. 2-18: Kodowanie sygnału identyfikacyjnego transpondera HDX<br />
Strukturę telegramu identyfikacyjnego transpondera HDX przedstawiono na rys. 2-19:<br />
− nagłówek składa się z 8 bitów: 0111 1110, wykorzystywanych jako sekwencja<br />
synchronizująca;<br />
− kod identyfikacji składa się z 64 bitów;<br />
− blok detekcji błędu (CRC) ma 16 bitów;<br />
Bity detekcji błędu są obliczane wyłącznie na podstawie kodu identyfikacji.<br />
− 24 bity etykiety końca telegramu.<br />
Jeżeli flaga dodatkowych bloków danych jest zerem, to osiem pierwszych bitów etykiety<br />
końca telegramu powinno być 0111 1110.<br />
1<br />
Nagłówek Kod identyfikacji<br />
CRC<br />
Etykieta<br />
końca teleg.<br />
0<br />
8<br />
64<br />
Rys. 2-19: Struktura telegramu identyfikacyjnego transpondera HDX<br />
2.3.5 Inne właściwości systemu<br />
W tab. 10. zestawiono podstawowe parametry transponderów FDX i HDX zdefiniowanych<br />
w normie ISO 11785 dla potrzeb identyfikacji zwierząt.<br />
16<br />
24
– str. 49 z 187 –<br />
Tab. 2-10: Porównanie systemów FDX i HDX<br />
Parametr System FDX System HDX<br />
Częstotliwość pola aktywującego 134,2 kHz 134,2 kHz<br />
Modulacja AM-PSK FSK<br />
Częstotliwość odpowiedzi transpondera 129,0 ÷ 133,2 kHz<br />
135,2 ÷ 139,4 kHz<br />
Kodowanie Zmodyfikowane DBP NRZ<br />
124,2 kHz (bit 1)<br />
134,2 kHz (bit 0)<br />
Szybkość transmisji 4 194 bit/s 7 762,5 bit/s (ciąg 1)<br />
8 387,5 bit/s (ciąg 0)<br />
Struktura telegramu [bitów]:<br />
− nagłówek<br />
− kod identyfikacji<br />
− kod detekcji błędu (CRC)<br />
− etykieta końca telegramu<br />
− bity kontrolne<br />
11<br />
64<br />
16<br />
24<br />
13<br />
Synchronizacja czytników stacjonarnych<br />
Jeżeli czytnik znajduje się w pobliżu innego czytnika, to jest prawdopodobne, że nadaje swój<br />
sygnał aktywacji w czasie przerwy w transmisji tego innego czytnika, i na odwrót.<br />
W takim przypadku żaden z czytników nie będzie mógł odebrać sygnału transpondera HDX.<br />
W celu uniknięcia wzajemnych zakłóceń cykle nadawania sygnału aktywacji czytników<br />
znajdujących się blisko siebie powinny być zsynchronizowane ze sobą.<br />
Czytniki stacjonarne mogą być ze sobą połączone bezpośrednio i synchronizowane za<br />
pomocą sygnału o dwóch poziomach. Jeden poziom oznacza, że żaden z czytników nie<br />
odebrał sygnału z transpondera, a poziom drugi oznacza, że co najmniej jeden z czytników<br />
odbiera taki sygnał, zatem pozostałe powinny wstrzymać emisję sygnału uaktywniającego<br />
transpondery.<br />
Ze względu na możliwość występowania transponderów typu FDX i HDX należy brać pod<br />
uwagę następujące przypadki:<br />
1. Nie ma żadnego transpondera w zasięgu odczytu czytników.<br />
2. Jeden z czytników wykrył sygnał transpondera FDX.<br />
Transponder FDX nadaje swój telegram praktycznie bez przerwy od momentu, gdy<br />
odbierze sygnał aktywacji. Jeżeli sygnał transpondera został wykryty przez czytnik, ale<br />
telegram nie został odebrany, sygnał aktywacji może być wydłużony do czasu<br />
pomyślnego odbioru telegramu, jednak nie więcej niż do 100 ms.<br />
W czasie odbioru telegramu sygnał synchronizacji powinien blokować nadawanie<br />
pozostałych czytników.<br />
Jeżeli żaden z czytników nie wykrywa sygnału transpondera HDX, to przerwa<br />
w nadawaniu przez wszystkie czytniki może być ograniczona do 3 ms.<br />
3. Jeden czytnik wykrył sygnał transpondera HDX.<br />
Jeżeli żaden z czytników nie wykrył sygnału transpondera FDX, to nie ma potrzeby<br />
wydłużania emisji sygnału aktywującego. Czytnik, który w czasie 3 ms przerwy<br />
w nadawaniu wykrył wystąpienie sygnału HDX wymusza zmianę sygnału<br />
synchronizacji, co powoduje, że pozostałe czytniki pozostają w stanie odbioru przez<br />
20 ms.<br />
8<br />
64<br />
16<br />
24<br />
-
– str. 50 z 187 –<br />
4. Jeden czytnik wykrył sygnał transpondera HDX, a inny w tej samej sekwencji odczytu<br />
sygnał transpondera FDX. Telegram transpondera FDX powinien być pomyślnie<br />
odebrany w czasie 50 ms. W konsekwencji po zakończeniu odbioru sygnału transpondera<br />
FDX sposób odbioru sygnału transpondera HDX jest taki jak w przypadku 3.<br />
5. Jak w przypadku 4, ale zachodzi konieczność wydłużenia sygnału aktywacji (dłuższy niż<br />
50 ms).<br />
Synchronizacja czytników ruchomych<br />
Ze względu na sposób użytkowania czytnik ruchomy nie może być bezpośrednio dołączony<br />
do innego czytnika. Z tego powodu, aby unikać wzajemnych zakłóceń czytnik ruchomy<br />
powinien wykrywać sygnały aktywacji nadawane przez inne czytniki W tym celu, jeżeli<br />
czytnik ruchomy wykrywa sygnał aktywacji nadawany przez inny czytnik, powinien czekać<br />
na pojawienie się narastającego zbocza następnego sygnału i nadawać przez okres 50 ms. We<br />
wszystkich przypadkach czytnik ruchomy będzie mógł odbierać sygnały transponderów FDX.<br />
Jeżeli czytnik stacjonarny wymusi przerwę 20 ms, to w tym czasie czytnik ruchomy może<br />
odczytać transponder HDX.<br />
Ponieważ zgodnie ze standardem co dziesiąty cykl odczytu powinien składać się z emisji<br />
sygnału aktywującego przez 50 ms i 20 ms przerwy, to w czasie tej powtarzanej przerwy<br />
czytnik ruchomy może odbierać telegramy transponderów HDX, niezależnie od innych<br />
czytników.<br />
2.3.6 Kod identyfikacji transpondera<br />
W kodzie identyfikacji transpondera wyznaczono pola, z których każde ma określone<br />
znaczenie. Każde z pól jest kodowane binarnie z najbardziej znaczącym bitem przesyłanym<br />
najpierw (MSB jest bitem nr 1, a LSB bitem nr 64).<br />
Przeznaczenie 64 bitów kodu identyfikacji zwierząt zdefiniowane w normie ISO 11785 [2]<br />
<strong>oraz</strong> w pierwotnej wersji normy ISO 11784 [3] objaśniono w tab. 2-11.<br />
Transmisja 64 bitów kodu identyfikacji transpondera jest zabezpieczona z użyciem 16 bitów<br />
kodu detekcji błędu, które są obliczane z wykorzystaniem wielomianu:<br />
P(x) = x 16 + x 12 + x 5 + 1, jak opisano w zaleceniu CCITT G.706 [6].<br />
W zmianie A1 [4] normy ISO 11784 zmodyfikowano definicje pól przedstawione w tab. 2-11.<br />
Wprowadzono możliwość przydzielenia nowego transpondera (retagging) mającego ten sam<br />
numer identyfikacyjny, co transponder zgubiony lub nienadający się do odczytu. W tym celu<br />
zarezerwowane wcześniej pole (bity 2 – 15) podzielono na trzy różne pola kodowe. Te<br />
zmiany normy wprowadzone przez ISO 11784: Amd.1:2004 zawiera tab. 2-12.
– str. 51 z 187 –<br />
Tab. 2-11: Struktura kodu do identyfikacji zwierząt wg pierwszej wersji normy ISO 11784 [3]<br />
Nr bitu Informacja Liczba kombinacji Opis<br />
1 Flaga "1" identyfikacja<br />
zwierząt.<br />
Flaga "0" inne zastosowanie<br />
2 Wartość tego bitu wskazuje, czy<br />
transponder jest używany do<br />
identyfikacji zwierzęcia, czy nie.<br />
We wszystkich zastosowaniach do<br />
identyfikacji zwierząt powinien<br />
być "1".<br />
2 – 15 Pole zarezerwowane 16 384 Czternaście bitów kodu<br />
zarezerwowanych do<br />
wykorzystania w przyszłości.<br />
16 Flaga wskazująca istnienie<br />
bloku danych ("1")<br />
lub brak bloku danych ("0").<br />
17 – 26 3-cyfrowy kod kraju wg<br />
normy ISO 3166<br />
2 Ten bit sygnalizuje, że dodatkowe<br />
dane powinny być odebrane (np.<br />
dane fizjologiczne, zmierzone za<br />
pomocą urządzenia, które<br />
jednocześnie służy do identyfikacji<br />
i monitorowania).<br />
Ten bit powinien być "1", jeżeli<br />
dodatkowa informacja jest<br />
dołączona do kodu identyfikacji,<br />
w przeciwnym razie powinien być<br />
"0".<br />
1 024 Kody od 900 do 998 mogą być<br />
używane do oznaczania<br />
poszczególnych producentów<br />
transponderów. Kod 999 jest<br />
używany do wskazania, że<br />
transponder jest transponderem<br />
testowym i nie musi mieć numeru<br />
identyfikacyjnego.<br />
27 – 64<br />
Uwagi:<br />
Krajowy kod identyfikacji 274 877 906 944 Jednoznaczny numer w obrębie<br />
kraju<br />
1. Metoda rozróżniania na podstawie bitu nr 1 między zastosowaniem transpondera dla zwierząt<br />
lub innego umożliwia elektroniczne rozpoznawanie kodu. Jednakże powoduje, że w przyszłości<br />
w innych normach identyfikacji radiowej powinna być przestrzegana ta sama konwencja.<br />
2. Długość krajowego kodu identyfikacji wybrano tak, aby mieć dostatecznie dużo kombinacji<br />
dla wszystkich zwierząt w dużym kraju. Ponadto zakłada się, że kod nie zostanie powtórzony<br />
w okresie trzydziestu lat.<br />
3. Za zapewnienie jednoznaczności krajowego kodu identyfikacji odpowiedzialny jest dany kraj.<br />
Jeżeli zachodzi potrzeba szereg numerów może być przydzielony dla gatunku (rodzaju)<br />
zwierzęcia i/lub producenta, ale nie jest to objęte standardem. Zaleca się, aby każdy kraj<br />
utrzymywał bazę danych, w której będą przechowywane wszystkie przydzielone kody, wraz<br />
z odniesieniem do bazy danych zawierającej informacje związane ze zwierzęciem.
– str. 52 z 187 –<br />
Tab. 2-12: Podział bitów "Pole zarezerwowane" zgodnie z ISO 11784: 1996/Amd.1:2004<br />
Nr bitu Informacja Liczba kombinacji Opis<br />
2 – 4 Licznik powtórnego<br />
oznakowania<br />
5 – 9 Pole informacji<br />
użytkownika<br />
8 Ten licznik powinien być użyty tylko<br />
wtedy, gdy zdecydowano o powtórnym<br />
oznakowaniu używając tego samego<br />
numeru identyfikacyjnego w danym kraju<br />
(bity 17 – 26).<br />
Ten licznik powinien być zerem przy<br />
pierwszym przydzieleniu transpondera do<br />
zwierzęcia. Jeżeli wskutek zagubienia lub<br />
niesprawności są konieczne kolejne<br />
przydziały nowego transpondera dla tego<br />
samego zwierzęcia, to numer<br />
identyfikacyjny powinien być taki sam, ale<br />
stan licznika powtórnego oznakowania<br />
należy zwiększyć o jeden.<br />
32 Zawartość tego pola ma charakter<br />
informacyjny. Jest definiowana przez kraj,<br />
określony przez kod w polu kodu kraju.<br />
10 – 15 Pole zarezerwowane 64 Wartość tych bitów powinna być ustawiona<br />
na "0".<br />
W przypadku, gdy licznik powtórnego oznakowania i/lub pole identyfikacji użytkownika nie są<br />
wykorzystywane, ich bity powinny być ustawione na "0".<br />
2.4 Udoskonalone transpondery do identyfikacji zwierząt<br />
Norma ISO 14223-1 [5] definiuje strukturę kodu udoskonalonych transponderów (advanced<br />
transponder) do identyfikacji zwierząt. Zastosowanie tego rodzaju transponderów oprócz<br />
transmisji niepowtarzalnego kodu, jak w przypadku transponderów zdefiniowanych<br />
w normach ISO 11785 i ISO 11784, umożliwia np. przechowywanie dodatkowych informacji,<br />
zastosowanie metod uwierzytelnienia i odczyt danych z czujników zintegrowanych<br />
z transponderem.<br />
Udoskonalony transponder jest transponderem kompatybilnym z wymaganiami określonymi<br />
w normach ISO 11785 i ISO 11784, z dodatkowymi możliwościami przechowywania<br />
i wyszukiwania danych, zastosowania metod uwierzytelnienia, integracji czujników (sensorów)<br />
itp. W normie ISO 14223-1 zdefiniowano trzy wersje interfejsu radiowego transponderów<br />
udoskonalonych:<br />
• transpondery FDX-B20, typu FDX z małą głębokością modulacji,<br />
• transpondery FDX-B100, typu FDX z dużą głębokością modulacji,<br />
• transpondery HDX–ADV, udoskonalonych transponderów HDX.<br />
Parametry interfejsu radiowego komunikacji czytnika z udoskonalonymi transponderami<br />
zdefiniowanymi w normie ISO 14223-1 [5] zestawiono w tab. 2-13.
– str. 53 z 187 –<br />
Tab. 2-13: Parametry radiowe transponderów zdefiniowanych w normie ISO 14223-1<br />
Parametr FDX–B20 FDX–B100 HDX–ADV<br />
Częstotliwość pola 134,2 kHz 134,2 kHz 134,2 kHz<br />
Głębokość modulacji<br />
dla przekazu poleceń<br />
ASK (10% do 25%) ASK (90% do 100%) ASK (90% do 100%)<br />
Kodowanie poleceń Manchester Binarne długości impulsu PWM<br />
Szybkość transmisji<br />
poleceń<br />
Modulacja kodu<br />
przełączenia<br />
Kodowanie<br />
przełączenia<br />
Szybkość transmisji<br />
kodu przełączenia<br />
4 194 bit/s Typowa 6 000 bit/s 500 bit/s<br />
ASK (10% do 25%) ASK (90% do 100%) Nie dotyczy<br />
Manchester Binarne długości impulsu Nie dotyczy<br />
2 097 bit/s, LSB jako<br />
pierwszy<br />
Typowa 6 000 bit/s Nie dotyczy<br />
2.4.1 Odczyt transponderów udoskonalonych<br />
W celu wprowadzenia transpondera w tryb udoskonalony czytnik powinien modulować pole<br />
aktywujące transpondery. W trybie udoskonalonym transponder powinien nadawać tylko<br />
wtedy, gdy jest zapytany przez czytnik. Transponder powinien powracać do trybu zgodnego<br />
z ISO 11785, jeżeli:<br />
a) przestał być w polu aktywującym;<br />
b) działanie w trybie udoskonalonym zostało zakończone.<br />
Czas wyłączenia może być rozszerzony do 20 ms ze względu na obecność transponderów<br />
HDX.<br />
Telegramy w komunikacji między czytnikiem i transponderem powinny być zgodne z normą<br />
ISO 11785.<br />
Przy czym bit nr 16 ramki zdefiniowanej w tej normie (por. tab. 2-11) powinien być<br />
ustawiony na "1", co wskazuje, że transponder zawiera dodatkowe dane. Parametry transmisji<br />
transpondera do czytnika powinny być, takie jak zdefiniowano w normie ISO 11785.<br />
2.4.2 Transponder typu FDX-B20<br />
Zasadę komunikacji z transponderem typu FDX-B20 objaśniono na rys. 2-20.<br />
W wyniku odbioru i dekodowania zwykłej ramki transpondera ISO 11785 (przedział T)<br />
czytnik wykrywa obecność udoskonalonego transpondera FDX-B20.<br />
W celu wprowadzenia tego transpondera w tryb udoskonalony, czytnik moduluje pole<br />
aktywujące, gdy transponder nadaje nagłówek (B) swojego telegramu ISO 11785.<br />
Po odebraniu poprawnego kodu polecającego zmianę trybu pracy transponder FDX-B20<br />
powinien przerwać nadawanie kodu ISO 11785, przełączyć się w tryb udoskonalony i czekać<br />
na polecenia czytnika.
– str. 54 z 187 –<br />
Rys. 2-20: Przykład sekwencji odczytu transpondera FDX-B20<br />
Objaśnienia:<br />
1 – pole aktywujące<br />
2 – odpowiedź transpondera<br />
3 – nagłówek<br />
A do E – przedziały czasu w cyklu odczytu<br />
T – kod transpondera<br />
X1, X2 – bloki danych<br />
t – czas w ms<br />
W przykładzie na rys. 2-20 [5] komunikacja z transponderem następuje w przedziałach (C)<br />
i (D) i polega na przesłaniu przez transponder dwóch bloków danych (X1) i (X2).<br />
Transponder FDX-B20 powinien powrócić do trybu ISO 11785 wskutek wyłączenia pola<br />
aktywującego przez co najmniej 3 ms, tak jak zdefiniowano w normie ISO 11785.<br />
Opis przykładu z rys. 2-20:<br />
− Przedział A. Czytnik odbiera ramkę ISO 11785. Bity w polu rezerwowym wskazują, że<br />
w polu czytnika znajduje się udoskonalony transponder FDX-B20.<br />
− Przedział B. Zmiana trybu pracy. Czytnik moduluje pole aktywujące w czasie, gdy<br />
transponder nadaje nagłówek ISO 11785.<br />
− Przedział C. Komunikacja czytnika z transponderem. Czytnik przesyła polecenia do<br />
transpondera modulując pole aktywujące.<br />
− Przedział D. Operacja odczytu / zapisu pamięci transpondera w trybie udoskonalonym.<br />
− Przedział E. Po zakończeniu wszystkich operacji czytnik wyłącza pole przez co najmniej<br />
3 ms. Transponder powraca do trybu ISO 11785.<br />
Przełączenie trybu transpondera FDX-B20 następuje w wyniku modulacji pola aktywującego<br />
z zastosowaniem parametrów jak w tab. 2-14.
– str. 55 z 187 –<br />
Tab. 2-14: Przełączenie trybu transpondera FDX-B20<br />
Modulacja pola aktywującego Modulacja amplitudowa (ASK): 10% do 25%<br />
Kodowanie Manchester:<br />
"0" narastające zbocze w środku bitowego<br />
przedziału czasu;<br />
"1" opadające zbocze w środku bitowego<br />
przedziału czasu.<br />
Szybkość transmisji 2 097 bit/s, LSB jako pierwszy.<br />
Polecenie przełączenie trybu na<br />
udoskonalony<br />
Modulacja amplitudy pola określonym ciągiem<br />
bitów (1011) podczas, gdy transponder nadaje<br />
nagłówek.<br />
Modulacja nośnej synchronicznie ze zmianami<br />
bitów transpondera.<br />
Przełączenie trybu pracy transpondera FDX-B20 następuje w wyniku nadawania przez<br />
czytnik sekwencji 4 bitów (1011) w czasie, gdy transponder FDX-B20 nadaje nagłówek, jak<br />
w normie ISO 11785. Modulacja pola aktywującego następuje synchronicznie ze zmianami<br />
stanu bitów transpondera, rys. 2-21.<br />
Rys. 2-21: Przełączenie transpondera FDX-B20, modulacja i zależności czasowe<br />
Objaśnienia:<br />
1 – odpowiedź transpondera, nagłówek wg ISO 11785<br />
2 – kodowanie pola aktywującego<br />
3 – sygnał anteny transpondera<br />
4 – składowa pola aktywującego<br />
5 – składowe transpondera<br />
t – czas<br />
Szczegółowe wymagania zdefiniowano w omawianej normie [5].<br />
Parametry komunikacji czytnika z transponderem są takie, jak zdefiniowane do przełączenia<br />
trybu pracy, tab. 2-14, z wyjątkiem szybkości transmisji, która wynosi 4 194 bit/s, czyli jest<br />
taka jak szybkość transmisji transpondera ISO 11785.
– str. 56 z 187 –<br />
W czasie, gdy czytnik przesyła polecenia, transponder nie powinien modulować pola<br />
aktywującego. W przykładzie na rys. 2-22 czytnik nadaje polecenie 0100 1000 (LSB jako<br />
pierwszy).<br />
Rys. 2-22: Modulacja polecenia dla transpondera FDX-B20<br />
Objaśnienia:<br />
1 – odpowiedź transpondera FDX-B20<br />
2 – kodowanie pola aktywującego<br />
3 – sygnał anteny transpondera<br />
4 – składowa pola aktywującego<br />
5 – składowe transpondera<br />
t – czas<br />
2.4.3 Transponder typu FDX-B100<br />
W wyniku odbioru i dekodowania ramki ISO 11785 czytnik powinien wykryć obecność<br />
transpondera udoskonalonego. W celu wprowadzenia transpondera w tryb udoskonalony, pole<br />
aktywujące powinno być wyłączone. A po tym przedziale, gdy było wyłączone, powinno być<br />
ponownie włączone i w określonym przedziale czasu do transpondera powinno być przesłane<br />
5-bitowe polecenie przełączenia.<br />
Po odebraniu tego polecenia transponder powinien przełączyć się w tryb udoskonalony.<br />
W tym trybie transponder FDX-B100 powinien odpowiadać tylko w wyniku polecenia<br />
przesłanego przez czytnik.<br />
Udoskonalony transponder FDX-B100 powinien powrócić do trybu ISO 11785 wskutek<br />
wyłączenia pola aktywującego przez co najmniej 5 ms. Procedurę wprowadzenia<br />
transpondera FDX-B100 w tryb udoskonalony przedstawiono na rys. 2-23. Przesyłanie<br />
poleceń do transpondera odbywa się w przedziałach C i D. W tym przykładzie w wyniku<br />
otrzymanego polecenia transponder przesyła dwa bloki danych (X1 i X2).
– str. 57 z 187 –<br />
Rys. 2-23: Przykład sekwencji odczytu transpondera FDX-B100<br />
Objaśnienia: 1 – pole aktywujące<br />
2 – odpowiedź transpondera<br />
A do E – przedziały czasu w cyklu odczytu<br />
T – kod transpondera<br />
X1, X2 – bloki danych<br />
t – czas<br />
− Przedział A. Czytnik odbiera ramkę ISO 11785. Bity w polu rezerwowym wskazują, że<br />
w polu czytnika znajduje się udoskonalony transponder FDX-B100.<br />
− Przedział B. Czytnik wyłącza pole aktywujące na co najmniej 5 ms w celu zerowania<br />
stanu transpondera.<br />
− Przedział C. Czytnik wysyła do transpondera polecenie przełączenia w tryb<br />
zaawansowany. To polecenie powinno być wydane w przedziale czasu następującym po<br />
zerowaniu stanu transpondera.<br />
− Przedział D. Operacje zapisu / odczytu pamięci transpondera w trybie zaawansowanym.<br />
− Przedział E. Po zakończeniu wszystkich operacji, albo gdy transponder znalazł się poza<br />
polem aktywującym, czytnik wyłącza pole, na co najmniej 5 ms, aby przygotować<br />
procedurę odczytu innego transpondera kompatybilnego z ISO 11785.<br />
Przełączenie trybu transpondera FDX-B100 na udoskonalony następuje w wyniku<br />
poprawnego odbioru polecenia wydanego w przedziale czasu po włączeniu pola<br />
aktywującego. Parametry sygnału przełączającego podano w tab. 2-15.<br />
Tab. 2-15: Przełączenie trybu transpondera FDX-B100<br />
Modulacja pola aktywującego Modulacja amplitudowa (ASK): 90% do 100%<br />
Kodowanie Binarna długości impulsu.<br />
Szybkość transmisji 6 000 bit/s, LSB jako pierwszy.<br />
Polecenie przełączenie trybu<br />
na udoskonalony<br />
Zależności czasowe przełączenia<br />
trybu<br />
Przełączająca sekwencja bitów 000 11<br />
Wysoki poziom pola do uzyskania<br />
warunku TSTOP<br />
Określone 5-bitowe polecenie nadawane po przerwaniu pola<br />
aktywującego, przez co najmniej 5 ms.<br />
Czas ustalenia warunków zasilania transpondera 312,5 btu.<br />
Okno przełączenia po ustaleniu zasilania 232,5 btu /* .<br />
Wszystko w przedziale C na rys. 2-23.<br />
Min. 36 btu.<br />
/* btu – basic time unit (1 okres częstotliwości pola aktywującego).
– str. 58 z 187 –<br />
Przykład modulacji pola przy przesyłaniu polecenia dla transpondera FDX-B100<br />
przedstawiono na rys. 2-24.<br />
Rys. 2-24: Modulacja polecenia dla transpondera FDX-B100<br />
Objaśnienia:<br />
1 – odpowiedź transpondera (brak odpowiedzi)<br />
2 – kodowanie pola aktywującego<br />
3 – sygnał anteny transpondera<br />
4 – składowa pola aktywującego<br />
t – czas<br />
Parametry sygnału czytnika są takie same, jak zdefiniowane w tab. 2-15 dla sygnału<br />
przełączenia trybu pracy transpondera.<br />
2.4.4 Transponder HDX–ADV<br />
Ponieważ transpondery HDX–ADV pracują w trybie półdupleksu, mogą być przełączane<br />
w tryb udoskonalony w każdym cyklu odczytu. W celu wprowadzenia transpondera w tryb<br />
udoskonalony w drugiej części przedziału czasu przeznaczonego na aktywację transponderów<br />
pole powinno być modulowane kodem polecenia lub danymi, które mają być zapisane<br />
w pamięci transpondera.<br />
Po poprawnym odebraniu kodu polecenia transponder powinien przesłać dane zgodnie z tym<br />
poleceniem w czasie przerwy pola aktywującego następującej po przedziale, w którym<br />
polecenie zostało nadane.<br />
W przykładzie na rys. 2-25 przesłanie polecenia przez czytnik następuje w przedziale (C).<br />
Transponder odpowiada wysyłając dwa bloki danych (X1) i (X2).<br />
Rys. 2-25: Komunikacja z udoskonalonym transponderem HDX (HDX–ADV)
– str. 59 z 187 –<br />
Objaśnienia:<br />
1 – pole aktywujące<br />
2 – odpowiedź transpondera<br />
A – niemodulowane pole aktywujące<br />
C – pole aktywujące modulowane kodem polecenia<br />
B – przerwa 20 ms na czas telegramu transpondera<br />
T – kod transpondera<br />
X1, X2 – bloki danych transpondera<br />
t – czas<br />
− Przedział A. Czytnik wytwarza pole w celu aktywacji transponderów FDX zgodnych<br />
z normą ISO 11785 lub udoskonalonych (opisanych w normie ISO 14223-1) przez czas<br />
50 ms do 100 ms, zależnie od obecności transponderów FDX–B.<br />
− Przedział B. Czytnik wyłącza pole aktywujące przez 20 ms w celu odczytu<br />
transponderów HDX zgodnych z normą ISO 11785 lub pierwszej ranki transponderów<br />
HDX–ADV (T).<br />
− Przedział C. Czytnik moduluje pole aktywujące kodem polecenia w celu przesłania<br />
polecenia do transpondera HDX–ADV.<br />
Przełączenie trybu do udoskonalonego następuje w wyniku poprawnego odbioru polecenia.<br />
Polecenie to zawiera instrukcje przełączenia w tryb udoskonalony <strong>oraz</strong> instrukcje dotyczące<br />
wymaganej odpowiedzi. W każdym nowym cyklu odczytu transponder rozpoczyna działanie<br />
w trybie ISO 11785 i pozostaje w tym trybie, jeżeli nie otrzyma innego polecenia z czytnika.<br />
Parametry sygnału stosowanego do przesyłania poleceń do transpondera HDX–ADV<br />
przedstawiono w tab. 2-16.<br />
Tab. 2-16: Parametry interfejsu radiowego czytnika HDX-ADV<br />
Modulacja pola aktywującego Modulacja amplitudowa (ASK): 90% do 100%<br />
Kodowanie Modulacja szerokości impulsu.<br />
Szybkość transmisji 500 bit/s<br />
Komunikacja z transponderem jest wykorzystywana do przesyłania poleceń, adresów bloków<br />
danych <strong>oraz</strong> danych do transpondera. Procedura komunikacji czytnika z transponderem<br />
powinna się rozpoczynać natychmiast po przedziale czasu, w którym jest przekazywana<br />
energia do transpondera. Procedury zapisu danych do transpondera i programowania danych<br />
w pamięci transpondera różnią się. Programowanie powinno być przeprowadzane po<br />
zapisaniu danych. Podczas programowania pole aktywujące czytnika powinno być ciągłe<br />
przez co najmniej 15 ms.<br />
2.5 Aspekty techniczne i regulacyjne identyfikacji zwierząt<br />
Zobowiązania krajów UE w związku z utworzeniem systemu identyfikacji zwierząt wynikają<br />
z decyzji [9] Komisji Europejskiej z dnia 15.12.2006 r. wykonującej rozporządzenie Rady<br />
(WE) nr 21/2004 opublikowanej w Dz. Urzędowym UE L 401 z dn. 30.12.2006. W związku<br />
z obowiązkiem identyfikacji zwierząt Wspólne Centrum Badawcze (JRC) Komisji<br />
opracowało wytyczne do stosowania [10] <strong>oraz</strong> wytyczne do badania, oceny skuteczności<br />
i wiarygodności urządzeń <strong>RFID</strong> [11] przeznaczonych do elektronicznej identyfikacji zwierząt.<br />
Zalecany system badania i oceny ma służyć do ustalenia wykazu transponderów i czytników
– str. 60 z 187 –<br />
dopuszczonych do stosowania w krajach UE. Elementem tego systemu mają być kompetentne<br />
krajowe jednostki badawcze (National Reference Laboratories).<br />
Część pierwsza dokumentu JRC [10] stanowi przewodnik dla służb weterynaryjnych<br />
w zakresie zalecanych metod znakowania zwierząt za pomocą różnego rodzaju<br />
identyfikatorów elektronicznych, umieszczanych w różnych partiach ciała, a także odczytu<br />
i odzyskiwania tych identyfikatorów.<br />
W drugiej części dokumentu JRC [11] opisano charakterystyki techniczne identyfikatorów<br />
elektronicznych do znakowania zwierząt <strong>oraz</strong> czytników, a także procedury badań i kryteria<br />
akceptacji urządzeń, które mają być stosowane w krajach UE zgodnie z rozporządzeniem nr<br />
21/2004.<br />
Transpondery zalecane do znakowania zwierząt mają być urządzeniami pasywnymi (bez<br />
wbudowanego źródła zasilania), przeznaczonymi tylko do odczytu. Obudowa transponderów<br />
powinna być wodoszczelna. Wymaga się, aby kod identyfikacyjny być mógł być zmieniony.<br />
Zgodnie z wytycznymi ICAR do znakowania inwentarza żywego stosuje się trzy rodzaje<br />
transponderów:<br />
– wstrzykiwane (injectable) – transpondery o małych wymiarach, które mogą być wszczepiane<br />
do ciała zwierzęcia metodą wstrzykiwania, umieszczone w obudowie z gładkiego<br />
materiału obojętnego biologicznie, np. szkła;<br />
Przykład konstrukcji transpondera wstrzykiwanego przedstawiono na rys. 1-6 w p. 1.2.2.1.<br />
– kolczyki do ucha (electronic ear-tag) – transpondery w plastikowej obudowie, przeznaczone<br />
do mocowania w uchu za pomocą mechanizmu blokującego lub dołączane w sposób<br />
nieodwracalny do kolczyka;<br />
Przykłady kolczyków z transponderami przedstawiono na rys. 1-7 w p. 1.2.2.1.<br />
– piguły dla zwierząt przeżuwających (ruminal bolus) – transpondery umieszczone w obudowie<br />
o dużej masie, np. ceramicznej, wprowadzane doustnie do przewodu pokarmowego<br />
zwierząt przeżuwających, które ze względu na masę, kształt i rozmiar pozostają tam na<br />
stałe.<br />
Przykład piguły z transponderem przedstawiono na rys. 1-8 w p. 1.2.2.1.<br />
Do identyfikacji owiec i kóz dopuszczono tylko kolczyki lub piguły. Transpondery<br />
wstrzykiwane mają mały zasięg i tendencję do migracji pod skórą. Ze względu na małe<br />
wymiary stwarza to problemy z ich odnalezieniem w czasie uboju w rzeźni w przypadku<br />
dużych zwierząt.<br />
Zgodnie z decyzją nr 21/2004, którą poprzedziły badania laboratoryjne i testy w warunkach<br />
rzeczywistych, elektroniczne systemy identyfikacji zwierząt powinny spełniać następujące<br />
wymagania:<br />
1. Identyfikatory powinny zawierać transpondery pasywne, tylko do odczytu, wykorzystujące<br />
komunikację w trybie HDX lub FDX zgodnie z opisem w normie ISO 11785.<br />
2. Elektroniczne kody identyfikacji powinny być takie, jak zdefiniowano w normie ISO 11784.<br />
3. Czytniki powinny umożliwiać odczyt kompletnego kodu transponderów HDX lub FDX<br />
o strukturze zdefiniowanej w normie ISO 11784.<br />
4. Czytniki powinny wyświetlać odczytany kod kraju, indywidualny kod identyfikacyjny,<br />
kod powtórnego oznakowania i pole informacji użytkownika (np. kod gatunku<br />
zwierzęcia).
– str. 61 z 187 –<br />
5. Dla czytników noszonych minimalna obowiązująca odległość odczytu wynosi 12 cm<br />
w przypadku kolczyków i 20 cm w przypadku piguł. Te odległości są mierzone<br />
w warunkach określonych w standardzie.<br />
6. Dla czytników stacjonarnych minimalna obowiązująca odległość odczytu wynosi 50 cm.<br />
Minimalna odległość odczytu dla czytników stacjonarnych ma zapewniać w normalnych<br />
warunkach użytkowania co najmniej jeden poprawny odczyt, gdy zwierzę<br />
z identyfikatorem elektronicznym przemieszcza się obok anteny spokojnym krokiem<br />
w wyznaczonym kanale o szerokości dostosowanej do rozmiarów zwierzęcia.<br />
2.6 Badania urządzeń <strong>RFID</strong> pracujących w pasmach LF<br />
Zalecane metody badania zgodności transponderów i czytników <strong>RFID</strong> pracujących<br />
w pasmach LF ze specyfikacjami systemów zdefiniowanych w normie ISO/IEC 18000-2 [1]<br />
opisano w dokumencie ISO/IEC TR 18047-2 [8]. W dokumencie tym przyjęto, że czytnik<br />
<strong>RFID</strong> zgodny z normą ISO/IEC 18000-2 powinien obsługiwać oba tryby pracy: typ A (FDX)<br />
<strong>oraz</strong> typ B (HDX). Natomiast badane transpondery należą albo do typu A, albo do typu B.<br />
Wymagane badania obejmują funkcjonalności obowiązkowe <strong>oraz</strong> te funkcjonalności<br />
opcjonalne, spośród zdefiniowanych w tej normie, które są zaimplementowane w urządzeniu<br />
przedstawionym do badań.<br />
W przypadku innych specyficznych zastosowań metody badania urządzeń <strong>RFID</strong> pracujących<br />
w pasmach LF mogą się różnić od opisanych w tym punkcie.<br />
2.6.1 Ogólne warunki wykonywania badań<br />
Przyjęto, że normalne warunki wykonywania badań parametrów i funkcjonalności urządzeń<br />
<strong>RFID</strong> powinny być następujące:<br />
• Temperatura: 23ºC ±3ºC.<br />
• Wilgotność względna: 40 % do 60 % bez kondensacji pary wodnej.<br />
• Dopuszczalna tolerancja wielkości mierzonych: 5 %.<br />
• Tło szumowe powinno być niżej co najmniej o 20 dB w stosunku do mierzonego sygnału<br />
pochodzącego od urządzenia badanego (DUT) w danym zakresie częstotliwości.<br />
Uwagi. 1. Tło szumowe (noise floor) jest miarą, stałego poziomu energii występującej w środowisku<br />
pracy systemu <strong>RFID</strong> w wykorzystywanym zakresie częstotliwości.<br />
2. W przypadku pomiarów emisji niepożądanych w paśmie LF szczególną uwagę należy<br />
zwrócić na emisje pochodzące z otoczenia stanowiska pomiarowego, zwłaszcza<br />
wytwarzane przez monitory ekranowe CRT komputerów i aparatury.<br />
2.6.2 Badanie transponderów LF<br />
2.6.2.1 Minimalne natężenie pola<br />
Celem pomiaru jest ustalenie minimalnej wartości natężenia pola magnetycznego wymaganej<br />
do otrzymania pełnej funkcjonalności danego typu transpondera. Transponder uzyskuje pełną<br />
funkcjonalność, jeżeli z pola magnetycznego wytwarzanego przez czytnik uzyskuje energię<br />
wystarczającą do nadawania informacji przechowywanej w pamięci układu scalonego.<br />
Minimalne natężenie pola uaktywniające dany transponder zależy od konstrukcji jego anteny<br />
(zwłaszcza jej powierzchni i liczby zwojów <strong>oraz</strong> ewentualnie użytego rdzenia ferrytowego),<br />
rodzaju obudowy <strong>oraz</strong> właściwości układu scalonego (chip).
– str. 62 z 187 –<br />
Minimalne natężenie pola magnetycznego wymagane do aktywacji transpondera nie jest<br />
określone w wymaganiach normy ISO/IEC 18000-2, ale sprawdzenie tego parametru jest<br />
konieczne do wykonania badań funkcjonalności transponderów określonych w tej normie.<br />
2.6.2.2 Poziom odpowiedzi transpondera:<br />
− W trybie FDX transponder moduluje amplitudę natężenia pola wytwarzanego przez<br />
czytnik (por. p. 2.2.1). Odpowiedź transpondera charakteryzuje różnica poziomu<br />
(amplitudy) między zmierzonym dla bitu "1" i zmierzonym dla bitu "0". Ponieważ te<br />
wartości poziomu odpowiedzi transpondera zależą od natężenia pola magnetycznego,<br />
w którym transponder się znajduje, to w celu uzyskania właściwej charakterystyki<br />
modulacji należy zbadać poziom odpowiedzi transpondera przy różnych natężeniach pola<br />
pobudzającego.<br />
− W trybie HDX transmisja transpondera polega na binarnej modulacji częstotliwości<br />
(FSK, por. p. 2.2.2). Poziom odpowiedzi transpondera charakteryzuje różnica średniej<br />
wartości poziomu sygnału mierzonego dla bitu "1" i bitu "0".<br />
Przykład wyposażenia stanowiska do badania transponderów LF przedstawiono na rys. 2-26.<br />
Rys. 2-26: Schemat funkcjonalny stanowiska do badania transponderów LF [8]<br />
Legenda:<br />
AWG – generator funkcji dowolnej<br />
CN – sieć kompensacyjna<br />
DUT – badany transponder<br />
FWG – programowany generator funkcji<br />
HSC1 – 1 cewka Helmholtza czujnika pola<br />
HSC2 – 2 cewka Helmholtza czujnika pola
– str. 63 z 187 –<br />
HTA1 – 1 cewka Helmholtza anteny nadawczej<br />
HTA2 – 2 cewka Helmholtza anteny nadawczej<br />
MN – sieć dopasowująca<br />
RHTA – szeregowy rezystor pomiarowy (4,7 Ω)<br />
SC – cewka obwodu kompensacyjnego<br />
Uwaga: Cewka Helmholtza (nazywana także parą Helmholtza) składa się z pary identycznych płaskich<br />
cewek indukcyjnych o kształcie koła, umieszczonych symetrycznie wzdłuż wspólnej osi po obu<br />
stronach obiektu badanego. Odległość pomiędzy cewkami jest równa promieniowi każdej<br />
z cewek. Cewki są połączone szeregowo w ten sposób, że prąd przepływa w tym samym<br />
kierunku, wytwarzając zgodnie skierowane pole magnetyczne. Konstrukcja tego rodzaju<br />
wytwarza jednorodne pole magnetyczne w przestrzeni o kształcie cylindra zawartej między<br />
cewkami. Podstawy teoretyczne działania cewki Helmholtza opisano np. w encyklopedii<br />
internetowej [http://en.wikipedia.org] pod hasłem "Helmholtz coil".<br />
W układzie jak na rys. 2-26 jako źródło modulowanego sygnału o wymaganej częstotliwości<br />
można zastosować albo generator sygnału sinusoidalnego modulowany z generatora kodu,<br />
albo programowany generator funkcji dowolnej (AWG). Sieć dopasowująca (MN) zapewnia<br />
dopasowanie wypadkowej impedancji cewek HTA1 i HTA2 <strong>oraz</strong> rezystora pomiarowego<br />
RHTA do 50 Ω impedancji wyjściowej wzmacniacza <strong>oraz</strong> filtrację prądu pobudzającego<br />
cewki.<br />
Moc rozpraszana w każdej z cewek HTA1 i HTA2 i w rezystorze RHTA jest zależna od<br />
prądu płynącego przez cewki i może wynosić do 20 W w RHTA i po 2 W w każdej z cewek,<br />
jeżeli moc dostarczona przez wzmacniacz osiąga 25 W.<br />
Pomiarowe pole magnetyczne jest wytwarzane przez antenę nadawczą wykonaną jako para<br />
cewek Helmholtza. W wyniku zastosowania tego rodzaju anteny w obszarze otaczającym<br />
badany transponder (DUT) pole to jest jednorodne. Sieć dopasowująca powinna zapewnić<br />
dostateczną filtrację prądu pobudzającego cewki, aby wytwarzane pole nie zawierało np.<br />
harmonicznych częstotliwości nośnej. Istnieje ścisła zależność między prądem pobudzającym<br />
cewkę Helmholtza, a natężeniem wytwarzanego pola magnetycznego. Zatem mierząc prąd<br />
płynący w obwodzie tej cewki, lub pośrednio mierząc napięcie na rezystorze połączonym<br />
szeregowo z cewką, można obliczyć natężenie pola magnetycznego [8].<br />
NHTA × URHTA,pp<br />
H rms =<br />
1,9764× DHTA × RRHTA<br />
gdzie:<br />
Hrms – wartość skuteczna natężenia pola magnetycznego,<br />
NHTA – liczba zwojów każdej z cewek HTA,<br />
URHTA,pp – wartość międzyszczytowa (VPP) spadku napięcia mierzona na zewnętrznym<br />
rezystorze szeregowym.<br />
DHTA – odległość między cewkami HTA,<br />
RRHTA – rezystancja zewnętrznego rezystora szeregowego,<br />
IRHTA – prąd płynący przez cewki HTA1 i HTA2 <strong>oraz</strong> rezystor RHTA,<br />
Uwaga: Przybliżona zależność między natężeniem pola magnetycznego i prądem płynącym przez<br />
cewki HTA i rezystor RTHA jest określana z zależności H = 38,5 × IRHTA [A/m] [8].<br />
Do badania odpowiedzi transpondera typu FDX stosuje się konfigurację z trzema cewkami<br />
czujnika pola, w której dwie cewki HSC1 i HSC2 są umieszczone po obu stronach badanego<br />
transpondera wewnątrz nadawczej cewki Helmholtza (pomiędzy HTA1 i HTA2), a trzecia<br />
cewka SC jest tylko czujnikiem amplitudy generowanego pola i powinna być umieszczona na
– str. 64 z 187 –<br />
zewnątrz. Pole wytwarzane przez cewki nadawcze indukuje napięcie w cewkach HSC1<br />
i HSC2. Napięcie to jest w sieci kompensacyjnej (CN) sumowane z napięciem z cewki SC,<br />
w ten sposób, aby gdy transponder nie jest aktywny następowała wzajemna kompensacja<br />
indukowanych napięć nie przenoszących informacji. Jeżeli badany transponder (DUT)<br />
moduluje natężenie pola wytwarzanego przez antenę nadawczą, to na skutek zmian napięcia<br />
indukowanego w cewkach czujnika pola HSC1 i HSC2 na wyjściu sieci kompensacyjnej<br />
(CN) powstaje napięcie o modulowanej amplitudzie, które należy obserwować za pomocą<br />
oscyloskopu.<br />
Kompensacja ma na celu zminimalizowanie szumowego tła pomiaru. Procedura kompensacji<br />
powinna być powtarzana przed każdym pomiarem.<br />
Do badania odpowiedzi transpondera typu HDX stosuje się konfigurację z dwoma cewkami<br />
czujnika pola HSC1 i HSC2 umieszczonymi po obu stronach badanego transpondera<br />
wewnątrz nadawczej cewki Helmholtza (pomiędzy HTA1 i HTA2). HSC są czujnikami<br />
generowanego pola i sygnału generowanego przez transponder. Sygnały o częstotliwości<br />
reprezentującej odpowiednio bit "0" lub bit "1" są doprowadzane bezpośrednio do<br />
oscyloskopu. Do badań częstotliwości transponderów HDX zewnętrzna cewka SC i sieć<br />
kompensacyjna nie są wymagane, ponieważ podczas transmisji transpondera typu HDX pole<br />
czytnika jest wyłączane.<br />
2.6.2.3 Wytwarzanie pomiarowego pola magnetycznego<br />
Wymagania odnośnie konstrukcji anteny przeznaczonej do wytwarzania pomiarowego pola<br />
magnetycznego, składającej się z dwóch cewek Helmholtza, przedstawiono na rys. 2-27<br />
i rys. 2-28 [8].<br />
Rys. 2-27: Pozycja badanego transpondera (DUT) względem cewek wytwarzających pole
– str. 65 z 187 –<br />
Rys. 2-28: Konstrukcja cewek HTA<br />
Aby wykonać cewkę HTA należy nawinąć 5 zwojów izolowanego drutu, o parametrach<br />
podanych na rysunku, na korpusie o średnicy 200 ± 0,5 mm. Przy częstotliwości 100 kHz<br />
indukcyjność cewki powinna wynosić 16 µH, a rezystancja uzwojenia ok. 0,4 Ω. Odległość<br />
między cewkami należy ustalić na 100 ±0,5 mm.<br />
Schemat sieci dopasowującej cewki HTA1 i HTA2 wytwarzające pomiarowe pole<br />
magnetyczne przedstawiono na rys. 2-29.<br />
Rys. 2-29: Sieć dopasowująca (MN)<br />
Kondensatory C1 i C2 są dobierane w celu dopasowania szeregowej impedancji cewek<br />
HTA1, HTA2 i rezystora RHTA = 5 Ω do standardowej impedancji 50 Ω. Pojemności<br />
kondensatorów, które należy zastosować w tej sieci są różne dla częstotliwości 125 kHz<br />
i 134,2 kHz. Zalecane wartości podano w tab. 2-17.<br />
Tab. 2-17: Pojemności kondensatorów w sieci MN<br />
Element sieci Dopasowanie przy 125 kHz Dopasowanie przy 134,2 kHz<br />
C1 [nF] 18 15<br />
C2 [nF] 35 30<br />
Uwaga: Podając wartość rezystancji RHTA uwzględniono 0,4 Ω szeregowej rezystancji cewek<br />
HTA.<br />
2.6.2.4 Odbiór sygnału transpondera<br />
Pole magnetyczne transpondera należy mierzyć wykorzystując dwie cewki czujnika pola<br />
HSC1 i HSC2 w konfiguracji Helmholtza, a w przypadku transponderów FDX także<br />
dodatkową cewkę SC dostarczającą napięcie do kompensacji napięcia indukowanego
– str. 66 z 187 –<br />
w cewkach HSC przez wytwarzane pole pobudzające transponder. Stosowanie cewek<br />
czujnika w konfiguracji Helmholtza jest uzasadnione minimalizacją efektów związanych<br />
z umiejscowieniem badanego transpondera. Konstrukcje cewek HSC i SC przedstawiono na<br />
rys. 2-30.<br />
Rys. 2-30: Konstrukcja cewek HSC i SC [8]<br />
70 zwojów drutu o średnicy 0,1 mm należy nawinąć na korpusie o średnicy 99 ±0,2 mm. Przy<br />
częstotliwości 100 kHz indukcyjność cewek HSC1 i HSC2 powinna wynosić 1,5 mH,<br />
a rezystancja uzwojenia 55 Ω, natomiast cewki SC odpowiednio 650 µH i 35 Ω. Ponieważ<br />
cewki HSC znajdują się w polu modulowanym przez transponder, a SC jest w polu, gdzie<br />
oddziaływanie transpondera jest znacznie mniejsze, to sumowanie napięcia z trzech cewek,<br />
z zachowaniem właściwej biegunowości, w układzie jak na rys. 2-31, pozwala skompensować<br />
napięcie indukowane przez pole wytworzone przez cewki nadawcze HTA. Potencjometr P1<br />
jest regulowany do uzyskania minimalnego napięcia mierzonego oscyloskopem.<br />
Rys. 2-31: Schemat sieci kompensacyjnej (CN) [8]<br />
gdzie R1 = 15 kΩ, R2 =100 kΩ, P1 = 10 kΩ<br />
Badany transponder, cewki HSC i SC powinny być ustawione współosiowo z HTA, jak na<br />
rys. 2-32.
– str. 67 z 187 –<br />
Rys. 2-32: Wzajemne ustawienie cewek w układzie pomiarowym [8]<br />
Uwaga: Transponder z anteną bez rdzenia ferromagnetycznego powinien być ustawiony równolegle<br />
do płaszczyzny cewki nadawczej. Transponder z rdzeniem ferrytowym powinien być<br />
ustawiony prostopadle.<br />
Sonda stosowanego oscyloskopu powinna mieć rezystancję wejściową co najmniej 10 MΩ<br />
i pojemność wejściową mniejszą niż 20 pF. Aby uniknąć niepożądanych efektów<br />
wynikających z rozproszonych pojemności użytych rezystorów, które mogą uniemożliwić<br />
dokładną kompensację napięcia zaleca się [8] użycie jako R2 kilku rezystorów połączonych<br />
szeregowo (np. 6 × 15 kΩ + 10 kΩ).<br />
Oscyloskop powinien próbkować sygnał z szybkością minimum 5 mega próbek/s<br />
z rozdzielczością co najmniej 8 bitów. Zaleca się, aby było możliwe uzyskanie danych<br />
wyjściowych w postaci pliku testowego, który może być wykorzystany przez program<br />
analizujący wyniki pomiaru.<br />
2.6.2.5 Procedura badania transponderów FDX<br />
W układzie pomiarowym jak na rys. 2-26 generator fali nośnej (FWG lub AWG) powinien<br />
wytwarzać ciągłą falę sinusoidalną o częstotliwości 125 kHz, bez modulacji.<br />
Prąd anteny nadawczej należy wyregulować tak, by natężenie pola magnetycznego wynosiło<br />
1 A/m.<br />
Potencjometr P1 w sieci kompensacyjnej ustawić w pozycji, w której występuje minimum<br />
napięcia mierzonego oscyloskopem.<br />
Możliwość kompensacji należy sprawdzić przy trzech wartościach natężenia pola<br />
magnetycznego 1 A/m, 0,1 A/m i 10 A/m. Dla każdej z tych trzech wartości należy<br />
przeprowadzić następujące czynności:<br />
− ustawić właściwe natężenie prądu anteny zapewniające wymagane natężenie pola<br />
magnetycznego;<br />
− zarejestrować cyfrowo segment sygnału o czasie trwania 25 ms;<br />
− zarejestrowaną próbkę sygnału przekształcić za pomocą dyskretnej transformaty Fouriera<br />
stosując dwie częstotliwości: FUP = (1 + 1/32) × fC, FDOWN = (1 – 1/32) × fC,<br />
gdzie fC = 125 kHz.
– str. 68 z 187 –<br />
Stanowisko pomiarowe jest właściwie przygotowane, jeżeli wyniki transformacji próbek<br />
z aktywnym transponderem są co najmniej 10-krotnie większe niż wyniki transformacji<br />
próbek bez transpondera.<br />
2.6.2.6 Procedura badania transponderów w trybie HDX<br />
W układzie pomiarowym jak na rys. 2-26 generator fali nośnej należy wyłączyć.<br />
W konfiguracji składającej się z dwóch cewek HSC1 i HSC2 należy zarejestrować cyfrowo<br />
segment sygnału (napięcie tła) o czasie trwania 25 ms. Zarejestrowaną próbkę należy<br />
przekształcić za pomocą dyskretnej transformaty Fouriera, stosując dwie częstotliwości:<br />
fC = 134,2 kHz <strong>oraz</strong> f1 = 123,7 kHz.<br />
Stanowisko pomiarowe jest właściwie przygotowane, jeżeli wyniki transformacji próbek<br />
sygnału zapisanych w czasie odpowiedzi transpondera są co najmniej 10-krotnie (20 dB)<br />
większe niż wyniki transformacji próbek sygnału bez odpowiedzi transpondera.<br />
2.6.2.7 Pomiary minimalnej wartości natężenia pola aktywacji<br />
Celem pomiaru jest wyznaczenie wartości natężenia pola, przy której badany transponder<br />
może odebrać polecenie nadawania i nadawać poprawną odpowiedź. Dla przeprowadzenia<br />
tego badania dane z wyjścia oscyloskopu powinny być przetwarzane np. za pomocą programu<br />
PC, który z odbieranego strumienia danych odczytuje kod SUID transpondera.<br />
Odebrany kod powinien być kompletny, spójny z CRC <strong>oraz</strong> nadawany we właściwym<br />
przedziale czasu.<br />
Procedura badania transpondera FDX obejmuje następujące kroki:<br />
− Zerowanie (kompensacja) układu pomiarowego.<br />
− Ustawienie wymaganej częstotliwości fali nośnej generatora (125 kHz) z modulacją<br />
odwzorowującą kod polecenia inwentarzowego z jedną szczeliną czasową, zgodnie<br />
z normą ISO/IEC 18000-2.<br />
− Należy ustawić prąd anteny tak, aby wytwarzała pole o natężeniu 1 A/m, a następnie<br />
zmniejszać go, aż do zaniku odpowiedzi transpondera.<br />
− Następnie należy zwiększać prąd do wartości, przy której uzyskuje się poprawne<br />
odpowiedzi i dodatkowo zwiększyć o 10%. Natężenie pola, które odpowiada ustalonej<br />
w ten sposób wartości prądu jest definiowane jako minimalne natężenie pola<br />
uaktywniające transponder.<br />
− Napięcie wyjściowe sieci kompensacyjnej należy zarejestrować cyfrowo w czasie 25 ms.<br />
− Strumień danych zarejestrowany w tym przedziale czasu należy przetworzyć w celu<br />
uzyskania kodu SUID.<br />
Pomiar minimalnej wartości natężenia pola uaktywniającego transponder HDX powinien<br />
obejmować następujące czynności:<br />
− Ustalenie poziomu tła układu pomiarowego.<br />
− Ustawienie wymaganej częstotliwości fali nośnej (134,2 kHz) z modulacją<br />
−<br />
odwzorowującą kod odpytywania transpondera.<br />
Ustawienie prądu anteny nadawczej, tak by wytwarzała pole o natężeniu 1 A/m,<br />
a następnie zmniejszanie prądu, aż do zaniku odpowiedzi transpondera.<br />
− Następnie zwiększenie prądu do wartości, przy której uzyskuje się poprawne odpowiedzi<br />
i dodatkowo zwiększenie o 10%. Natężenie pola, które odpowiada ustalonej w ten sposób<br />
wartości prądu jest definiowane jako minimalne natężenie pola uaktywniające<br />
transponder.
– str. 69 z 187 –<br />
− Napięcie wyjściowe sieci kompensacyjnej należy zarejestrować cyfrowo w czasie 25 ms.<br />
− Strumień danych zarejestrowany w tym przedziale czasu należy przetworzyć w celu<br />
uzyskania kodu SUID.<br />
2.6.2.8 Inne parametry transponderów<br />
Opisane wyżej stanowisko pomiarowe jest wykorzystywane również do badania<br />
następujących parametrów transponderów LF:<br />
− Poziom odpowiedzi transpondera.<br />
Celem tego badania jest określenie poziomu sygnału transpondera w zakresie zmian<br />
natężenia pola uaktywniającego od wartości minimalnej, definiowanej zgodnie z ww.<br />
opisaną procedurą do wartości 50 A/m.<br />
− Czas oczekiwania transpondera.<br />
Celem tego badania jest sprawdzenie czasu, w którym uzyskuje się odpowiedź<br />
transpondera na polecenie inwentarzowe.<br />
2.6.3 Wyposażenie do badania czytników<br />
Badania czytnika powinny obejmować oba kierunki transmisji:<br />
− od czytnika do transpondera pod względem natężenia i parametrów pola wytwarzanego<br />
przez nadajnik czytnika;<br />
− od transpondera do czytnika pod względem czułości odbiornika.<br />
2.6.3.1 Emulator transponderów<br />
Układ emulatora transponderów (Tag Emulation Circuit, TEC) powinien być stosowany<br />
podczas badań czytnika jako urządzenie zastępujące transponder FDX i HDX, które może być<br />
odtwarzane w każdym laboratorium ilekroć zachodzi taka potrzeba. Składa się ze<br />
standardowych elementów dyskretnych, dzięki czemu można uniknąć odchyleń<br />
spowodowanych postępem <strong>technik</strong>i i rozrzutem parametrów transponderów oferowanych na<br />
rynku. Zalecany układ emulatora transponderów opisano w Aneksie A dokumentu<br />
ISO/ICE TR 18047-2 [8].<br />
Optymalna orientacja transpondera względem anteny czytnika zależy od rodzaju anten,<br />
w jakie są wyposażone transponder i badany czytnik. Zasady wyjaśniono na rys. 2-33 dla<br />
przypadku czytnika z anteną bez rdzenia ferrytowego i na rys. 2-34 dla przypadku czytnika<br />
z anteną, której zwoje obejmują rdzeń ferrytowy.<br />
Rys. 2-33: Badanie czytnika z anteną bez rdzenia ferrytowego
– str. 70 z 187 –<br />
Rys. 2-34: Badanie czytnika z anteną ferrytową<br />
2.6.3.2 Indeks modulacji amplitudy i kształt przebiegu<br />
Celem badania jest sprawdzenie parametrów czasowych modulowanego przebiegu<br />
wytwarzanego przez czytnik. Czytnik powinien być nastawiony do nadawania polecenia<br />
inwentarzowego zgodnie z ISO/IEC 18000-2 [1].<br />
Antenę emulatora transponderów należy ustawić po środku przestrzeni odczytu zdefiniowanej<br />
przez producenta czytnika. Sondę oscyloskopu o dużej impedancji należy dołączyć do cewki<br />
i zmierzyć indukowane napięcie obwodu nieobciążonego.<br />
Uwaga: Długość połączenia sondy z ziemią powinna być jak najmniejsza.<br />
Obserwując i rejestrując przebieg napięcia należy określić indeks modulacji i parametry<br />
czasowe określone w normie (por. p. 2.2).<br />
2.6.3.3 Badanie mocy generowanej w trybie FDX<br />
Celem badania jest sprawdzenie, czy czytnik dostarcza moc wystarczającą do zasilania<br />
transponderów typu A (FDX). Czytnik powinien wytwarzać przebieg ciągły. Emulator<br />
transpondera należy umieścić w optymalnej orientacji (por. rys. 2-33 lub rys. 2-34), aby<br />
w układzie jak na rys. 2-35, opisanym w p. 2.6.3.7, uzyskać napięcie VDC równe 2 V. Należy<br />
określić odległość między anteną emulatora i anteną czytnika. Wymagania są spełnione, jeżeli<br />
odległość wynosi, co najmniej 1 cm.<br />
2.6.3.4 Badanie mocy generowanej w trybie HDX<br />
Celem badania jest sprawdzenie, czy czytnik dostarcza moc wystarczającą do zasilania<br />
transponderów typu B (HDX). Podczas tego badania czytnik powinien wytwarzać przebieg<br />
ciągły. Emulator transpondera należy umieścić w optymalnej orientacji (por. rys. 2-33 lub<br />
rys. 2-34), aby w układzie jak na rys. 2-36, opisanym w p. 2.6.3.7, uzyskać napięcie VCL<br />
równe 5 V po 50 ms fazy ładowania. Należy określić odległość między anteną emulatora<br />
i anteną czytnika. Wymagania są spełnione, jeżeli odległość wynosi, co najmniej 1 cm.<br />
2.6.3.5 Detekcja odpowiedzi transpondera FDX<br />
Celem badania jest sprawdzenie zdolności czytnika do odbioru danych z transponderów FDX.<br />
Czytnik powinien wytwarzać przebieg ciągły. Emulator transpondera należy umieścić<br />
w takiej odległości od anteny czytnika, aby uzyskać napięcie VDC równe 3 V. Wynik badania<br />
jest pozytywny, jeżeli czytnik pomyślnie odbiera każdy bit odpowiedzi na polecenie<br />
inwentarzowe generowanej przez emulator transponderów.<br />
2.6.3.6 Detekcja odpowiedzi transpondera HDX<br />
Celem badania jest sprawdzenie zdolności czytnika do odbioru danych z transponderów<br />
HDX. Gdy czytnik wytwarza przebieg ciągły emulator transpondera należy umieścić w takiej<br />
odległości od anteny czytnika, aby uzyskać napięcie VCL równe 5 V po 50 ms fazy<br />
ładowania. Wynik badania jest pozytywny, jeżeli czytnik pomyślnie odbiera każdy bit
– str. 71 z 187 –<br />
odpowiedzi na polecenie inwentarzowe generowanej przez emulator transpondera pobudzany<br />
z AWG napięciem VPP na 50 Ω.<br />
2.6.3.7 Opis emulatorów transponderów<br />
Parametry anteny emulatora transponderów powinny być zaprojektowane zgodnie z tab. 2-18.<br />
Tab. 2-18: Parametry wzorcowej cewki antenowe emulatora<br />
Cecha Wartość w trybie FDX Wartość w trybie HDX Uwagi<br />
Wewnętrzna średnica 15,7 mm 15,7 mm<br />
Wymiary wzorcowej<br />
cewki<br />
cewki powietrznej (bez<br />
Zewnętrzna średnica<br />
cewki<br />
18,4 mm 18,4 mm<br />
rdzenia ferrytowego).<br />
Grubość cewki 1 mm 1 mm<br />
Przewód cewki B155 50 µm, Grade 1B B155 70 µm, Grade 1B Sposób wykonania<br />
Liczba zwojów 400 260<br />
uzwojenia cewki<br />
wzorcowej.<br />
Pojemność własna (CC) Pojemność własna<br />
cewki (CC) powinna<br />
być dostatecznie mała,<br />
taka, aby częstotliwość<br />
rezonansu własnego<br />
cewki była co najmniej<br />
5-krotnie większa od<br />
częstotliwości nośnej.<br />
Uwaga: Współczynnik dobroci QL anteny należy wyznaczyć odłączając antenę od układu emulatora.<br />
Emulator transponderów FDX powinien być wykonany z ogólnie dostępnych elementów.<br />
Schemat ideowy przedstawiono na rys. 2-35. Wartości elementów podano w tab. 2-19.<br />
Rys. 2-35: Schemat ideowy układu emulatora transpondera FDX
– str. 72 z 187 –<br />
Tab. 2-19: Parametry układu emulatora transponderów FDX<br />
Element Wartość Uwagi<br />
Indukcyjność LC 6,5 mH Indukcyjność, współczynnik<br />
Współczynnik dobroci QL<br />
Rezystancja cewki w rezonansie RC<br />
30<br />
2 π LC / QL<br />
dobroci i rezystancja<br />
rezonansowa antenowej cewki<br />
wzorcowej.<br />
C1 3,5 do 22 pF Trymer do dostrojenia obwodu<br />
do rezonansu.<br />
C2 200 pF Zastosować kondensatory<br />
o zerowym współczynniku<br />
temperaturowym (NP0). Użyć<br />
dwa ogólnie dostępne<br />
kondensatory po 100 pF<br />
połączone równolegle.<br />
C3 10 nF<br />
D1 – D4 1N4148<br />
N1 BC 546B<br />
N2 BC 556B<br />
R1 430 kΩ<br />
R2 51 kΩ<br />
R3 20 kΩ<br />
RMOD 1,8 kΩ<br />
RV 1 kΩ<br />
RQ 100 do 220 kΩ Dobrać do uzyskania<br />
wypadkowej dobroci QLC<br />
równej 30.<br />
Do pomiarów napięcia należy stosować woltomierze o impedancji wejściowej większej niż<br />
10 MΩ.<br />
Przed rozpoczęciem badań należy dobrać wartość RQ, aby uzyskać współczynnik dobroci<br />
QLC równy 30 i dostroić obwód za pomocą C1 do uzyskania maksimum napięcia VDC.<br />
W tym celu zaleca się następującą procedurę:<br />
− Antenową cewkę wzorcową połączyć równolegle z kondensatorami obwodu<br />
−<br />
rezonansowego C1 i C2 <strong>oraz</strong> rezystorem korekcji dobroci RQ.<br />
Utworzony w ten sposób równoległy obwód rezonansowy umieścić między cewkami<br />
HTA dołączając dodatkowo sondę oscyloskopu do pomiaru napięcia na obwodzie<br />
rezonansowym.<br />
− Częstotliwość generatora sterującego urządzeniem wytwarzającym pole dostrajać<br />
poszukując maksimum napięcia na obwodzie badanej anteny. Należy zanotować<br />
częstotliwość f0 i wartość napięcia A0.<br />
− Przestrajać generator w kierunku mniejszych i w kierunku większych częstotliwości, aby<br />
znaleźć dwie częstotliwości f1 i f2, przy których wartość napięcia jest równa 0,707 A0.<br />
− Obliczyć współczynnik dobroci Q = f0/(f2 – f1) i ewentualnie skorygować nastawę RQ, aż<br />
do uzyskania wymaganej wartości równej 30.
– str. 73 z 187 –<br />
Emulator transpondera HDX powinien być wykonany z ogólnie dostępnych elementów.<br />
Schemat ideowy przedstawiono na rys. 2-36, a wartości elementów podano w tab. 2-20.<br />
Rys. 2-36: Schemat ideowy układu emulatora transpondera HDX<br />
Tab. 2-20: Parametry układu emulatora transponderów HDX<br />
Element Wartość Uwagi<br />
LS 2,66 mH<br />
CS 530 pF Zastosować kondensatory<br />
o zerowym współczynniku<br />
temperaturowym (NP0).<br />
CR 0 do 39 pF Trymer<br />
D1 1N4148<br />
CL 220 nF<br />
RL 1,6 MΩ<br />
RQ 100 kΩ do 220 kΩ Dobrać do uzyskania wypadkowej<br />
dobroci równej 60.<br />
Do pomiarów mocy czytnika wyłączniki S1 i S2 powinny być rozwarte, a obwód dostrojony<br />
do częstotliwości 134,2 kHz. W czasie badania detekcji odpowiedzi wyłączniki S1 i S2<br />
powinny być zwarte, a generator AWG powinien wytwarzać przebieg emulujący odpowiedź<br />
transpondera.<br />
Należy zastosować środki, zapewniające wyzwalanie generatora AWG po 50 ms fazy<br />
ładowania (generacji przez czytnik przebiegu 134,2 kHz) tj. wyzwalanie AWG we właściwej<br />
szczelinie czasowej wg definicji w normie ISO/IEC 18000-2.<br />
AWG powinien sterować układ emulatora transponderów symulując warunki "najgorszego<br />
przypadku". Powinien generować sygnał z modulacją FSK o częstotliwości 124 ±2 kHz dla<br />
transmisji binarnej "1" <strong>oraz</strong> 134,2 ±1,5 kHz dla transmisji binarnej wartości "0", kodowany<br />
NRZ. Długość przebiegu odpowiadającego każdemu bitowi powinna wynosić, co najmniej 16<br />
okresów. AWG może sam wytwarzać strumień danych wg normy ISO/IEC 18000-2 [1], albo<br />
może być sterowany przez zewnętrzny generator kodu, który wytwarza informacje binarne<br />
w postaci 112-bitowych telegramów wg definicji w ww. normie.<br />
Zaleca się następującą procedurę:<br />
− Do pomiarów napięcia należy stosować woltomierz o impedancji wejściowej większej niż<br />
10 MΩ.
– str. 74 z 187 –<br />
− Do pomiarów napięcia VCL AWG należy odłączyć od układu. Obwód rezonansowy<br />
emulatora należy dostroić za pomocą CL do rezonansu, a wartość rezystancji RQ dobrać,<br />
tak by współczynnik dobroci obwodu wynosił 60.<br />
− Antenową cewkę wzorcową połączoną równolegle z kondensatorami obwodu<br />
rezonansowego CS i CR <strong>oraz</strong> rezystorem korekcji współczynnika dobroci RQ, umieścić<br />
między cewkami HTA dołączając do obwodu dodatkowo sondę oscyloskopu do<br />
pomiarów napięcia na obwodzie.<br />
− Częstotliwość generatora sterującego urządzeniem wytwarzającym pole dostrajać<br />
poszukując maksimum napięcia na obwodzie badanej anteny. Należy zanotować<br />
częstotliwość f0 i wartość napięcia A0.<br />
− Przestrajać generator w kierunku mniejszych i w kierunku większych częstotliwości, aby<br />
znaleźć dwie częstotliwości f1 i f2, przy których wartość napięcia jest równa 0,707 A0.<br />
− Obliczyć współczynnik dobroci Q = f0/(f2 – f1) i ewentualnie skorygować nastawę RQ, aż<br />
do uzyskania wymaganej wartości współczynnika równej 60.
Wykaz akronimów do rozdz. 2<br />
– str. 75 z 187 –<br />
AM – Amplitude Modulation<br />
ASK – Amplitude Shift Keying<br />
AWG – Arbitrary Waveform Generator<br />
btu – basic time unit (1 period of interrogation frequency)<br />
CN – Compensation Network<br />
CRC – Cyclic Redundancy Check<br />
DBP – Differential Bi-Phase Encoding<br />
DSFID – Data Storage Format Identifier<br />
DUT – Device Under Test<br />
EOF – End Of Frame<br />
FDX – Full Duplex<br />
FSK – Frequency Shift Keying<br />
FWG – Function Waveform Generator<br />
HDX – Half Duplex<br />
HSC – Helmholtz Sense Coil<br />
HTA – Helmholtz Transmitting Antenna<br />
ICAR – International Committee for Animal Recording<br />
LF – Low Frequency<br />
LSB – Least Significant Bit<br />
MAC – Media Access control<br />
MFC – Manufacturer Code<br />
MN – Matching Network<br />
MSB – Most Significant Bit<br />
MSN – Manufacturer Serial Number<br />
NRZ – Non-Return To Zero (encoding)<br />
OOK – On-Off-Keying<br />
PC – Personal Computer<br />
PSK – Phase Shift Keying<br />
PWM – Pulse Width Modulation<br />
RF – Radio Frequency<br />
<strong>RFID</strong> – Radio-Frequency Identification<br />
RFU – Reserved For Future Use<br />
SC – Sense Coil<br />
SOF – Start of Frame<br />
SUID – Sub-UID<br />
UID – Unique Identifier
Spis literatury do rozdz. 2<br />
– str. 76 z 187 –<br />
[1] ISO/IEC 18000-2:2004. Information technology; – Radio frequency identification for<br />
item management; – Part 2: Parameters for air interface communications below 135 kHz.<br />
[2] ISO 11785:1996. Radio frequency identification of animals; – Technical concept.<br />
[3] ISO 11784:1996. Radio frequency identification of animals; – Code structure.<br />
[4] ISO 11784: Amd.1:2004. Radio frequency identification of animals; – Code structure;<br />
Amendment 1.<br />
[5] ISO 14223-1:2003. Radiofrequency identification of animals – Advanced transponders<br />
– Part 1: Air interface.<br />
[6] CCITT Recommendation G.706. Frame alignment and cyclic redundancy check<br />
(CRC) procedures relating to basic frame structures defined in recommendation G.704.<br />
[7] ISO 3166-1:2006. Codes for the representation of names of countries and their<br />
subdivisions - Part 1: Country codes.<br />
[8] ISO/IEC TR 18047-2:2006. Information technology - Radio frequency identification<br />
device conformance test methods; - Part 2: Test methods for air interface communications<br />
below 135 kHz.<br />
[9] Decyzja Komisji Europejskiej z dnia 15 grudnia 2006 r. wykonująca rozporządzenie<br />
Rady (WE) nr 21/2004 w odniesieniu do wytycznych i procedur elektronicznej<br />
identyfikacji i rejestrowania owiec i kóz. Dz. U. Unii Europejskiej L 401 z dn.<br />
30.12.2006.<br />
[10] European Commission. Joint Research Centre. Technical Guidelines for Council<br />
Regulation No. 21/2004 of 17/12/2003. Ver. 1.0. 10.07.2006. Part 1: In-field aspects:<br />
application of identifiers, their reading and recovery.<br />
[11] European Commission. Joint Research Centre. Technical Guidelines for Council<br />
Regulation No. 21/2004 of 17/12/2003. Ver. 1.0. 10.07.2006. Part 2: Electronic<br />
Identifier and Reader Specifications Tests procedures, acceptance criteria, and<br />
codification of identifiers.
3 Systemy <strong>RFID</strong> w paśmie 13,56 MHz<br />
– str. 77 z 187 –<br />
3.1 Wprowadzenie<br />
Określenie "pasmo 13,56 MHz" odnosi się do zakresu częstotliwości od 13,553 MHz do<br />
13,567 MHz, który w Regulaminie Radiokomunikacyjnym jest zaliczany do pasma ISM. Ta<br />
klasyfikacja oznacza, że pasmo nie jest chronione, a użytkownicy urządzeń i systemów<br />
radiowych pracujących w tym paśmie częstotliwości powinni liczyć się z możliwością<br />
występowania szkodliwych zakłóceń ze strony innych urządzeń i systemów. W Polsce na<br />
podstawie rozporządzenia Ministra Transportu [9], zgodnie z zaleceniem ERC/REC 70-03 [8],<br />
w zakresie tym dopuszcza się używanie bez pozwolenia różnych urządzeń radiowych, które<br />
w odległości 10 m wytwarzają pole magnetyczne o natężeniu mniejszym niż 42 dBµA/m,<br />
a w przypadku urządzeń <strong>RFID</strong> o natężeniu mniejszym niż 60 dBµA/m. Zatem nie jest to<br />
pasmo przeznaczone wyłącznie dla zastosowań <strong>RFID</strong>.<br />
Urządzenia, które w zakresie częstotliwości od 13,553 MHz do 13,567 MHz wytwarzają pole<br />
magnetyczne o natężeniu mniejszym niż 42 dBµA/m w skutek Decyzji Komisji 2006/771/EC<br />
z 9.11.2006 [7] w sprawie harmonizacji wykorzystania widma częstotliwości radiowych przez<br />
urządzenia bliskiego zasięgu są zaliczane do urządzeń kasy 1, co oznacza, że państwa<br />
członkowskie UE nie stosują wobec nich ograniczeń dotyczących używania. Normą właściwą<br />
do oceny zgodności z wymaganiami zasadniczymi w zakresie wykorzystania widma<br />
częstotliwości radiowych jest ETSI EN 300 330-2 [5, 6].<br />
3.2 Norma ISO/IEC 18000-3<br />
W części 3 normy ISO/IEC 18000 [1] zdefiniowano warstwę fizyczną /* , elementy protokółów<br />
komunikacyjnych <strong>oraz</strong> protokóły unikania kolizji dla systemów <strong>RFID</strong> pracujących w paśmie<br />
częstotliwości 13,56 MHz, przeznaczonych głównie dla potrzeb inwentaryzacji. Zalecane metody<br />
badania zgodności czytników i transponderów z tą normą zdefiniowano w dokumencie<br />
ISO/IEC TR 18047-3 [2]. Należy podkreślić, że norma ISO/IEC 18000-3 nie jest jedyną<br />
normą wydaną przez ISO/IEC odnoszącą się do systemów wykorzystujących pasmo<br />
13,56 MHz. Wymagania dotyczące warstwy fizycznej i protokółów dla systemów kart<br />
identyfikacyjnych <strong>RFID</strong> wykorzystujących to pasmo definiują normy ISO/IEC 15693,<br />
ISO/IEC 15963 i ISO/IEC 14443.<br />
/*<br />
Uwaga: W normie ISO/IEC parametry warstwy fizycznej zdefiniowano w sposób ogólny.<br />
W Polsce i w Europie obowiązują regulacje wynikające z dyrektywy 1999/5/EC <strong>oraz</strong><br />
decyzji ECC CEPT. Temat ten omówiono szerzej w p. 3.4 niniejszego opracowania.<br />
Transpondery, których dotyczy norma ISO/IEC 18000-3, są urządzeniami pasywnymi.<br />
Energia jest przekazywana z czytnika do transpondera za pośrednictwem pola magnetycznego<br />
wskutek sprzężenia anteny czytnika z anteną transpondera. Pole aktywujące transpondery<br />
powinno mieć częstotliwość fC = 13,56 MHz ±7 kHz.<br />
Wskutek aktywacji, która następuje, jeżeli transponder znajduje się w polu magnetycznym<br />
o właściwej częstotliwości i dostatecznie dużym natężeniu, transponder powinien oczekiwać<br />
na ważne polecenie czytnika. Po odebraniu polecenia transponder nadaje odpowiedź na to<br />
polecenie.<br />
W normie ISO/IEC 18000-3 [1] zdefiniowano dwa tryby pracy, które dla zachowania spójności<br />
z oryginałem normy i literaturą dotyczącą tematu będą w tym opracowaniu nazywane<br />
MODE 1 i MODE 2. W obu trybach pracy wykorzystywane jest pole indukcyjne<br />
o częstotliwość 13,56 MHz, ale między nimi nie ma interoperacyjności. Czytniki<br />
i transpondery zgodne z opisywaną normą ISO/IEC 18000-3 powinny obsługiwać albo
– str. 78 z 187 –<br />
MODE 1 albo MODE 2. Opcjonalnie mogą obsługiwać oba tryby odczytu, ale nie jest to<br />
wymagane.<br />
Czytniki i transpondery powinny obsługiwać wszystkie obowiązkowe polecenia zdefiniowane<br />
w normie. Czytniki powinny być technicznie przygotowane do obsługi poleceń opcjonalnych.<br />
Transpondery mogą nie obsługiwać lub obsługiwać polecenia opcjonalne.<br />
3.2.1 Charakterystyka systemu MODE 1<br />
Warstwa fizyczna, system unikania kolizji i protokóły MODE 1<br />
MODE 1 jest systemem <strong>RFID</strong> umożliwiającym odczyt transponderów i zapis danych do<br />
transponderów, w którym komunikację inicjuje czytnik (zasada "reader talk first", RTF).<br />
Podstawowe postanowienia dotyczące MODE 1 są spójne z przyjętymi w odpowiednich<br />
częściach normy ISO/IEC 15693, por. p. 3.3.1, a w szczególności:<br />
− warstwa fizyczna interfejsu radiowego MODE 1 powinna być zgodna z ISO/IEC 15693-2;<br />
− metoda zarządzania unikaniem kolizji powinna być zgodna z ISO/IEC 15693-3;<br />
− polecenia powinny być zgodne z ISO/IEC 15693-3;<br />
− tablice parametrów dla łączności czytnika z transponderem powinny być zgodne<br />
z ISO/IEC 15693-2;<br />
− tablice parametrów dla łączności transpondera z czytnikiem powinny być zgodne<br />
z ISO/IEC 15693-2.<br />
Dodatkowe zdefiniowane rozszerzenia protokółów w stosunku do zdefiniowanych w normie<br />
ISO/IEC 15693 są opcjonalne. Jeżeli transponder nie obsługuje rozszerzonego protokółu,<br />
w odpowiedzi na nie powinien zwracać kod błędu i nie powinien odpowiadać w jakikolwiek<br />
inny sposób.<br />
Rozszerzenia protokółu obejmują dwa rozwiązania:<br />
− odczyt wielu transponderów bez wyznaczania szczeliny czasowej i ograniczania czasu<br />
odczytu (non-slotted non-terminating reading);<br />
− odczyt wielu transponderów z wyznaczaniem szczelin czasowych i adaptacyjnym<br />
wyborem liczby szczelin rundy (slotted terminating adaptive round reading).<br />
W przypadku pierwszego z ww. rozwiązań (non-slotted non-terminating reading) polecenie<br />
budzenia (Wake-up) powoduje, że wszystkie transpondery odpowiadają w przypadkowych,<br />
wyznaczonych przez same transpondery przedziałach czasu tak długo, jak znajdują się w polu<br />
aktywującym. W tej wersji protokółu czytnik może odbierać, dekodować i raportować<br />
wszystkie odpowiedzi, które dochodzą bez kolizji, ale nie będzie próbował oddziaływać na<br />
proces odczytu inaczej niż wysyłając dodatkowe sygnały budzenia (Wake-up) w celu<br />
wprowadzenia nowo pojawiających się transponderów w stan odpowiedzi. Programowanie<br />
pamięci transpondera może nastąpić, jeżeli w polu RF czytnika znajduje się tylko jeden<br />
transponder.<br />
W tej implementacji protokółu stosuje się:<br />
− tylko jedno polecenie budzenia (Wake-up);<br />
− domyślną długość odpowiedzi (może być programowana przez użytkownika.<br />
Działanie tego systemu jest poprawne, jeżeli jednocześnie w polu aktywującym (w zasięgu<br />
odczytu) znajduje się jeden lub mała liczba transponderów.<br />
Na rys. 3-1 [1] pokazano przykład działania tej wersji protokółu, gdy w polu czytnika<br />
znajdują się trzy transpondery.
– str. 79 z 187 –<br />
Czytnik<br />
polecenie<br />
Wake-up<br />
Transponder 1<br />
Transponder 2<br />
Transponder 3 Czas<br />
Rys. 3-1: Przykład odpowiedzi trzech transponderów zgodnie z protokółem<br />
nie wyznaczającym szczelin i nie ograniczającym czasu odczytu<br />
Kolejność zilustrowanych zdarzeń jest następująca:<br />
− Czytnik wysyła do wszystkich uaktywnionych transponderów, znajdujących się w stanie<br />
Ready, polecenie budzenia (Wake-up).<br />
− Trzy transpondery odpowiadają jednocześnie, powodując wzajemne zakłócenie (kolizję).<br />
− Następnie transpondery nr 1 i nr 3 odpowiadają, ale w sposób powodujący kolizję.<br />
− Transponder nr 2 odpowiada jako jedyny i jego odpowiedź jest poprawnie dekodowana.<br />
− Transponder nr 1 odpowiada jako jedyny i jego odpowiedź jest poprawnie dekodowana.<br />
− Transpondery nr 2 i nr 3 odpowiadają powodując kolizję.<br />
− Transpondery nr 1 i nr 2 odpowiadają powodując kolizję.<br />
− W końcu dekodowana jest również odpowiedź transpondera nr 3.<br />
Wykres stanów transpondera realizującego opisywany protokół przedstawia rys. 3-2.<br />
Przejście ze stanu Ready do Active następuje tylko w wyniku polecenia budzenia (Wake-up).<br />
Rys. 3-2: Stany transponderów w protokóle bez wyznaczania szczelin czasowych<br />
i ograniczania czasu odczytu [1]<br />
W przypadku drugiej wersji protokółu (slotted terminating adaptive round reading) po<br />
wysłaniu polecenia Wake-up w cyklu odczytu następuje dialog między transponderami<br />
i czytnikiem, lecz transpondery nie powinny odpowiadać nieskończenie długo. W przypadku<br />
zmieniającej się dynamicznie populacji transponderów polecenie Wake-up może być<br />
wydawane często.
– str. 80 z 187 –<br />
W tym protokóle transpondery wybierają losowo numer szczeliny czasowej spośród<br />
określonej liczby szczelin. Czytnik sygnalizuje początek każdej szczeliny. Transponder<br />
określa aktualny numer szczeliny licząc czas od polecenia Wake-up. Po wysłaniu odpowiedzi<br />
transponder automatycznie przechodzi ze stanu Ready do Quiet.<br />
Jeżeli transponder jest w stanie aktywnym i aktualny numer szczeliny jest równy<br />
maksymalnej liczbie szczelin (określonej dla danego transpondera), zwiększenie numeru<br />
szczeliny powoduje ustawienie bieżącego numeru na jeden – rozpoczęcie odliczania od nowa.<br />
Jeżeli w którejś szczelinie nastąpi kolizja, czytnik rozpoznaje błąd i kontynuuje wyznaczanie<br />
kolejnych szczelin aż do poprawnego dekodowania.<br />
Maksymalna liczba szczelin jest nazywana liczbą szczelin w rundzie lub długością rundy.<br />
Liczba ta może być odpowiednio powiększana lub zmniejszana, gdy liczebność populacji<br />
transponderów rośnie lub maleje.<br />
Wykres stanów transpondera realizującego opisywany protokół przedstawia rys. 3-3.<br />
Przykładowa sekwencja odczytu może być następująca:<br />
− Czytnik wysyła polecenie budzenia (Wake-up), które powoduje przejście transponderów<br />
znajdujących się w jego zasięgu ze stanu Ready do stanu Active.<br />
− Transpondery odczytują w poleceniu czytnika domyślną długość rundy (maksymalną<br />
liczbę szczelin). Każdy losowo wybiera szczelinę, w której ma nastąpić jego odpowiedź.<br />
− W szczelinie nr 0 odpowiedział transponder nr 1, który po wysłaniu odpowiedzi przeszedł<br />
w stan Quiet.<br />
− Czytnik wydał polecenie następna szczelina (Next-slot) zawierające potwierdzenie<br />
poprawnego dekodowania telegramu transpondera nr 1, który pozostaje w stanie Quiet.<br />
− Jeżeli w szczelinie nr 1 nie ma odpowiedzi, czytnik wysyła polecenie zakończenia tej<br />
szczeliny.<br />
− Jeżeli w szczelinie nr 2 nastąpi kolizja, to czytnik wysyła polecenie zakończenia tej<br />
szczeliny przed dokończeniem odpowiedzi. Transpondery, które spowodowały kolizję,<br />
będą mieć okazję do odpowiedzi w następnej rundzie.<br />
− Jeżeli w szczelinie nr 3 pojawią się dwie odpowiedzi, ale sygnał jednej nr 6 jest<br />
zdecydowanie silniejszy niż nr 7, to czytnik uznaje, że szczelinę wykorzystał tylko jeden<br />
transponder (nr 6). Czytnik wysyła polecenie przejścia do następnej szczeliny<br />
z potwierdzeniem dla nr 6, a nr 7 będzie ponownie wysyłał sygnał po odliczeniu<br />
maksymalnej liczby szczelin.<br />
− Jeżeli z określonych powodów transponder ma być wydzielony, czytnik wysyła<br />
selektywnie polecenie Selective-stand-by, które wprowadza wybrany transponder w stan<br />
Active. Inne, które były w stanie Active, są wprowadzane w stan Stand-by, a te które były<br />
w stanie Quiet pozostają w tym stanie. W tej sytuacji tylko jeden transponder pozostaje<br />
aktywny i jest możliwe żądanie dodatkowych danych albo programowanie tego<br />
transpondera.
– str. 81 z 187 –<br />
Rys. 3-3: Stany transponderów w protokóle z wyznaczaniem szczelin czasowych [1]<br />
Uwaga: Jeżeli pole aktywujące jest wyłączone przez czas > 10 s, transponder nie pamięta żadnego<br />
poprzedniego stanu. Przejście do stanu Power-off z każdego innego stanu następuje po<br />
300 ms po ustawieniu bitu określającego stan. Jeżeli pole jest wyłączone na czas pomiędzy<br />
300 ms a 10 s, stan transpondera jest nieokreślony.<br />
W stanie aktywnym transponder wysyła domyślną odpowiedź, gdy bieżący numer szczeliny<br />
jest równy numerowi losowo wybranemu przez transponder spośród maksymalnej liczby<br />
szczelin w danej rundzie. Jeżeli bieżący numer szczeliny wyznaczony przez czytnik jest<br />
większy od maksymalnej liczby szczelin transpondera, jego licznik jest ustawiony ponownie<br />
w stan 1 i nowy losowy numer szczeliny jest ustalony. Transponder kontynuuje ten proces aż<br />
do:<br />
− czasu, gdy zostanie odczytany i automatycznie przechodzi w stan Quiet;<br />
− odbioru polecenia przejścia do innego stanu;<br />
− opuszczenia obszaru pola aktywującego.<br />
W stanie Stand-by transponder powinien reagować tylko na polecenia ogólnego zerowania<br />
(Global reset) <strong>oraz</strong> powtórzenia rundy.<br />
3.2.2 Charakterystyka systemu MODE 2<br />
System MODE 2 zdefiniowano w normie ISO/IEC 18000-3 [1] dla potrzeb szybkiej<br />
inwentaryzacji dużej liczby transponderów znajdujących się jednocześnie w zasięgu czytnika.
– str. 82 z 187 –<br />
MODE 2 jest systemem <strong>RFID</strong> umożliwiającym odczyt i zapis danych do transponderów,<br />
w którym komunikację inicjuje czytnik (zasada "reader talk first", RTF), tzn. transponder nie<br />
może odpowiadać dopóki nie odbierze ważnego polecenia ze strony czytnika.<br />
3.2.2.1 Charakterystyka interfejsu radiowego czytnika<br />
W systemie MODE 2 polecenia czytnika są przekazywane do transponderów<br />
z wykorzystaniem fazowej modulacji jittera (PJM) fali nośnej fC = 13,56 MHz. PJM polega<br />
na przesyłaniu danych jako bardzo małych zmian fazy pola aktywującego transpondery,<br />
w granicach ±1,0º do ±2,0º. Ze względu na małą wartość indeksu modulacji szerokość pasma<br />
modulacji PJM nie jest większa niż podwójna szerokość pasma danych modulujących fazę<br />
sygnału fC. Poziom wstęg bocznych tej modulacji i szybkość transmisji nie są powiązane,<br />
parametry te mogą być ustawione niezależnie. Szybkość danych poleceń wynosi<br />
fC/32 = 423,75 kbit/s z kodowaniem polegającym na zmodyfikowanej modulacji częstotliwości<br />
(Modified Frequency Modulation, MFM).<br />
Interfejs radiowy czytnika realizuje komunikację dupleksową z jednoczesnym nadawaniem<br />
poleceń PJM przez czytnik i odbiorem odpowiedzi wielu transponderów. Transpondery<br />
pracują w półdupleksie, nie mogą nadawać, gdy odbierają polecenia. Odpowiedź transpondera<br />
polega na modulacji sprzężenia – obciążenia obwodu antenowego z częstotliwością sygnału<br />
podnośnej. Częstotliwości podnośnych wykorzystywane przez transpondery są uzyskiwane<br />
z podziału częstotliwości pola aktywującego transponder. Transponder może wybrać jedną<br />
z ośmiu częstotliwości (kanał A do H wg tab. 3-1, por. p. 3.2.2.4). Szybkość transmisji danych<br />
odpowiedzi transpondera wynosi 105,937 5 kbit/s. Dane są kodowane z zastosowaniem<br />
zmodyfikowanej modulacji częstotliwości (MFM), modulują fazowo podnośną (BPSK).<br />
Parametry emisji czytnika są następujące:<br />
Częstotliwość wytwarzanego pola: fC = 13,56 MHz ±100 ppm.<br />
Modulacja: modulacja jittera fazy (Phase Jitter Modulation, PJM),<br />
minimum ±1,0 , maksimum ±2,0 .<br />
Kodowanie danych: modyfikowana modulacja częstotliwości (Modified Frequency<br />
Modulation, MFM).<br />
Szybkość transmisji danych: synchroniczna z częstotliwością pola aktywującego, 423,75 kHz<br />
(1/32 częstotliwości nośnej).<br />
Zajmowane pasmo: wstęgi boczne modulacji mają bardzo niski poziom względem poziomu<br />
fali nośnej, ale zajmują szerokie pasmo.<br />
Maksymalna moc nadawana przez czytnik: regionalne wymagania dotyczące natężenia pola<br />
magnetycznego. W Europie parametr zaliczany do wymagań zasadniczych, por. p. 3.4.<br />
3.2.2.2 Modulacja jittera fazy (PJM)<br />
Sygnał PJM tworzą dwie składowe:<br />
− składowa o dużej amplitudzie i fazie 0º (sygnał I) zasilająca transpondery;<br />
− modulowana binarnie składowa o małej amplitudzie i fazie ±90º (sygnał ±Q).<br />
Sygnał PJM jest sumą tych składowych. Prezentację wektorową przedstawiono na rys. 3-4,<br />
przebieg w dziedzinie czasu na rys. 3-5, a szkic rozkładu gęstości mocy w dziedzinie<br />
częstotliwości na rys. 3-6.<br />
Dla modulacji PJM zdefiniowano dwa parametry. Wielkość zmiany fazy: min. ±1º i maks.<br />
±2º, czas konieczny do zmiany fazy w poleceniach czytnika: 1,18 µs.
Właściwości modulacji PJM:<br />
– str. 83 z 187 –<br />
− Stała amplituda sygnału aktywującego transpondery.<br />
− Poziom wstęg bocznych modulacji niezależny od szybkości transmisji.<br />
− Możliwa duża szybkość przesyłania danych, ponieważ pasmo sygnału RF nie jest szersze<br />
niż podwójna szerokość pasma sygnału modulującego.<br />
− Wąskopasmowe (rezonansowe) anteny nie ograniczają szybkości PJM, bo sygnał PJM<br />
można wstępnie skompensować w celu zredukowania wpływu pasma anteny.<br />
Amplituda<br />
+∆θ<br />
–∆θ<br />
±∆θ = ±1 o<br />
I + Q<br />
I<br />
+Q<br />
–Q<br />
Rys. 3-4: Prezentacja wektorowa sygnału PJM<br />
Amplituda<br />
maks. ±2 o<br />
Czas<br />
Rys. 3-5: Przebieg sygnału PJM w dziedzinie czasu<br />
Amplituda<br />
I<br />
f C = 13,56 MHz<br />
< –33 dBc<br />
Częstotliwość<br />
Rys. 3-6: Rozkład gęstości mocy sygnału PJM w dziedzinie częstotliwości<br />
3.2.2.3 Kodowanie danych czytnika<br />
Wszystkie polecenia czytnika przed przesłaniem do modulatora fazy (PJM) są kodowane<br />
z wykorzystaniem modyfikowanej modulacji częstotliwości (Modified Frequency Modulation,<br />
MFM). Metoda MFM zapewnia najwęższe zajmowane pasmo spośród metod binarnego<br />
kodowania danych. Wartość bitu danych jest definiowana przez zmianę stanu:<br />
− "1" jest kodowana jako zmiana stanu pośrodku przedziału czasu wyznaczonego dla<br />
pojedynczego bitu;<br />
− "0" jest kodowane jako zmiana stanu na początku przedziału czasu wyznaczonego dla<br />
pojedynczego bitu;<br />
− jeżeli bit "0" następuje bezpośrednio po bicie "1", nie ma zmiany stanu.
– str. 84 z 187 –<br />
Przykład kodowania MFM ciągu binarnego 000 100 przedstawiono na rys. 3-7.<br />
Rys. 3-7: Kodowanie MFM polecenia 000 100 i zależności czasowe<br />
3.2.2.4 Komunikacja transponderów z czytnikiem<br />
Do komunikacji transponderów z czytnikiem zaprojektowano wieloczęstotliwościowy system<br />
w zakresie częstotliwości 13,56 MHz ±3,013 MHz, w którym transponder do odpowiedzi<br />
losowo wybiera kanał transmisji spośród 8 kanałów, zdefiniowanych w specyfikacji jako 8<br />
częstotliwości podnośnych. Częstotliwości podnośnych są uzyskiwane z podziału<br />
częstotliwości pola aktywującego, tab. 3-1. Transponder nadaje całą odpowiedź w wybranym<br />
kanale.<br />
Tab. 3-1: Częstotliwości kanałów komunikacji transponderów<br />
Kanał Częstotliwość [kHz] Stosunek podziału<br />
A 969 14<br />
B 1 233 11<br />
C 1 507 9<br />
D 1 808 7,5<br />
E 2 086 6,5<br />
F 2 465 5,5<br />
G 2 712 5<br />
H 3 013 4,5<br />
Zajmowane pasmo: 106 kHz w każdym z 8 kanałów.<br />
Rodzaj modulacji podnośnej: BPSK.<br />
Kodowanie danych: MFM.<br />
Sposób modulacji: modulacja impedancji obciążenia.<br />
Szybkość modulacji: 105,937 5 kbit/s.<br />
Dokładność szybkości modulacji: synchroniczna z częstotliwością nośnej.<br />
Dane odpowiedzi transponderów są kodowane MFM przed przesłaniem do modulatora<br />
BPSK, który zmienia fazę podnośnej. Transponder moduluje z częstotliwością podnośnej<br />
impedancję obwodu, a wskutek tego napięcie na obwodzie antenowym. Szybkość transmisji<br />
danych wynosi fC/128 = 105,937 5 kbit/s (czas jednego bitu wynosi 9,439 5 µs).<br />
Transponder może znajdować się w jednym z czterech stanów:<br />
− Power-off. Bez zasilania. W tym stanie transponder nie może komunikować się<br />
z czytnikiem. Stan ten jest także wynikiem długiej (> 50 ms) przerwy zasilania (Long<br />
Power Break, LPB).<br />
− Active. Aktywny. W tym stanie transponder jest aktywowany (obudzony) przez czytnik.<br />
Transponder w stanie aktywnym może przetwarzać każde polecenie czytnika.
– str. 85 z 187 –<br />
− Reply. Odpowiedzi. Ten stan przyjmuje transponder, który poprawnie odebrał polecenie<br />
czytnika. Jeżeli transponder jest zasilany, to pozostaje w tym stanie do czasu wysłania<br />
kompletnej odpowiedzi, po czym powraca do stanu aktywnego (Active).<br />
− Fully Muted. Transponder wyciszony. Ten stan transponder uzyskuje w wyniku polecenia<br />
czytnika. Jeżeli jest zasilany, to pozostaje w tym stanie aż odbierze nowe polecenie<br />
czytnika.<br />
Polecenia czytnika do transponderów mogą być adresowane indywidualnie – z użyciem ich<br />
identyfikatorów indywidualnych (SID) albo adresowane do grupy transponderów<br />
– z użyciem grupowego identyfikatora aplikacji (GID).<br />
Graf przejścia pomiędzy tymi stanami przedstawiono na rys. 3-8.<br />
Rys. 3-8: Diagram zmiany stanów transpondera<br />
3.2.2.5 Unikanie kolizji<br />
W systemie MODE 2, zdefiniowanym w normie ISO/IEC 18000-3, do identyfikacji wielu<br />
transponderów zastosowano kombinację wielodostępu w dziedzinie czasu i częstotliwości<br />
(FTDMA). W systemie dla transmisji transponderów zdefiniowano osiem kanałów.<br />
W odpowiedzi na ważne polecenie czytnika każdy transponder wybiera w sposób losowy<br />
kanał (podnośną), w którym wysyła swoją odpowiedź. Odpowiedź jest nadawana raz.<br />
W wyniku odbioru następnego polecenia każdy transponder losowo wybiera nowy kanał,<br />
w którym wysyła swoją odpowiedź. W ten sposób każdy odbiór ważnego polecenia powoduje<br />
skokową, losową zmianę częstotliwości kanału odpowiedzi transpondera. Transponder może<br />
również losowo wyciszać pojedyncze odpowiedzi (nie wysyłać odpowiedzi). Tę możliwość<br />
wprowadzono ze względu na potrzebę odczytu bardzo dużych populacji transponderów. Jeżeli<br />
transponder został odczytany (zidentyfikowany), to w wyniku polecenia zostaje czasowo<br />
wyciszony (wprowadzony w stan "Muted"). Wszystkie parametry częstotliwościowe<br />
i czasowe FTDMA są zdefiniowane w poleceniu czytnika.<br />
Skokowa zmiana częstotliwości (kanału) odpowiedzi jest powtarzana w wyniku każdego<br />
poprawnie odebranego polecenia. Oprócz losowego wyboru kanału transponder może losowo<br />
wyciszać odpowiedź (nie wysyłać odpowiedzi). Zastosowana metoda wielodostępu<br />
umożliwia w jednym cyklu odczytu zidentyfikowanie do ośmiu transponderów.
– str. 86 z 187 –<br />
Obliczanie średniej liczby transponderów odczytywanych w wyniku jednego polecenia N<br />
polega na obliczeniu prawdopodobieństwa, z jakim z grupy n transponderów, z których część<br />
prawdopodobnie będzie wysyłać odpowiedź używając r kanałów, nastąpi identyfikacja N<br />
transponderów.<br />
Największy współczynnik pomyślnych identyfikacji jest wtedy, gdy liczba odpowiadających<br />
jednocześnie transponderów jest równa liczbie kanałów. Czytnik może optymalizować<br />
współczynnik identyfikacji zmieniając współczynnik m (muting ratio) transponderów<br />
wyciszonych zależnie od n liczby transponderów znajdujących się w zasięgu.<br />
Na rys. 3-9 [1] przedstawiono średnią liczbę transponderów N odczytywanych w wyniku<br />
jednego polecenia w funkcji n w granicach od 1 do 8 000 transponderów, dla różnych<br />
wartości parametru m. Dobierając odpowiednio wartość m można otrzymać N w granicach od<br />
2 do 3 dla n do 8 000.<br />
Rys. 3-9: Średnia liczba transponderów odczytywanych w wyniku jednego polecenia<br />
W przypadku małej liczby transponderów parametr m jest ustawiony na 1. Średnia liczba<br />
transponderów odczytywanych w wyniku jednego polecenia wynosi od 1 do 3.<br />
Np. sekwencja odczytu 8 transponderów może być następująca:<br />
a) 8 transponderów znalazło się jednocześnie w strefie odczytu czytnika.<br />
b) Czytnik wysyła polecenie odczytu, wszystkie transpondery odpowiadają w losowo<br />
wybranych kanałach.<br />
c) Transpondery, które zostały zidentyfikowane (prawdopodobnie 3 z 8) otrzymują<br />
indywidualne polecenia czasowego wyciszenia.<br />
Następnie sekwencja b) i c) jest powtarzana.<br />
d) Czytnik wysyła kolejne polecenie odczytu, 5 transponderów odpowiada w losowo<br />
wybranych kanałach.<br />
e) Czytnik identyfikuje kolejne (prawdopodobnie 3 z 5) transpondery i wysyła do nich<br />
polecenie czasowego wyciszenia.<br />
f) Czytnik wysyła kolejne polecenie odczytu, pozostałe 2 transpondery odpowiadają<br />
w losowo wybranych kanałach.<br />
g) Czytnik identyfikuje ich odpowiedzi (prawdopodobnie 2 z 2) i wysyła do nich polecenie<br />
czasowego wyciszenia.<br />
Czas wykonania opisanej procedury wynosi 5,772 ms.
– str. 87 z 187 –<br />
h) Po zidentyfikowaniu transponderów czytnik jednym poleceniem może jednocześnie<br />
odczytać dane z 8 zidentyfikowanych transponderów.<br />
W przypadku dużej liczby transponderów, które znalazły się w strefie odczytu, czytnik<br />
dobiera współczynnik m w celu zmniejszenia liczby transponderów, które odpowiadają<br />
jednocześnie, aż do uzyskania warunków optymalnych, tj. gdy liczba ta jest w przybliżeniu<br />
równa liczbie kanałów. Przy tym optymalnym ustawieniu każde polecenie odczytu<br />
identyfikuje 2 lub 3 transpondery.<br />
Realizowana w ten sposób procedura umożliwia identyfikację 500 transponderów w czasie<br />
ok. 0,39 s.<br />
Po zidentyfikowaniu wszystkich transponderów może nastąpić faza selektywnego odczytu 8<br />
transponderów w rezultacie pojedynczego polecenia. Polecenie będzie powtarzane<br />
wielokrotnie (np. 63 razy w celu odczytu danych z 500 transponderów). Czas odczytu danych<br />
50 słów z 500 transponderów jest mniejszy niż 0,944 s.<br />
Wszystkie polecenia czytnika są opatrzone "stemplem czasowym", a transponder<br />
przechowuje pierwszy znacznik czasu odebrany po tym, jak znalazł się w polu odczytu. Ten<br />
znacznik precyzyjnie określa, kiedy transponder po raz pierwszy znalazł się w polu odczytu<br />
i umożliwia wyznaczenie kolejności odczytu.<br />
3.2.2.6 Pamięć transpondera<br />
W normie ISO/IEC 18000-3 pamięć transpondera jest traktowana jako pojęcie wirtualne. Nie<br />
ustanowiono żadnych fizycznych ograniczeń odnośnie jej pojemności. Współczesne technologie<br />
wytwarzania układów scalonych umożliwiają uzyskiwanie pamięci transponderów > 1 Mbit, co<br />
stwarza możliwości wielu różnych zastosowań systemów <strong>RFID</strong> zdefiniowanych w tej normie.<br />
Pamięć logicznie jest podzielona na trzy obszary:<br />
− obszar systemowej pamięci producenta z polami, których zawartość jest ustalona<br />
i blokowana podczas produkcji i testowania układu scalonego lub transpondera, takimi<br />
jak kod producenta (manufacturing code, MC), indywidualne identyfikatory transpondera<br />
(specific identifier 0, specific identifier 1, SID0 i SID1);<br />
− obszar systemowej pamięci użytkownika z polami, których zawartość jest ustalona<br />
i blokowana wg wymagań użytkownika, takimi jak np. identyfikator aplikacji (application<br />
group identifier, GID);<br />
− obszar pamięci użytkownika z polami, których zawartość może być ustalona i blokowana<br />
wg wymagań użytkownika, takimi jak np. hasła dostępu do pamięci.<br />
W obszarze pamięci, który został zablokowany, nie można powtórnie zapisać danych.<br />
Transpondery o pamięci 4 kbit lub mniejszej wykorzystują adresowanie ośmiobitowe i dane<br />
ośmiobitowe. Transpondery z pamięcią większą niż 4 kbajty mogą wykorzystywać<br />
adresowanie 16-bitowe i dane 16-bitowe.<br />
3.2.3 Porównanie systemów MODE 1 i MODE 2<br />
Charakterystyczne różnice pomiędzy trybami MODE 1 i MODE 2, zdefiniowanymi w normie<br />
ISO/IEC 18000-3, przedstawiono w tab. 3-2.
– str. 88 z 187 –<br />
Tab. 3-2: Charakterystyki systemów zdefiniowanych w normie ISO/IEC 18000-3<br />
Właściwość MODE 1 MODE 2<br />
Docelowe rynki Systemy identyfikacji ogólnego<br />
przeznaczenia dla produkcji, logistyki,<br />
handlu, transportu i bagażu linii<br />
lotniczych<br />
Systemy identyfikacji dla<br />
produkcji, logistyki, handlu,<br />
transportu i bagażu linii<br />
lotniczych. Przydatne zwłaszcza<br />
dla stosowania na przenośnikach<br />
taśmowych<br />
Charakterystyki Zasada działania jest spójna i zgodna<br />
z normą ISO 15693 (bezstykowe karty<br />
dystansowe)<br />
Rozszerzony protokół zapewnia<br />
dodatkowe właściwości i alternatywną<br />
metodę zarządzania kolizjami<br />
Szybkość danych 1,65 kbit/s – 26,48 kbit/s; 105,95 kbit/s<br />
Wariantowa nastawa do odczytu<br />
transponderów z bardzo małej<br />
odległości (2 mm)<br />
423,75 kbit/s<br />
Pamięć Wg potrzeb rynku Wg potrzeb rynku<br />
Zarządzanie kolizjami Tak Tak, z dużą szybkością<br />
Możliwość stosowania<br />
w Europie i w Polsce /*<br />
Tak Tak<br />
/* Uwaga: Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Transportu z dn. 3.07.2007 r. w sprawie urządzeń<br />
radiowych, które mogą być używane bez pozwolenia radiowego [7].<br />
3.3 Karty bezstykowe<br />
Specyficznym zastosowaniem <strong>technik</strong> <strong>RFID</strong> są karty bezstykowe (contactless card), tj. karty,<br />
których zasilanie i wymiana sygnałów z urządzeniem zewnętrznym odbywa się bez użycia<br />
połączeń galwanicznych.<br />
Bezstykowe karty identyfikacyjne, transakcyjne i do innych zastosowań mają wymiary kart<br />
ID-1 zdefiniowane w normie ISO/IEC 7810 i działają w pobliżu urządzenia odczytującego<br />
i/lub zapisującego dane, zwanego tu czytnikiem. Karty bezstykowe zawierają obwód<br />
antenowy zapewniający sprzężenie indukcyjne z czytnikiem, układ scalony (lub układy<br />
scalone) (IC) zaprojektowany do przetwarzania sygnałów RF i kodowania danych, <strong>oraz</strong><br />
pamięć.<br />
W ISO/IEC zależnie od odległości odczytu wyróżniono trzy różne kategorie kart<br />
bezstykowych, dla których opracowano trzy osobne normy:<br />
− vicinity cards – ISO/IEC 15693 [10 ÷ 12], tzw. karty dystansowe, por. p. 3.3.2;<br />
− proximity cards – ISO/IEC 14443 [13 ÷ 16], tzw. karty zbliżeniowe, por. p. 3.3.3;<br />
− close coupled cards – ISO/IEC 10536, tzw. karty bliskiego sprzężenia, mało popularne,<br />
których opis pominięto w niniejszym opracowaniu.<br />
Zalecane metody badania bezstykowych kart identyfikacyjnych opisano w wieloczęściowej<br />
normie ISO/IEC 10373. Bezpośredni związek z tematem niniejszego opracowania –<br />
badaniem kart <strong>RFID</strong>, ma część 7 [17] dotycząca kart dystansowych i urządzeń do ich<br />
odczytu / zapisu <strong>oraz</strong> część 6 [18] dotycząca kart zbliżeniowych i urządzeń do ich<br />
odczytu / zapisu. Badania bezstykowych kart identyfikacyjnych opisane w ISO/IEC 10373
– str. 89 z 187 –<br />
obejmują testy odporności na narażenia środowiskowe, w tym mechaniczne i EMC, <strong>oraz</strong><br />
specyficzne badania właściwości interfejsu radiowego zależne od kategorii karty (dystansowa<br />
/ zbliżeniowa).<br />
3.3.1 Karty dystansowe – norma ISO/IEC 15693<br />
Norma ISO/IEC 15693 dotyczy bezstykowych kart dystansowych (Vicinity Card, Vicinity<br />
Integrated Circuits Card, VICC) <strong>oraz</strong> urządzeń przeznaczonych do odczytu / zapisu tego<br />
rodzaju kart (Vicinity Coupling Device, VCD) – czytników, które wykorzystują sprzężenie<br />
indukcyjne do przekazywania energii do zasilania kart, a także nadzorują wymianę danych<br />
z kartami.<br />
Norma ISO/IEC 15693 składa się z trzech części:<br />
− Part 1: Physical characteristics [10] – właściwości fizyczne;<br />
− Part 2: Radio frequency power and signal interface [11] – zasilanie RF i interfejs<br />
sygnałowy;<br />
– Part 3: Anti-collision and transmission protocol [12] – protokół antykolizyjny<br />
i transmisyjny.<br />
Ponieważ w strefie odczytu czytnika (VCD) może znajdować się więcej niż jedna karta<br />
(VICC), to komunikacja między czytnikiem i kartą dystansową powinna odbywać się wg<br />
następującej procedury:<br />
− aktywacja VICC (każdej, która jest w zasięgu) polem RF wytwarzanym przez VCD;<br />
− VICC milcząc oczekuje na polecenie VCD;<br />
− wysłanie polecenia przez VCD;<br />
− wysłanie odpowiedzi przez VICC.<br />
3.3.1.1 Parametry interfejsu radiowego<br />
Przesłanie energii zasilania do karty (VICC) odbywa się w wyniku sprzężenia anteny karty<br />
z anteną czytnika (VCD). W celu przesłania poleceń z VCD do VICC pole RF aktywujące<br />
VICC wytwarzane przez VCD jest modulowane.<br />
Częstotliwość pola aktywującego (fC) wynosi 13,56 MHz ±7 kHz. VICC powinna działać<br />
zgodnie z przeznaczeniem w zakresie natężenia pola od Hmin = 150 mA/m rms do<br />
Hmax = 5 A/m rms. Czytnik (VCD) powinien wytwarzać pole o natężeniu nie mniejszym niż<br />
Hmin i nie większym niż Hmax. W normie nie określono sposobu generowania pola i realizacji<br />
sprzężenia indukcyjnego.<br />
3.3.1.2 Komunikacja VCD z VICC<br />
Komunikacja między czytnikiem (VCD) a kartą (VICC) odbywa się w wyniku amplitudowej<br />
modulacji natężenia pola (ASK). Stosowane są dwa indeksy modulacji 10% i 100%. VICC<br />
powinna dekodować oba rodzaje poleceń.<br />
Kodowanie danych powinno być realizowane metodą modulacji położenia impulsu (PPM).<br />
VICC powinna obsługiwać dwa tryby transmisji zdefiniowane w normie. O wyborze trybu<br />
transmisji decyduje czytnik (VCD).<br />
− Kodowanie 1 z 256. W tym trybie wartość pojedynczego bajtu powinna być<br />
reprezentowana przez położenie jednego impulsu. Pozycja pauzy w czasie jednego z 256<br />
kolejnych przedziałów czasu 18,88 µs (256/fC) wyznacza wartość przesyłanego bajtu.<br />
W tym przypadku transmisja jednego bajtu zajmuje 4,833 ms, a wynikająca z tego
– str. 90 z 187 –<br />
szybkość transmisji wynosi 1,65 kbit/s (fC/8192). W przykładzie na rys. 3-10 [11]<br />
pokazano przesyłanie przez VCD bajtu o wartości E1 (hex, czyli 225 w zapisie<br />
dziesiętnym). Pauza powinna pojawić się w czasie drugiej połowy przedziału czasu<br />
wskazującego wartość bajtu, jak pokazano na rys. 3-11.<br />
− Kodowanie 1 z 4. W tym trybie położenie impulsu określa wartość dwóch bitów. Cztery<br />
kolejne pary bitów tworzą bajt, w którym LSB jest nadawany jako pierwszy. Wynikająca<br />
z tej zasady szybkość transmisji wynosi 26,48 kbit/s (fC/512). Na rys. 3-12 wyjaśniono<br />
zasadę kodowania 1 z 4, a na rys. 3-13 przedstawiono jako przykład kodowania wg tej<br />
zasady bajtu o wartości E1 (hex).<br />
Rys. 3-10: Komunikacja VCD z VICC – kodowanie<br />
Rys. 3-11: Położenie pauzy w 1 z 256 przedziałów czasu
– str. 91 z 187 –<br />
Rys. 3-12: Komunikacja VCD z VICC – kodowanie 1 z 4<br />
Rys. 3-13: Kodowanie 1 z 4 na przykładzie bajtu "E1"<br />
3.3.1.3 Komunikacja VICC z VCD<br />
Karta (VICC) komunikuje się z czytnikiem (VCD) za pośrednictwem sprzężenia<br />
indukcyjnego, zmieniając obciążenie pola wytwarzanego przez VCD z częstotliwością<br />
podnośnej fS. Do komunikacji może być stosowana jedna podnośna lub dwie, zależnie od<br />
protokółu zdefiniowanego przez VCD. Karta VICC powinna obsługiwać oba protokóły.<br />
Jeżeli jest używana jedna podnośna, to częstotliwość modulacji obciążenia powinna wynosić<br />
fS = fC/32 = 423,75 kHz.<br />
Jeżeli są używane dwie podnośne, to częstotliwość fS1 powinna wynosić fC/32 = 423,75 kHz,<br />
a częstotliwość fS2 powinna wynosić fC/28 = 484,28 kHz. Jeżeli używane są dwie podnośne,<br />
to w momencie zmiany częstotliwości powinna być zachowana ciągłość fazy.<br />
Zaprojektowano dwie szybkości transmisji danych z VICC do VCD, por. tab. 3-3. Karta<br />
powinna obsługiwać wszystkie te szybkości.
– str. 92 z 187 –<br />
Tab. 3-3: Szybkości transmisji kart dystansowych<br />
Szybkość transmisji Pojedyncza podnośna Dwie podnośne<br />
Mała 6,62 kbit/s (fC/2048) 6,67 kbit/s (fC/2032)<br />
Duża 26,48 kbit/s (fC/512) 26,69 kbit/s (fC/508)<br />
W przypadku małej szybkości czas bitu jest 4-krotnie większy niż w przypadku szybkości<br />
dużej. Szybkość ustala VCD przesyłając odpowiedni nagłówek zgodnie z protokółem<br />
opisanym w ISO/IEC 15693-3 [12].<br />
W przypadku stosowania jednej podnośnej dane są kodowane w ten sposób, że:<br />
"0" jest kodowane w postaci 8 impulsów o częstotliwości 423,75 (kHz) (fC/32), po których<br />
następuje okres 18,88 µs (256/fC) bez modulacji, rys. 3-14 a);<br />
"1" jest kodowane jako okres 18,88 µs (256/fC) bez modulacji, po którym następuje 8<br />
impulsów o częstotliwości 423,75 (kHz) (fC/32), rys. rys. 3-14 b).<br />
W przypadku stosowania dwóch podnośnych:<br />
"0" jest kodowane w postaci 8 impulsów o częstotliwości 423,75 (kHz) (fC/32), po których<br />
następuje 9 impulsów częstotliwości 484,28 kHz (fC/28), 3-15 a);<br />
"1" rozpoczyna 9 impulsów częstotliwości 484,28 kHz (fC/28), po których następuje 8<br />
impulsów o częstotliwości 423,75 kHz (fC/32), 3-15 b).<br />
a) kodowanie bitu "0"<br />
b) kodowanie bitu "1"<br />
Rys. 3-14: Komunikacja VICC z VCD – kodowanie danych z jedną podnośną<br />
a) kodowanie bitu "0"<br />
b) kodowanie bitu "1"<br />
Rys. 3-15: Komunikacja VICC z VCD – kodowanie danych z dwoma podnośnymi
– str. 93 z 187 –<br />
Dla potrzeb synchronizacji transmisji zdefiniowano kombinacje początku ramki (SOF)<br />
i końca ramki (EOF).<br />
W ISO/IEC 15693-3 [12] opisano protokół i polecenia, parametry konieczne do inicjalizacji<br />
komunikacji między VICC i VCD, metody detekcji i komunikacji z jedną kartą spośród wielu<br />
(unikanie kolizji), opcjonalne środki ułatwiające i przyspieszające wybór jednej spośród wielu<br />
kart.<br />
Karta jest jednoznacznie identyfikowana przez jej unikalny 64-bitowy numer (UID). UID jest<br />
wykorzystywany do indywidualnego adresowania karty podczas wykonywania pętli<br />
antykolizyjnej i do komunikacji między VCD i kartą. UID ma postać jak na rys. 3-16.<br />
MSB LSB<br />
64 57 56 49 48 1<br />
"E0" Kod producenta 48-bitowy nadawany przez producenta numer<br />
seryjny układu scalonego<br />
Rys. 3-16: Struktura adresu karty<br />
Jednym z interesujących rozwiązań zdefiniowanych w ISO/IEC 15693-3 jest identyfikator<br />
rodziny aplikacji (application family identifier, AFI). AFI może być zaprogramowany<br />
w układzie scalonym karty i zablokowany. Jest kodowany jako jeden bajt, podzielony na dwa<br />
półbajty (nibbles) po 4 bity.<br />
Bardziej znaczący półbajt AFI jest używany do kodowania jednej wybranej rodziny lub<br />
wszystkich rodzin aplikacji, jak podano w tab. 3-4. Mniej znaczący półbajt AFI jest używany<br />
do kodowania jednej wybranej lub wszystkich podrodzin aplikacji. Kody podrodziny różne od<br />
0 oznaczają rozwiązania stanowiące własność firmową. Stosowanie AFI eliminuje odpowiedzi<br />
kart VICC, które nie obsługują żądanej aplikacji, rys. 3-17.<br />
Obsługa AFI przez karty (VICC) jest opcjonalna. Jeżeli karta nie obsługuje AFI, a czytnik<br />
wysyła polecenie AFI, karta nie powinna odpowiadać niezależnie od tego, jaka wartość AFI<br />
jest żądana. Jeżeli karta obsługuje AFI, powinna odpowiadać zgodnie z regułami<br />
zdefiniowanymi w tab. 3-4 i na rys. 3-17.
Bardziej znaczący<br />
półbajt AFI<br />
– str. 94 z 187 –<br />
Tab. 3-4: Kodowanie rodziny aplikacji karty (AFI)<br />
Mniej znaczący<br />
półbajt AFI<br />
Znaczenie<br />
odpowiedzi VICC<br />
"0" "0" Wszystkie rodziny<br />
i podrodziny<br />
X "0" Wszystkie podrodziny<br />
z rodziny X<br />
X Y Tylko podrodzina Y<br />
z rodziny X<br />
Przykłady / uwagi<br />
Bez wstępnego wyboru<br />
aplikacji<br />
Wstępny wybór rodziny<br />
aplikacji<br />
"0" Y Tylko firmowa<br />
podrodzina Y<br />
z rodziny X<br />
"1" "0", Y Transport Przewozy masowe,<br />
autobusy, linie lotnicze<br />
"2" "0", Y Finanse Bankowość, handel<br />
detaliczny<br />
"3" "0", Y Identyfikacja Kontrola dostępu<br />
"4" "0", Y Telekomunikacja Publiczne telefony<br />
"5" "0", Y Medycyna<br />
"6" "0", Y Multimedia Usługi internetowe<br />
"7" "0", Y Gry<br />
"8" "0", Y Gromadzenie danych Przenośne zbiory<br />
"9" "0", Y Zarządzanie<br />
przedmiotami,<br />
inwentaryzacja<br />
"A" "0", Y Przesyłki ekspresowe<br />
"B" "0", Y Usługi pocztowe<br />
"C" "0", Y Bagaże linii lotniczych<br />
"D" "0", Y<br />
"E" "0", Y<br />
"F" "0", Y<br />
Uwaga: X = "1" do "F"; Y = "1" do "F "
– str. 95 z 187 –<br />
Rys. 3-17: Schemat decyzyjny karty odnośnie AFI<br />
Uwaga. "Odpowiedź" oznacza, że karta powinna odpowiedzieć na polecenie czytnika<br />
3.3.2 Badania zgodności z normą ISO/IEC 15693-2<br />
W normie ISO/IEC 10373-7 [17] do testowania zgodności interfejsu radiowego kart<br />
dystansowych i czytników takich kart z normą ISO/IEC 15693-2 zaleca się stosowanie<br />
następującej aparatury:<br />
a) Cewki kalibracyjnej (calibration coil);<br />
b) Testowego urządzenia sprzęgającego (test VCD assembly);<br />
c) Wzorcowych kart dystansowych (reference VICC);<br />
d) Cyfrowego oscyloskopu próbkującego (digital sampling oscilloscope).<br />
Jeżeli nie podano inaczej, to badania należy przeprowadzać w temperaturze 23° ±3°C przy<br />
wilgotności względnej 40% do 60%. Odnośnie parametrów zakłada się tolerancję 5%.
– str. 96 z 187 –<br />
3.3.2.1 Cewka kalibracyjna<br />
Cewka kalibracyjna powinna mieć wymiary zewnętrzne standardowej karty ISO/IEC 7810<br />
typu ID-1: 85,60 mm × 53,98 mm i grubość 0,76 mm ±10%.<br />
Cewka ta powinna być wykonana <strong>technik</strong>ą obwodów drukowanych (PCB), z warstwą miedzi<br />
o grubości 35 µm, jako pojedynczy zwój 72 mm (±2%) × 42 mm (±2%), naroża o promieniu<br />
5 mm, umieszczony współosiowo w konturze obudowy karty, rys. 3-18. Ścieżka powinna<br />
mieć szerokość 500 µm ±20%, a dwa pola kontaktowe wymiary 1,5 mm × 1,5 mm.<br />
Przy częstotliwości 13,56 MHz znamionowa indukcyjność tej cewki powinna wynosić<br />
200 nH, a znamionowa rezystancja 0,25 Ω.<br />
Rys. 3-18: Cewka kalibracyjna<br />
Do badań napięcia na otwartym obwodzie cewki kalibracyjnej należy używać oscyloskopu<br />
o impedancji wejściowej większej niż 1 MΩ i pojemności wejściowej mniejszej niż 14 pF.<br />
Częstotliwość rezonansowa zestawu pomiarowego złożonego z cewki kalibracyjnej,<br />
przewodów i sondy oscyloskopu powinna być większa niż 60 MHz.<br />
Współczynnik kalibracji opisanej cewki, definiowany jako napięcie na otwartym obwodzie<br />
mierzone w polu magnetycznym o natężeniu 1 A/m rms, wynosi 0,32 V rms (0,90 Vpp).<br />
3.3.2.2 Testowe urządzenie sprzęgające<br />
Testowe urządzenie sprzęgające (test VCD assembly) składa się z anteny urządzenia<br />
sprzęgającego (anteny VCD) i dwóch umieszczonych równolegle cewek czujnika pola<br />
magnetycznego: cewki "a" i cewki "b". Schemat tej aparatury pokazano na rys. 3-19. Cewki<br />
czujnika są połączone w ten sposób, że napięcie indukowane w jednej ma przeciwną fazę niż<br />
napięcie indukowane w drugiej. Potencjometr P1 (50 Ω) połączony szeregowo z dwoma<br />
rezystorami 220 Ω służy do ustawienia punktu równowagi, gdy cewki nie są obciążone przez<br />
badaną kartą (VICC-DUT) lub inny sprzężony z nimi obwód magnetyczny. Pojemność<br />
obciążenia wnoszona przez sondę oscyloskopu do układu pomiarowego powinna być<br />
mniejsza niż 14 pF.
– str. 97 z 187 –<br />
Rys. 3-19: Schemat elektryczny z testowego urządzenia sprzęgającego<br />
Cewka anteny VCD powinna mieć średnicę 150 mm, a jej konstrukcja powinna być zgodna<br />
z objaśnieniami na rys. 3-20 i rys. 3-21.<br />
Rys. 3-20: Widok (z góry) cewki anteny VCD wykonanej <strong>technik</strong>ą obwodu drukowanego<br />
Uwagi. Szerokość ścieżki cewki antenowej wynosi 1,8 mm.<br />
Rozpoczynając od sieci dopasowującej impedancję przejścia między warstwami obwodu<br />
drukowanego następują co 45º.<br />
Materiał PCB: płytka z żywicy epoksydowej FR4 o grubości 1,6 mm, dwustronnie foliowana<br />
miedzią o grubości 35 µm.
– str. 98 z 187 –<br />
Rys. 3-21: Widok (od spodu) PCB cewki anteny VCD<br />
Impedancja cewki antenowej VCD powinna być dopasowana do 50 Ω impedancji generatora<br />
(lub wzmacniacza) wytwarzającego sygnał RF o częstotliwości 13,56 MHz. Schemat sieci<br />
dopasowującej przedstawia rys. 3-22. Kondensatory C1, C2, C3 i C4 mają określone wartości.<br />
Układ jest dostrajany za pomocą kondensatora C5. Sposób dostrajania obwodu i dopasowania<br />
anteny VCD do impedancji generatora objaśniono na rys. 3-23.<br />
Lista elementów:<br />
Element Wartość<br />
C1 39 pF<br />
C2 8,2 pF<br />
C3 180 pF<br />
C4 33 pF<br />
C5 2-27 pF<br />
5 × 4,7 Ω (równolegle)<br />
Rys. 3-22: Sieć dopasowująca impedancję cewki anteny VCD do 50 Ω<br />
Rext
– str. 99 z 187 –<br />
Rys. 3-23 a): Kalibracja sieci dopasowującej (krok 1)<br />
Rys. 3-23 b): Kalibracja sieci dopasowującej (krok 2)<br />
Krok. 1. Rys. 3-23 a). Precyzyjny wzorcowy rezystor 50 Ω jest włączony szeregowo<br />
z przewodem uziemiającym między wyjściem generatora i zaciskami układu<br />
kalibracyjnego do przyłączenia sieci dopasowującej antenę VCD. Dwie sondy<br />
oscyloskopu są dołączone odpowiednio: jedna równolegle do wyjścia generatora,<br />
a druga równolegle do szeregowego rezystora 50 Ω. Oscyloskop jest ustawiony do<br />
wyświetlania sygnałów z wejścia Y (odchylanie pionowe) i z wejścia X (odchylanie<br />
poziome). Generator sygnałowy jest ustawiony do wytwarzania przebiegu<br />
sinusoidalnego o częstotliwości 13,56 MHz i napięciu 2 V – 5 V rms. Do zacisków<br />
wyjściowych układu kalibracyjnego jest dołączony drugi precyzyjny rezystor<br />
50 Ω ±1%. Sonda oscyloskopu włączona równolegle do rezystora wzorcowego ma<br />
małą pojemność (Csondy). Kondensator Ccal włączony równolegle do zacisków<br />
wyjściowych służy do kompensacji wpływu pojemności Csondy na charakterystykę
– str. 100 z 187 –<br />
fazową dzielnika napięcia. Pojemność ta jest skompensowana (Ccal = Csondy), gdy<br />
figura Lissajous na ekranie oscyloskopu z elipsy zmienia się w odcinek prostej.<br />
Uwaga: Przewód uziemiający sondę powinien być jak najbliżej sondy, aby<br />
minimalizować napięcia indukowane.<br />
Krok. 2. Zachowując nastawy uzyskane w kroku 1 należy do wyjścia układu kalibracyjnego<br />
dołączyć wejście sieci dopasowującej impedancję anteny, rys. 3-23 b). Za pomocą<br />
kondensatora C5 na płytce anteny VCD należy sieć dostroić do uzyskania fazy<br />
równej 0, co następuje gdy figura Lissajous na ekranie oscyloskopu jest odcinkiem<br />
prostej.<br />
Identyczne cewki czujnika pola magnetycznego ("a" i "b") powinny mieć rozmiar<br />
100 × 70 mm, a ich konstrukcja powinna być zgodna z opisem na rys. 3-24.<br />
Rys. 3-24: Konstrukcja cewek czujnika pola<br />
Uwagi. Cewki należy wykonać <strong>technik</strong>ą obwodów drukowanych.<br />
Materiał PCB: płytka z żywicy epoksydowej FR4 o grubości 1,6 mm, foliowana miedzią<br />
o grubości 35 µm.<br />
Szerokość ścieżki 0,5 mm ±20%.<br />
Podane wymiary cewek odnoszą się do wymiarów zewnętrznych.<br />
W testowym urządzeniu sprzęgającym do badań kart dystansowych (test VCD assembly)<br />
cewki czujnika pola ("a" i "b") <strong>oraz</strong> cewka antenowa VCD powinny być ustawione<br />
współosiowo i równolegle, w taki sposób, aby odległość między aktywnymi przewodami<br />
wynosiła 100 mm, rys. 3-25 i rys. 3-26.
– str. 101 z 187 –<br />
Rys. 3-25: Ustawienie cewek czujnika względem cewki antenowej<br />
Rys. 3-26: Rozmieszczenie elementów testowego urządzenia sprzęgającego (VCD)<br />
Uwaga: Odległość 100 mm między cewkami czujnika pola a anteną VCD (wymagana do badania<br />
kart dystansowych), odpowiada największej odległości odczytu i pozwala pomijać<br />
pasożytnicze efekty, takie jak rozstrojenie z bliskiej odległości lub niejednoznaczności<br />
powodowane przez szum i inne wpływy środowiska.<br />
3.3.2.3 Wzorcowe karty dystansowe<br />
Wzorcowe karty dystansowe (wzorcowe VICC) zdefiniowano w celu testowania czytnika<br />
(VCD) pod względem:<br />
− wytwarzanego natężenia pola (sprawdzenie wartości Hmin i Hmax określonych w normie<br />
ISO/IEC 15693);<br />
− zdolności do zasilania VICC;<br />
− zdolności do detekcji minimalnego sygnału modulacji obciążenia przez VICC.<br />
Wzorcowa VICC powinna składać się z obszaru zawierającego cewkę, którego wymiary<br />
powinny być zgodne ze zdefiniowanymi w normie ISO/IEC 7810 dla konturu karty typu ID-<br />
1, jak na rys. 3-27, a grubości równa 0,76 mm ±10%. Na zewnątrz tego obszaru powinien
– str. 102 z 187 –<br />
znajdować się układ, który emuluje wymagane funkcje VICC, przyłączony w ten sposób, aby<br />
umożliwiał przysunięcie karty cewek testowego VCD lub anteny badanego czytnika i nie<br />
powodował zakłóceń w pomiarach.<br />
Rys. 3-27. Wymiary wzorcowej karty dystansowej (VICC)<br />
Cewka wzorcowej VICC powinna być wykonana <strong>technik</strong>ą obwodów drukowanych (PCB)<br />
z warstwą miedzi o grubości 35 µm jako 4 zwoje o wymiarze zewnętrznym 72 mm (±2%)<br />
× 42 mm (±2%), umieszczone współosiowo w konturze obudowy karty. Szerokość ścieżek<br />
i odległość między nimi powinny wynosić 500 µm ±20%. Przy częstotliwości 13,56 MHz jej<br />
znamionowa indukcyjność powinna wynosić 3,5 µH, a znamionowa rezystancja 1 Ω.<br />
Układ wzorcowej VICC do badania natężenia pola (Hmax i Hmin) wytwarzanego przez VCD<br />
i zdolności VCD do zasilania VICC składa się z elementów przedstawionych na schemacie<br />
rys. 3-28 i opisanych w p. 3.3.2.6.<br />
Układ wzorcowej VICC do badania modulacji obciążenia składa się z elementów<br />
przedstawionych na schemacie rys. 3-29 i opisanych w p. 3.3.2.7.<br />
3.3.2.4 Cyfrowy oscyloskop próbkujący<br />
Cyfrowy oscyloskop powinien próbkować mierzony sygnał z szybkością co najmniej<br />
100 Mpróbek/s z rozdzielczością co najmniej 8 bitów. Dla ułatwienia przetwarzania wyników<br />
pomiaru za pomocą zewnętrznego oprogramowania stosowany oscyloskop powinien<br />
umożliwiać uzyskanie wyników w postaci pliku tekstowego.<br />
3.3.2.5 Badania funkcjonalne karty dystansowej<br />
Celem badania jest wyznaczenie amplitudy modulacji obciążenia powodowanej przez badaną<br />
kartę (VICC) w zakresie natężenia pola aktywującego, określonym w normie ISO/IEC 15693-2.<br />
Procedura badania składa się z następujących czynności.<br />
Krok 1. Należy zastosować testowe urządzenia sprzęgające (testowe VCD), którego schemat<br />
przedstawiono na rys. 3-19, którego elementy są umieszczone jak na rys. 3-26.<br />
Bez DUT (VICC) prąd anteny VCD należy wyregulować tak, by uzyskać wymagane<br />
natężenie pola magnetycznego mierzone za pomocą cewki kalibracyjnej. Do wyjścia<br />
testowego urządzenia sprzęgającego należy dołączyć sondę oscyloskopu.<br />
Potencjometr należy wyregulować tak, by uzyskać minimum pozostałości fali<br />
nośnej. Ten sygnał powinien mieć amplitudę co najmniej 40 dB mniejszą niż<br />
amplituda sygnału uzyskiwanego wskutek zwarcia jednej z cewek czujnika.<br />
Krok 2. Badaną kartę dystansową (DUT = VICC) należy umieścić współosiowo z cewką "a"<br />
czujnika pola. Prąd anteny VCD należy ponownie wyregulować w celu uzyskania<br />
wymaganego natężenia pola. Przebieg podnośnej modulującej obciążenie anteny<br />
powinien być próbkowany z szybkością co najmniej 100 Mpróbek/s.<br />
Dokładnie dwa okresy podnośnej próbkowanego przebiegu modulacji należy<br />
przetworzyć stosując dyskretną transformatę Fouriera. Aby zminimalizować skutki
– str. 103 z 187 –<br />
stanów przejściowych, nie należy wybierać fragmentu przebiegu następującego<br />
bezpośrednio po okresie bez modulacji.<br />
Polecenia, które powinien wysyłać zestaw VCD (symulator czytnika) w celu<br />
spowodowania modulacji obciążenia przez badaną kartę, powinny być takie jak<br />
zdefiniowano w normie ISO/IEC 15693-3.<br />
W przypadku dwóch częstotliwości podnośnych opisaną procedurę należy powtórzyć dla<br />
drugiej podnośnej. Amplitudy dwóch wstęg bocznych górnych fC + fS1 i fC + fS2 i dwóch<br />
dolnych fC – fS1 i fC – fS2 powinny być większe niż wartości minimalne określone w normie<br />
ISO/IEC 15693-2. Uzyskane wyniki należy zapisać w sprawozdaniu z badań.<br />
3.3.2.6 Badania natężenia pola i zdolności do zasilania kart<br />
Celem badania jest wyznaczenie natężenia pola wytworzonego przez badany czytnik<br />
w określonej strefie działania, a także stwierdzenie, że natężenie pola nie jest większe niż<br />
wartość określona w normie ISO/IEC 15693-2. Do sprawdzenia, że badany VCD może<br />
przekazywać wymaganą energię w każdym miejscu w jego strefie działania, wykorzystuje się<br />
wzorcową VICC.<br />
Procedura badania (por. rys. 3-28):<br />
1. Należy dostroić kartę wzorcową (VICC) do częstotliwości 13,56 MHz.<br />
Uwaga. Częstotliwość rezonansową VICC należy określić wykorzystując analizator<br />
impedancji lub miernik LCR dołączony do cewki kalibracyjnej. Cewkę VICC należy<br />
umieścić przy cewce kalibracyjnej, tak blisko jak to możliwe, tak by ich osie się<br />
pokrywały. Przy częstotliwości rezonansowej impedancja obwodu PICC ma wartość<br />
maksymalną.<br />
2. Należy ustawić zworę J1 w pozycji "b", aby dołączyć R2.<br />
3. Umieścić wzorcową VICC w strefie działania badanego czytnika.<br />
4. Napięcie VDC mierzone na rezystorze R3 za pomocą woltomierza o dużej impedancji nie<br />
powinno przekraczać 3 V, gdy rezystorem włączonym równolegle do cewki L jest R2,<br />
a natężenie pola wynosi Hmax.<br />
Element<br />
Lista elementów<br />
Wartość<br />
L (cewka) Por. opis p. 3.3.2.3<br />
i rys. 3-27<br />
C1<br />
pojemność rozproszona<br />
układu ≈ 5 pF<br />
C2<br />
trymer 2 … 10 pF<br />
C3<br />
27 pF<br />
C4<br />
10 nF<br />
D1, D2, D3, D4 BAR43 lub równoważna<br />
R1<br />
11 kΩ<br />
R2<br />
91 Ω<br />
100 kΩ<br />
Rys. 3-28: Schemat układu elektrycznego wzorcowej VICC do badania zasilania<br />
Podobną procedurę stosuje się w przypadku badania minimalnego natężenia pola Hmin:<br />
1. Należy dostroić wzorcową VICC do częstotliwości 13,56 MHz.<br />
2. Ustawić zworę J1 w pozycji "a", aby dołączyć R1.<br />
R3
– str. 104 z 187 –<br />
3. Umieścić wzorcową VICC w strefie działania badanego czytnika.<br />
4. Napięcie VDC mierzone na rezystorze R3 za pomocą woltomierza o dużej impedancji nie<br />
powinno przekraczać 3 V, gdy rezystorem włączonym równolegle do cewki L jest R1,<br />
a natężenie pola wynosi Hmin.<br />
3.3.2.7 Indeks modulacji i kształt przebiegu<br />
Celem testu jest wyznaczenie indeksu modulacji pola wytwarzanego przez badany czytnik<br />
(VCD), a także pomiar czasu narastania, czasu opadania i chwilowych wartości przetężenia.<br />
Cewkę kalibracyjną należy umieścić w dowolnym miejscu w przestrzeni roboczej badanego<br />
VCD. Parametry modulowanego przebiegu należy określić obserwując za pomocą<br />
odpowiedniego oscyloskopu napięcie indukowane w cewce kalibracyjnej.<br />
3.3.2.8 Odbiór modulacji obciążenia<br />
To badanie można wykonać w celu sprawdzenia, czy badany czytnik (VCD) prawidłowo<br />
odbiera modulację obciążenia wymuszaną przez VICC zgodnie z normą ISO/IEC 15693-2.<br />
Zakłada się, że badany czytnik wyposażono w środki wskazujące poprawny odbiór podnośnej<br />
(podnośnych) wytworzonych przez testową VICC.<br />
Na rys. 3-29 przedstawiono schemat układu, który może być zastosowany do określenia<br />
czułości czytnika na modulację obciążenia w obrębie jego strefy działania.
– str. 105 z 187 –<br />
Element<br />
Lista elementów<br />
Wartość<br />
R1 11 kΩ<br />
R2 91 Ω<br />
R3 100 kΩ<br />
D1, D2, D3, D4 BAR43 lub równoważna<br />
L Por. opis p. 3.3.2.3 i rys. 3-27<br />
C1 pojemność rozproszona ≈ 5 pF<br />
C2 2 … 10 pF<br />
C3 27 pF<br />
C4 10 nF<br />
N1, N2 tranzystor N-MOS,<br />
o małej pojemności pasożytniczej<br />
Rmod1, Rmod2 będzie zdefiniowany<br />
będzie zdefiniowany<br />
Cmod1, Cmod2<br />
Rys. 3-29: Schemat układu wzorcowej VICC do badania modulacji obciążenia<br />
3.3.3 Karty zbliżeniowe – norma ISO/IEC 14443<br />
Norma ISO/IEC 14443 dotyczy bezstykowych kart zbliżeniowych (Proximity Card,<br />
Proximity Integrated Circuits Card, PICC) <strong>oraz</strong> urządzeń przeznaczonych do odczytu / zapisu<br />
tego rodzaju kart (Proximity Coupling Device, PCD) – czytników, które wykorzystują<br />
sprzężenie indukcyjne do przekazywania energii do zasilania kart, a także nadzorują wymianę<br />
danych z kartami.<br />
Norma ISO/IEC 14443 składa się z czterech części:<br />
− Part 1: Physical characteristics [13] – właściwości fizyczne;<br />
− Part 2: Radio frequency power and signal interface [14] – zasilanie RF i interfejs<br />
sygnałowy;<br />
− Part 3: Initialization and anticollision [15] – inicjacja i protokół antykolizyjny;<br />
− Part 4: Transmission protocols [16] – protokóły transmisyjne.<br />
Ponieważ w strefie odczytu czytnika (PCD) może znajdować się więcej niż jedna karta<br />
(PICC), to komunikacja między czytnikiem i kartą zbliżeniową powinna odbywać się wg<br />
następującej procedury:<br />
− aktywacja PICC (każdej, która jest w zasięgu) polem RF wytwarzanym przez PCD;<br />
− PICC milcząc oczekuje na polecenie PCD;<br />
− wysłanie polecenia przez PCD;<br />
− wysłanie odpowiedzi przez PICC.<br />
3.3.3.1 Parametry interfejsu radiowego<br />
Przesłanie energii zasilania do karty (PICC) odbywa się w wyniku sprzężenia anteny karty<br />
z anteną czytnika (PCD). W celu przesłania poleceń z PCD do PICC pole RF aktywujące<br />
PICC wytwarzane przez PCD jest modulowane.<br />
Częstotliwość pola aktywującego (fC) wynosi 13,56 MHz ±7 kHz. Minimalne wymagane<br />
natężenie niemodulowanego pola aktywującego wynosi Hmin = 1,5 A/m rms, a maksymalne<br />
wynosi Hmax = 7,5 A/m rms. PICC powinna działać zgodnie z przeznaczeniem przy każdej<br />
wartości natężenia pola zawartej między Hmin a Hmax. Czytnik (PCD) powinien wytwarzać
– str. 106 z 187 –<br />
pole o natężeniu nie mniejszym niż Hmin i nie większym niż Hmax. W normie nie określono<br />
sposobu generowania pola i realizacji sprzężenia indukcyjnego.<br />
Czytnik powinien być w stanie zasilać każdą pojedynczą wzorcową PICC (zdefiniowaną<br />
w normie ISO/IEC 10373-6 [18] dotyczącej badań) w strefie działania określonej przez<br />
producenta.<br />
3.3.3.2 Interfejsy komunikacyjne<br />
W normie ISO/IEC 14443-2 [14] opisano dwie wersje interfejsu komunikacyjnego: Typ A<br />
i typ B. W czasie jednej sesji komunikacyjnej tylko jeden z nich może być aktywny aż do<br />
dezaktywacji (wyłączenia) pola przez PCD lub usunięcia PICC z pola. Następna sesja może<br />
przebiegać z wykorzystaniem każdego z tych typów.<br />
Na rys. 3-30 wyjaśniono koncepcję komunikacji w obu typach w kierunku czytnik do karty<br />
(PCD do PICC) i w kierunku karta do czytnika (PICC do PCD).<br />
Rys. 3-30: Przykład sygnałów komunikacyjnych dla interfejsów typu A i typu B<br />
3.3.3.3 Interfejs typu A<br />
Do komunikacji czytnika (PCD) z kartą (PICC) wykorzystuje się modulację (kluczowanie)<br />
amplitudy wytwarzanego pola ASK z indeksem 100%. Obwiednia pola wytwarzanego przez<br />
PCD powinna zanikać monotonicznie do wartości mniejszej niż 5% wartości w stanie<br />
ustalonym. Szybkość transmisji danych w trakcie inicjalizacji <strong>oraz</strong> poleceń antykolizyjnych<br />
powinna wynosić fC/128, tj. ~106 kbit/s.<br />
Karta (PICC) komunikuje się z czytnikiem (PCD) za pośrednictwem sprzężenia<br />
indukcyjnego, zmieniając amplitudę obciążenia pola wytworzonego przez PCD<br />
z częstotliwością podnośnej fS. Szybkość transmisji danych powinna wynosić fC/128,<br />
tj. ~106 kbit/s.<br />
Amplituda modulacji obciążenia powinna wynosić co najmniej 30/H 1,2 mV (wartości<br />
szczytowej), gdzie H oznacza natężenie pola magnetycznego w A/m rms, gdy metoda<br />
pomiaru jest zgodna ze standardową, opisaną w ISO/IEC 10373-6.<br />
Częstotliwość podnośnej wynosi fC/16 ≈ 847 kHz. Czas jednego bitu jest równy 8 okresom<br />
podnośnej.
– str. 107 z 187 –<br />
3.3.3.4 Interfejs typu B<br />
Do komunikacji czytnika (PCD) z kartą (PICC) wykorzystuje się modulację (kluczowanie)<br />
amplitudy wytwarzanego pola ASK z indeksem 10%. Indeks modulacji powinien wynosić<br />
minimum 8% a maksimum 14%. Dane są kodowane w formacie NRZ-L, przy czym poziomy<br />
logiczne są definiowane jak następuje:<br />
"1" – większa amplituda pola fali nośnej (amplituda fali niemodulowanej);<br />
"0" – mniejsza amplituda fali nośnej.<br />
Szybkość transmisji danych w trakcje inicjalizacji <strong>oraz</strong> poleceń antykolizyjnych powinna<br />
wynosić fC/128, tj. ~106 kbit/s.<br />
Karta (PICC) komunikuje się z czytnikiem (PCD) za pośrednictwem sprzężenia<br />
indukcyjnego, zmieniając obciążenie pola wytworzonego przez PCD z częstotliwością<br />
podnośnej fS. Szybkość transmisji danych powinna wynosić fC/128, tj. ~106 kbit/s.<br />
Amplituda modulacji obciążenia powinna wynosić co najmniej 30/H 1,2 mV (wartość<br />
szczytowa), gdzie H oznacza natężenie pola magnetycznego w A/m rms, gdy metoda pomiaru<br />
jest zgodna ze standardową, opisaną w ISO/IEC 10373-6.<br />
Częstotliwość podnośnej wynosi fC/16 ≈ 847 kHz. Czas jednego bitu jest równy 8 okresom<br />
podnośnej. Faza podnośnej jest modulowana sygnałem binarnym. Zmiana fazy następuje<br />
w znamionowym momencie narastającego lub opadającego zbocza podnośnej, rys. 3-31. Bity<br />
są kodowane NRZ-L, przy czym zmiana stanu logicznego jest odwzorowywana przez zmianę<br />
fazy podnośnej o 180°.<br />
Rys. 3-31: Zmiany fazy (przełączanie obciążenia z częstotliwością podnośnej)<br />
3.3.3.5 Minimalna strefa odczytu karty zbliżeniowej<br />
Antena PICC może mieć dowolny kształt i lokalizację, ale powinna obejmować strefę<br />
przedstawioną na rys. 3-32.
– str. 108 z 187 –<br />
Rys. 3-32: Minimalna strefa odczytu karty zbliżeniowej PICC<br />
3.3.3.6 Protokóły detekcji kolizji i komunikacyjne<br />
W ISO/IEC 14443-3 [15] zdefiniowano dwa protokóły detekcji kolizji danych:<br />
− typ A odnoszący się do PICC typu A;<br />
− typ B odnoszący się do PICC typu B.<br />
Protokóły te różnią się formatem ramki i zależnościami czasowymi.<br />
W ISO/IEC 14443-4 [16] zdefiniowano inny protokół transmisji półdupleksowej wraz<br />
z poleceniami uaktywnienia i dezaktywacji działania zgodnego z tym protokółem. Protokół<br />
ten może być stosowany z kartami typu A i typu B.<br />
3.3.4 Badania zgodności z normą ISO/IEC 14443-2<br />
W normie ISO/IEC 10373-6 [18] do testowania zgodności interfejsu radiowego kart<br />
zbliżeniowych i czytników takich kart z normą ISO/IEC 14443-2 zaleca się stosowanie<br />
następującej aparatury:<br />
a) Cewki kalibracyjnej (calibration coil);<br />
b) Testowego urządzenia sprzęgającego (test PCD assembly);<br />
c) Kart wzorcowych (reference PICC);<br />
d) Cyfrowego oscyloskopu próbkującego (digital sampling oscilloscope).<br />
Jeżeli nie podano inaczej, to badania należy przeprowadzić w temperaturze 23° ±3°C przy<br />
wilgotności względnej 40% do 60%.Odnośnie parametrów zakłada się tolerancję 5%.<br />
3.3.4.1 Cewka kalibracyjna<br />
Konstrukcja cewki kalibracyjnej i wymagania odnośnie jej parametrów są identyczne, jak<br />
w przypadku cewki opisanej w ISO/IEC 10373-7, por. p. 3.3.2.1 i rys. 3-18.<br />
3.3.4.2 Testowe urządzenie sprzęgające<br />
Testowe urządzenie sprzęgające (test PCD assembly) składa się z anteny urządzenia<br />
sprzęgającego (anteny PCD) i dwóch umieszczonych równolegle cewek czujnika pola<br />
magnetycznego: cewki "a" i cewki "b". Schemat tej aparatury pokazano na rys. 3-33. Cewki<br />
czujnika są połączone w ten sposób, że napięcie indukowane w jednej ma przeciwną fazę niż<br />
napięcie indukowane w drugiej. Potencjometr P1 (50 Ω) połączony szeregowo z dwoma<br />
rezystorami 220 Ω służy do ustawienia punktu równowagi, gdy cewki nie są obciążone przez
– str. 109 z 187 –<br />
badaną kartę (PICC) lub inny sprzężony z nimi obwód magnetyczny. Pojemność obciążenia<br />
wnoszona przez sondę oscyloskopu powinna być mniejsza niż 14 pF.<br />
Rys. 3-33: Schemat elektryczny testowego urządzenia sprzęgającego<br />
Konstrukcja cewki anteny PCD jest identyczna z konstrukcją cewki anteny VCD<br />
przedstawionej w p. 3.3.2.2 na rys. 3-20 i rys. 3-21.<br />
Sposób dopasowania cewki anteny PCD i schemat sieci dopasowującej tę antenę do<br />
impedancji generatora (50 Ω) są takie, jak w przypadku urządzenia sprzęgającego opisanego<br />
w p. 3.3.2.2.<br />
Dwie cewki czujnika pola magnetycznego ("a" i "b") są takie, jak w przypadku urządzenia<br />
sprzęgającego opisanego w p. 3.3.2.2.<br />
Różnica między urządzeniem sprzęgającym do badań kart dystansowych (VICC) opisanym<br />
w p. 3.3.2.2 a urządzeniem sprzęgającym do badań kart zbliżeniowych (PICC) dotyczy<br />
odległości między płaszczyznami cewek czujnika pola ("a" i "b") i cewki antenowej. Do<br />
badania kart zbliżeniowych (DUT = PICC) cewki powinny być ustawione współosiowo<br />
i równolegle w taki sposób, aby odległość między ich aktywnymi przewodami wynosiła<br />
37,5 mm, rys. 3-34. Natomiast w przypadku urządzenia sprzęgającego do badań kart<br />
dystansowych znormalizowana odległość wynosi 100 mm, por. rys. 3-26.<br />
Rys. 3-34: Rozmieszczenie elementów testowego urządzenia sprzęgającego (testowego PCD)
3.3.4.3 Wzorcowe karty zbliżeniowe<br />
– str. 110 z 187 –<br />
Wzorcowe karty zbliżeniowe (wzorcowe PICC) zdefiniowano w celu testowania czytnika<br />
(PCD) pod względem:<br />
− wytwarzanego natężenia pola (sprawdzenie wartości Hmin i Hmax określonych w normie<br />
ISO/IEC 14443);<br />
− zdolności do zasilania PICC;<br />
− zdolności do detekcji minimalnego sygnału modulacji obciążenia przez PICC.<br />
Wzorcowa PICC powinna składać się z obszaru zawierającego cewkę, którego wymiary<br />
powinny być zgodne ze zdefiniowanymi w normie ISO/IEC 7810 dla konturu karty typu ID-1,<br />
jak na rys. 3-27 a grubości równa 0,76 mm ±10%. Konstrukcja cewki wzorcowej PICC jest<br />
identyczna z konstrukcją cewki wzorcowej VICC opisanej w p. 3.3.2.3. Na zewnątrz tego<br />
obszaru powinien znajdować się układ, który emuluje wymagane funkcje PICC, przyłączony<br />
w ten sposób, aby umożliwiał przysunięcie karty do cewek testowego PCD lub anteny<br />
badanego czytnika i nie powodował zakłóceń w pomiarach.<br />
Schemat elektryczny układu wzorcowej PICC do badania natężenia pola (Hmax i Hmin)<br />
wytwarzanego przez PCD i zdolności PCD do zasilania PICC przedstawiono na rys. 3-35.<br />
Rezystor R1 lub R2 jest wybierany za pomocą zwory J1. Obwód antenowy PICC jest<br />
dostrajany do rezonansu za pomocą kondensatora CV1.<br />
Lista elementów:<br />
Element Wartość<br />
L (cewka) Por. opis p. 3.3.2.3<br />
i rys. 3-27<br />
CV1 6-60 pF<br />
C3 10 nF<br />
D1, D2, D3, D4 BAR43 lub równoważna<br />
R1 1,8 kΩ (5 mW)<br />
R2 0 - 5 kΩ<br />
Rys. 3-35: Schemat układu elektrycznego wzorcowej PICC<br />
zalecanej do badania natężenia pola PCD lub zasilania PICC<br />
Schemat elektryczny układu karty wzorcowej PICC do badania modulacji obciążenia<br />
przedstawiono na rys. 3-36. Modulacja obciążenia, zależnie od pozycji zwor J1 i J2, może<br />
mieć charakter rezystancji lub pojemności.
– str. 111 z 187 –<br />
Lista elementów o wartościach zgodnie z wymaganiami emulacji:<br />
Element Funkcja Wartość<br />
R1 ustalanie Q (dobroci) 0 – 10 Ω<br />
CV1 dostrajanie do rezonansu wg wymagań<br />
Cmod1, Cmod2 modulacja pojemnościowa 3,3 – 10 pF<br />
Rmod1, Rmod2 modulacja rezystancją 400 Ω – 12 kΩ<br />
R6 prąd bocznika 10 Ω – 5 kΩ<br />
D5 napięcie bocznika 2,7 – 15 V<br />
Lista elementów (stała):<br />
Element Wartość<br />
R2 1 MΩ<br />
R3 1 MΩ<br />
R4 1 MΩ<br />
R5 1 MΩ<br />
D1, D2, D3, D4 BAR43 lub równoważna<br />
L Por. opis p. 3.3.2.3<br />
i rys. 3-27<br />
CV1 6-60 pF<br />
C1 100 pF<br />
C2 10 nF<br />
74HC03A wyjście z otwartym drenem,<br />
10 pF maksymalna pojemność<br />
wyjściowa do ziemi<br />
Rys. 3-36: Schemat układu elektrycznego wzorcowej VICC do badania modulacji obciążenia<br />
Wzorcowe PICC powinny być kalibrowane z wykorzystaniem testowego PCD<br />
przedstawionego na rys. 3-34.<br />
3.3.4.4 Cyfrowy oscyloskop próbkujący<br />
Wymagania są takie same, jak zdefiniowane w p. 3.3.2.4.<br />
3.3.4.5 Pomiary natężenie pola PCD<br />
Celem testu jest wyznaczenie natężenia pola wytwarzanego przez badany czytnik (PCD)<br />
w określonej strefie działania, a także stwierdzenie, że natężenie wytworzonego pola nie jest<br />
większe niż wartość maksymalna zdefiniowana w normie ISO/IEC 14443-1.<br />
Pomiar Hmax składa się z następujących kroków.<br />
1. Należy wyregulować testowe urządzenie sprzęgające (test PCD assembly), rys. 3-34, do<br />
wytwarzania w cewce kalibracyjnej pola magnetycznego o natężeniu Hmax.<br />
2. Wzorcową PICC, przedstawioną na rys. 3-35, dostroić do częstotliwości 19 MHz.<br />
Uwaga. Częstotliwość rezonansową PICC należy określić wykorzystując analizator<br />
impedancji lub miernik LCR dołączony do cewki kalibracyjnej. Cewkę PICC należy<br />
umieścić przy cewce kalibracyjnej, tak blisko jak to możliwe, tak by ich osie się<br />
pokrywały. Przy częstotliwości rezonansowej impedancja obwodu PICC ma wartość<br />
maksymalną.<br />
3. Umieścić wzorcową PICC w testowym urządzeniu sprzęgającym w miejscu karty badanej<br />
(DUT). Za pomocą zwory J1 dołączyć rezystor R2 i nastawić jego wartość tak, aby
– str. 112 z 187 –<br />
napięcie VDC mierzone za pomocą woltomierza o dużej impedancji wynosiło 3 V.<br />
Sprawdzać natężenie pola monitorując napięcie RF na cewce kalibracyjnej.<br />
4. Umieścić wzorcową PICC w przestrzeni roboczej badanego PCD. Napięcie VDC mierzone<br />
na rezystorze R2 nie powinno być większe niż 3 V.<br />
Pomiar Hmin składa się z następujących kroków.<br />
1. Należy wyregulować testowe urządzenie sprzęgające (test PCD assembly), rys. 3-34, do<br />
wytwarzania w cewce kalibracyjnej pola magnetycznego o natężeniu Hmin.<br />
2. Wzorcową PICC, przedstawioną na rys. 3-35, dostroić do częstotliwości 13,56 MHz.<br />
3. Umieścić wzorcową PICC w testowym urządzeniu sprzęgającym w miejscu karty badanej<br />
(DUT). Za pomocą zwory J1 dołączyć rezystor R2 i nastawić jego wartość tak, aby<br />
napięcie VDC mierzone za pomocą woltomierza o dużej impedancji wynosiło 3 V.<br />
Sprawdzać natężenie pola monitorując napięcie na cewce kalibracyjnej.<br />
Umieścić wzorcową PICC w przestrzeni roboczej badanego PCD. Napięcie VDC mierzone<br />
na rezystorze R2 nie powinno być większe niż 3 V.<br />
3.3.4.6 Badania zdolności do zasilania kart<br />
Celem testu jest określenie zdolności badanego czytnika (PCD) do zasilania karty (PICC)<br />
umieszczonej gdziekolwiek w jego przestrzeni roboczej.<br />
Do badania należy wykorzystać wzorcową PICC, przedstawioną na rys. 3-35, dostrojoną do<br />
częstotliwości 13,56 MHz. Za pomocą zwory J1 należy dołączyć rezystor R1. Napięcie VDC<br />
mierzone na tym rezystorze za pomocą woltomierza o dużej impedancji nie powinno być<br />
większe niż 3 V.<br />
Badanie należy powtórzyć dostrajając wzorcową PICC do częstotliwości 19 MHz.<br />
3.3.4.7 Indeks modulacji i kształt przebiegu<br />
Celem testu jest wyznaczenie indeksu modulacji pola wytwarzanego przez badany czytnik<br />
(PCD), a także pomiar czasu narastania, czasu opadania i chwilowych wartości przetężenia.<br />
Cewkę kalibracyjną należy umieścić w dowolnym miejscu w przestrzeni roboczej badanego<br />
PCD. Parametry modulowanego przebiegu należy określić obserwując za pomocą<br />
odpowiedniego oscyloskopu napięcie indukowane w cewce kalibracyjnej.<br />
3.3.4.8 Odbiór modulacji obciążenia<br />
Ten test można wykonać w celu sprawdzenia, czy badany czytnik (PCD) prawidłowo odbiera<br />
modulację obciążenia powodowaną przez PICC zgodną z normą ISO/IEC 14443-2. Zakłada<br />
się, że badany czytnik wyposażono w środki wskazujące prawidłowy odbiór podnośnej<br />
wytwarzanej przez PICC.<br />
Wzorcowa PICC do badania modulacji obciążenia, której układ przedstawiono na rys. 3-36,<br />
może emulować rezystancyjną lub pojemnościową modulację obciążenia pola czytnika.<br />
Wzorcowa PICC powinna być kalibrowana w testowym urządzeniu sprzęgającym (test PCD<br />
assembly) przy zadanej wartości natężenia pola magnetycznego H takiej, jaka występuje<br />
w miejscu, w którym ta PICC ma być umieszczona. Tę wartość natężenia pola H można<br />
zmierzyć stosując cewkę kalibracyjną.
– str. 113 z 187 –<br />
3.3.4.9 Badania funkcjonalne karty zbliżeniowej<br />
Celem testu jest wyznaczenie amplitudy modulacji obciążenia przez badaną kartę (PICC)<br />
w zakresie natężenia pola aktywującego, określonym w normie ISO/IEC 14443-2.<br />
Procedura badania składa się z następujących czynności.<br />
Krok 1. Należy zastosować testowe urządzenia sprzęgające (testowe PCD), którego schemat<br />
przedstawiono na rys. 3-33, którego elementy są rozmieszczone jak na rys.3-34.<br />
Prąd anteny PCD należy wyregulować tak, by uzyskać wymagane natężenie pola<br />
magnetycznego mierzone za pomocą cewki kalibracyjnej, bez jakiejkolwiek PICC.<br />
Do wyjścia testowego urządzenia sprzęgającego należy dołączyć sondę oscyloskopu.<br />
Potencjometr należy wyregulować tak, by uzyskać minimum pozostałości fali<br />
nośnej. Ten sygnał powinien mieć amplitudę co najmniej 40 dB mniejszą niż<br />
amplituda sygnału uzyskiwanego wskutek zwarcia jednej z cewek czujnika.<br />
Krok 2. Badaną kartę zbliżeniową (PICC) należy umieścić w miejscu DUT współosiowo<br />
z cewką "a" czujnika pola. Prąd anteny PCD należy ponownie wyregulować w celu<br />
uzyskania wymaganego natężenia pola. Co najmniej dwa okresy przebiegu<br />
podnośnej należy zaobserwować za pomocą oscyloskopu i zapisać próbki w pliku do<br />
późniejszej analizy za pomocą odpowiedniego programu.<br />
Dokładnie dwa okresy podnośnej próbkowanego przebiegu modulacji należy<br />
przetworzyć stosując dyskretną transformatę Fouriera. Aby zminimalizować skutki<br />
stanów przejściowych, nie należy wybierać fragmentu przebiegu następującego<br />
bezpośrednio po okresie bez modulacji.<br />
Amplitudy dwóch wstęg bocznych fC + fS i fC – fS powinny być większe niż wartości<br />
minimalne określone w normie ISO/IEC 14443-2. Uzyskane wyniki należy zapisać<br />
w sprawozdaniu z badań.<br />
Do uzyskania odpowiedzi badanej karty powodującej modulację obciążenia testowe PCD<br />
powinno wysyłać odpowiednio polecenie REQA lub polecenie REQB zgodnie z normą<br />
ISO/IEC 14443-3.<br />
3.3.5 Komunikacja w polu bliskim (NFC)<br />
Komunikacja w polu bliskim (Near Field Communication, NFC) jest to komunikacja między<br />
dwoma urządzeniami bliskiego zasięgu z wykorzystaniem <strong>technik</strong> <strong>RFID</strong> stosowanych<br />
w paśmie częstotliwości 13,56 MHz. Typowa odległość komunikacji wynosi 10 cm, a szybkość<br />
komunikacji do 424 kbit/s.<br />
Urządzenia NFC mogą pracować w trybie aktywnym lub trybie pasywnym. Przy czym<br />
określenie:<br />
– komunikacja w trybie aktywnym (Active Communications Mode) odnosi się do systemu,<br />
w którym strona inicjująca i adresat wykorzystują do komunikacji pole RF wytwarzane<br />
przez siebie;<br />
– komunikacja w trybie pasywnym (Passive Communications Mode) odnosi się do<br />
systemu, w którym strona inicjująca wytwarza pole RF, a adresat odpowiada na polecenia<br />
strony inicjującej modulując obciążenie wytworzonego pola RF.<br />
Urządzenie aktywne dostarcza energię potrzebną do komunikacji z urządzeniami pasywnymi,<br />
podobnie jak w przypadku czytników bezstykowych kart identyfikacyjnych. Z tego względu<br />
w systemie NFC co najmniej jedno z komunikujących się urządzeń musi działać w trybie<br />
aktywnym. W urządzeniach ruchomych zasilanych z wbudowanej baterii w celu ograniczenia
– str. 114 z 187 –<br />
mocy pobieranej z baterii są zwykle umieszczane elementy systemu NFC działające w trybie<br />
pasywnym.<br />
Systemy NFC są przedmiotem zainteresowania różnych instytucji i stowarzyszeń<br />
publikujących dokumenty normalizacyjne: ISO/IEC, ETSI, ECMA i NFC-Forum.<br />
Powiązania między podstawowymi standardami odnoszącymi się do NFC przedstawiono na<br />
rys. 3-37.<br />
Rys. 3-37: Standardy dotyczące <strong>technik</strong> NFC<br />
Uwagi. 1. ECMA International [www.ecma-international.org] jest stowarzyszeniem przemysłowym,<br />
którego działanie koncentruje się na opracowaniu standardów w zakresie <strong>technik</strong><br />
informacyjnych i komunikacyjnych (ICT) <strong>oraz</strong> sprzętu elektronicznego powszechnego<br />
użytku (Consumer Electronics, CE).<br />
2. NFC Forum [www.nfc-forum.org] jest stowarzyszeniem, które utworzono w celu promowania<br />
zastosowań NFC i opracowania standardów interoperacyjności urządzeń NFC.<br />
W normie ECMA-340 [19] zdefiniowano podstawową wersję interfejsu <strong>oraz</strong> protokół<br />
komunikacji między urządzeniami wykorzystującymi do komunikacji pole bliskie. Ten<br />
interfejs i protokół (NFCIP-1) umożliwiają zastosowanie w różnych urządzeniach sieciowych,<br />
peryferyjnych urządzeniach komputerowych i elektronicznych powszechnego użytku.<br />
Z dokumentem tym jest zgodna norma ISO/IEC 18092:2004. Odpowiednie metody badania<br />
dotyczące interfejsu radiowego zdefiniowano w normie ECMA-356 [20] (przyjętej jako<br />
ISO/IEC 22536), a dotyczące protokółu w normie ECMA-362 [21] (przyjętej jako<br />
ISO/IEC 23917).<br />
W szczególności w normie ECMA-340 opisano modulację, kodowanie, szybkości przesyłania<br />
danych, format ramki, a ponadto warunki wymagane ze względu na kontrolę kolizji podczas<br />
inicjalizacji sesji komunikacji między urządzeniami.<br />
Interfejs <strong>oraz</strong> protokół komunikacji NFC zdefiniowany w standardzie ECMA-340 (Near Field<br />
Communication Interface and Protocol, NFCIP-1) polega na wykorzystaniu sprzężenia<br />
indukcyjnego pomiędzy urządzeniami działającymi w paśmie częstotliwości 13,56 MHz.<br />
W standardzie ECMA-352 [22] zdefiniowano drugą, usprawnioną wersję interfejsu radiowego<br />
i protokółu komunikacji między urządzeniami sprzężonymi indukcyjnie, oznaczoną NFCIP-2.<br />
ECMA-373 [23] definiuje przewodowy interfejs cyfrowy między dwoma elementami<br />
systemu NFC, nazywanymi "Transceiver" i "Front-End".
– str. 115 z 187 –<br />
Parametry interfejsu radiowego i protokóły systemów NFC mają wiele elementów wspólnych<br />
z <strong>technik</strong>ami odczytu i zapisu bezstykowych kart identyfikacyjnych, zdefiniowanymi<br />
w normach ISO/IEC 14443 <strong>oraz</strong> ISO/IEC 15693.<br />
Spośród dokumentów ETSI do tematu NFC odnoszą się:<br />
• ETSI TS 102 346 [26] - dokument, w którym treść postanowień normy ECMA-356<br />
przedstawiono w formie zgodnej z regułami stosowanymi w publikacjach ETSI. Zawiera<br />
opis metod badania interfejsu radiowego systemu zdefiniowanego w dokumencie ECMA-<br />
340. Dotyczy urządzeń, których antena mieści się w prostokątnym konturze<br />
85 mm × 54 mm (o wymiarach karty ID-1). Metody badań są analogiczne do<br />
zdefiniowanych w normie ISO/IEC 10376-6, omówionych w p. 3.3.4 niniejszego<br />
opracowania. Badania są wykonywane dla trzech szybkości transmisji: 106 kbit/s,<br />
212 kbit/s i 424 kbit/s.<br />
• ETSI TS 102 394 [27] - dokument dotyczy metod badania protokółów zdefiniowanych<br />
w standardzie ECMA-340, które są uzupełnieniem metod opisanych w ECMA-356.<br />
Opisuje badania urządzeń aktywnych i pasywnych, komunikujących się z szybkościami<br />
106 kbit/s, 212 kbit/s lub 424 kbit/s.<br />
• Jako ETSI TS 102 312 [28] przyjęto normę ECMA-352 (ISO/IEC 21481) definiującą<br />
protokół NFCIP-2.<br />
• W ETSI TS 102 312 dla urządzeń NFC zgodnych z ECMA-340 <strong>oraz</strong> czytników zgodnych<br />
z normami ISO/IEC 14443 lub ISO/IEC 15693 zdefiniowano mechanizm, który ma<br />
zapobiegać zakłócaniu przez nie komunikacji innych urządzeń wykorzystujących pasmo<br />
13,56 MHz.
Specyfikacje NFC Forum obejmują:<br />
– str. 116 z 187 –<br />
Rys. 3-38: Wybór trybu pracy [28]<br />
• Format wymiany danych między urządzeniami NFC (NFC Data Exchange Format,<br />
NDEF);<br />
• Definicje rodzajów rekordów (Record Type Definitions, RTD) i zasady ich<br />
wykorzystania w aplikacjach NFC;<br />
• Specyfikacje te opisują cztery typy transponderów NFC:<br />
– NFC Forum typ 1, zgodne z typem A zdefiniowanym w normie ISO/IEC 14443.<br />
Z możliwością odczytu i wielokrotnego zapisu. Mogą być skonfigurowane przez<br />
użytkownika jako transpondery tylko do odczytu. Szybkość komunikacji 106 kbit/s.<br />
Dostępna pamięć 96 bajtów może być rozszerzana do 2 kbajtów.<br />
– NFC Forum typ 2, jw., lecz pamięć 48 bajtów rozszerzana do 2 kbajtów.<br />
– NFC Forum typ 3, oparta na japońskiej normie przemysłowej (JIS) X 6319-4.<br />
Transpondery konfigurowane przez producenta albo do odczytu i wielokrotnego
– str. 117 z 187 –<br />
zapisu, albo tylko do odczytu. Wielkość dostępnej pamięci teoretycznie do 1 Mbajta.<br />
Szybkość komunikacji 212 kbit/s lub 424 kbit/s.<br />
– NFC Forum typ 4, kompatybilne z typem A i typem B zdefiniowanymi w normie<br />
ISO/IEC 14443. Transpondery konfigurowane przez producenta albo do odczytu<br />
i wielokrotnego zapisu, albo tylko do odczytu. Szybkość komunikacji 424 kbit/s.<br />
Dostępna pamięć do 32 kbajtów.<br />
3.4 Wymagania zasadnicze i inne regulacje Europejskie<br />
W stosunku do urządzeń indukcyjnych w Europie stosuje się ograniczenie natężenia pola<br />
magnetycznego. W przypadku zastosowań <strong>RFID</strong> i EAS w zakresie częstotliwości<br />
13,553 - 13,567 MHz obowiązuje [7] ograniczenie do 60 dBµA/m w odległości 10 m. Przy<br />
czym pasmo zajmowane przez sygnał powinno mieścić się w szablonie, jak na rys. 3-39.<br />
13,56 MHz ±7 kHz<br />
f c<br />
+60 dBµA/m<br />
+9 dBµA/m<br />
–3,5 dBµA/m<br />
–150 kHz +150 kHz<br />
–10 dBµA/m<br />
–16 dBµA/m<br />
–450 kHz +450 kHz<br />
–900 kHz +900 kHz<br />
Rys. 3-39: Ograniczenia charakterystyki widmowej natężenia pola magnetycznego<br />
wytwarzanego przez czytnik <strong>RFID</strong> w paśmie 13,56 MHz<br />
Uwagi.<br />
Przedstawione na rys. 3-39 wartości graniczne: maksymalną wartość natężenia pola<br />
magnetycznego w odległości 10 m w zakresie częstotliwości 13,56 MHz ±7 kHz <strong>oraz</strong><br />
maksymalną wartość natężenie pola poza zakresem 13,56 MHz ±900 kHz, podano zgodnie<br />
z zaleceniem ERC 70-03 [8].<br />
W normie ETSI EN 302 291-1 [3] jako wartość maksymalną natężenia pola w odległości<br />
10 m ustalono +25 dBµA/m, a maksymalne natężenie pola emisji niepożądanych w zakresie<br />
od 10 MHz do 30 MHz –3,5 dBµA/m.<br />
Wymagania zasadnicze odnośnie urządzeń radiowych bliskiego zasięgu wykorzystujących<br />
pasmo 13,56 MHz zawiera norma ETSI EN 302 291 [3, 4]. Dotyczy różnych zastosowań,<br />
w tym identyfikacji radiowej.<br />
Wcześniej do badania oceny zgodności takich urządzeń stosowano również normę ETSI<br />
EN 300 330 [5, 6].<br />
W odróżnieniu do zalecenia CEPT [8], gdzie wartość graniczną natężenia pola dla zastosowań<br />
<strong>RFID</strong> określono na 60 dBµA/m, w normie ETSI EN 302 291 maksymalne natężenie pola<br />
ustalono na 25 dBµA/m.
– str. 118 z 187 –<br />
Wymagania zasadnicze stawiane tego rodzaju urządzeniom dotyczą:<br />
− maksymalnej wartości natężenia pola wytwarzanego przez antenę,<br />
− charakterystyki widmowej emisji (spectrum mask),<br />
− poziomu emisji niepożądanych nadajnika,<br />
− niepożądanego promieniowania odbiornika,<br />
− aktywności nadajnika.<br />
Wymagania nie obejmują protokółów transmisji.<br />
Wykaz akronimów do rozdz. 3<br />
AFI – Application Family Identifier<br />
ASK – Shift Keying<br />
BPSK – Binary Phase<br />
CEPT – Commission of European Post and Telecommunications<br />
DUT – Device Under Test<br />
EAS – Electronic Article Surveillance<br />
ECMA – European Computer Manufacturers Association<br />
EMC – Electromagnetic Compatibility<br />
EOF – End of Frame<br />
ETSI – European Telecommunications Standards Institute<br />
FTDMA – Frequency-Time Division Multiple Access<br />
GID – Group Identifier<br />
HF – High Frequency<br />
IC – Integrated Circuit<br />
ISM – Industrial, Scientific, Medical<br />
LPB – Long Power Break<br />
LSB – Last Significant Bit<br />
MC – Manufacturing Code<br />
MFM – Modified Frequency Modulation<br />
NFC – Near Field Communication<br />
NFCIP – Near Field Communication; Interface and Protocol<br />
PCB – Printed Circuit Board<br />
PCD – Proximity Coupling Device<br />
PICC – Proximity Card, Proximity Integrated Circuits Card<br />
PJM – Phase Jitter Modulation<br />
PPM – Pulse Position Modulation<br />
RF – Radio Frequency<br />
<strong>RFID</strong> – Radio Frequency Identification<br />
RTF – Reader Talk First<br />
SID – Specific Identifier<br />
SOF – Start of Frame<br />
UID – Unique Identifier<br />
VCD – Vicinity Coupling Device<br />
VICC – Vicinity Card, Vicinity Integrated Circuits Card
Spis literatury do rozdz. 3<br />
– str. 119 z 187 –<br />
[1] ISO/IEC 18000-3:2004. Information technology – Radio frequency identification for<br />
item management – Part 3: Parameters for air interface communications at<br />
13,56 MHz..<br />
[2] ISO/IEC TR 18047-3: 2004. Information technology – Radio frequency identification<br />
device conformance test methods – Part 3: Test methods for air interface<br />
communications at 13,56 MHz.<br />
[3] ETSI EN 302 291-1 V1.1.1 (2005-07). Electromagnetic compatibility and Radio<br />
spectrum Matters (ERM); Short Range Devices (SRD); Close Range Inductive Data<br />
Communication equipment operating at 13,56 MHz; Part 1: Technical characteristics<br />
and test methods.<br />
[4] ETSI EN 302 291-2 V1.1.1 (2005-07). Electromagnetic compatibility and Radio<br />
spectrum Matters (ERM); Short Range Devices (SRD); Close Range Inductive Data<br />
Communication equipment operating at 13,56 MHz; Part 2: Harmonized EN under<br />
article 3.2 of the R&TTE Directive.<br />
[5] ETSI EN 300 330-1 V1.5.1 (2006-04). Electromagnetic compatibility and Radio<br />
spectrum Matters (ERM); Short Range Devices (SRD); Radio equipment in the<br />
frequency range 9 kHz to 25 MHz and inductive loop systems in the frequency range<br />
9 kHz to 30 MHz; Part 1: Technical characteristics and test methods.<br />
[6] ETSI EN 300 330-2 V1.3.1 (2006-04). Electromagnetic compatibility and Radio<br />
spectrum Matters (ERM); Short Range Devices (SRD); Radio equipment in the<br />
frequency range 9 kHz to 25 MHz and inductive loop systems in the frequency range<br />
9 kHz to 30 MHz; Part 2: Harmonized EN under article 3.2 of the R&TTE Directive.<br />
[7] Rozporządzenie Ministra Transportu z dnia 3 lipca 2007 r. w sprawie urządzeń<br />
radiowych nadawczych lub nadawczo-odbiorczych, które mogą być używane bez<br />
pozwolenia radiowego (Dz.U. 2007, nr 138, poz. 972 ze zmianami z dn. 29 lutego<br />
2008 r. Dz. U. 2008 nr 47, poz. 277).<br />
[8] ERC/REC 70-03 E. Relating to the use of Short Range Devices (SRD); Version of<br />
30 May 2008. [Annex 1. Non-specific Short Range Devices].<br />
[9] 2006/771/EC. Commission decision of 9 November 2006 on harmonisation of the<br />
radio spectrum for use by short-range devices. O.J. L 312. 11.11.2006. p. 66.<br />
[10] ISO/IEC 15693-1:2000. Identification cards – Contactless integrated circuit(s) cards<br />
– Vicinity cards – Part 1: Physical characteristics.<br />
[11] ISO/IEC 15693-2:2006. Identification cards – Contactless integrated circuit cards<br />
– Vicinity cards – Part 2: Air interface and initialization.<br />
[12] ISO/IEC 15693-3:2001. Identification cards – Contactless integrated circuit(s) cards<br />
– Vicinity cards – Part 3: Anticollision and transmission protocol.<br />
[13] ISO/IEC 14443-1:2008. Identification cards – Contactless integrated circuit cards<br />
– Proximity cards – Part 1: Physical characteristics.<br />
[14] ISO/IEC 14443-2:2001. Identification cards – Contactless integrated circuit(s) cards<br />
– Proximity cards – Part 2: Radio frequency power and signal interface.<br />
[15] ISO/IEC 14443-3:2001. Identification cards – Contactless integrated circuit(s) cards<br />
– Proximity cards – Part 3: Initialization and anticollision.<br />
[16] ISO/IEC 14443-4:2008. Identification cards – Contactless integrated circuit cards<br />
– Proximity cards – Part 4: Transmission protocol.
– str. 120 z 187 –<br />
[17] ISO/IEC 10373-7:2008. Identification cards – Test methods – Part 7: Vicinity cards.<br />
[18] ISO/IEC 10373-6:2001. Identification cards – Test methods – Part 6: Proximity cards.<br />
[19] ECMA-340. Dec. 2004. Near Field Communication Interface and Protocol (NFCIP-1).<br />
(ISO/IEC 18092, ETSI TS 102 190).<br />
[20] ECMA-356. June 2004. NFCIP-1 - RF Interface Test Methods.<br />
(ISO/IEC 22536, ETSI TS 102 346).<br />
[21] ECMA-362. Dec. 2004. NFCIP-1 - Protocol Test Methods.<br />
(ISO/IEC 23917, ETSI TS 102 394).<br />
[22] ECMA-352. Dec. 2003. Near Field Communication Interface and Protocol -2 (NFCIP-<br />
2). (ISO/IEC 21481, ETSI TS 102 312).<br />
[23] ECMA-373. Near Field Communication Wired Interface (NFC-WI) (June 2006)<br />
(ISO/IEC 28361 ETSI TS 102 541).<br />
[24] ECMA-385. Dec. 2008. NFCIP-1 Security Services and Protocol.<br />
[25] ECMA-386. Dec. 2008. NFC-SEC Cryptography Standard using ECDH and AES.<br />
[26] ETSI TS 102 346 V1.1.1 (2004-08). NFCIP-1; RF interface test methods.<br />
[27] ETSI TS 102 394 V1.1.1 (2005-02). Near Field Communication Interfaces and<br />
Protocol-1 (NFCIP-1); .Protocol Test Methods.<br />
[28] ETSI TS 102 312 V1.1.1 (2004-02). Near Field Communication Interface and<br />
Protocol-2 (NFCIP-2).<br />
[29] ETSI TS 102 190 V1.1.1 (2003-03). Near Field Communication (NFC) IP-1; Interface<br />
and Protocol (NFCIP-1).<br />
[30] ETSI EN 302 190 V1.1.1 (2005-06). Near Field Communication; Interface and<br />
Protocol (NFCIP-1).<br />
[31] GSM Association. ver. 1.0. 2007. Mobile NFC technical guidelines.
4 Systemy <strong>RFID</strong> w pasmach UHF<br />
– str. 121 z 187 –<br />
4.1 Wstęp<br />
Wg Regulaminu Radiokomunikacyjnego zakres UHF obejmuje częstotliwości od 300 MHz<br />
do 3 GHz. W zakresie tym mieszczą się różne pasma częstotliwości wykorzystywane dla<br />
potrzeb systemów <strong>RFID</strong>: 433,92 MHz, 865 ÷ 868 MHz stosowane tylko w Europie,<br />
902 ÷ 928 MHz stosowane tylko w Ameryce Płn., 950 ÷ 956 MHz stosowane tylko w Japonii<br />
<strong>oraz</strong> 2,45 GHz. Dalej w niniejszym rozdziale opracowania omówiono wybrane standardy<br />
odnoszące się do systemów <strong>RFID</strong> w tych zakresach, świadomie akcentując specyficzne<br />
wymagania obowiązujące w Europie.<br />
Ze względu na właściwości fizyczne fal radiowych o częstotliwościach UHF ich<br />
zastosowania dla potrzeb systemów <strong>RFID</strong> różnią się od zastosowań systemów pracujących w<br />
pasmach HF i LF. Fale UHF są tłumione w wilgotnych materiałach i tkankach ciała. Na<br />
właściwości systemu <strong>RFID</strong> silny wpływ mają metalowe przedmioty znajdujące się w pobliżu<br />
anteny czytnika i transpondera. Podstawową zaletą systemów UHF w porównaniu z<br />
systemami HF i LF jest możliwość uzyskania dużego zasięgu (kilka metrów). W systemach<br />
UHF, w odróżnieniu od sprzężenia indukcyjnego wykorzystywanego w systemach <strong>RFID</strong> w<br />
pasmach LF i HF, stosuje się sprzężenie propagacyjne, transponder odbiera sygnał emitowany<br />
przez antenę czytnika i wypromieniowuje zwrotnie w kierunku anteny czytnika modulowany<br />
/*<br />
sygnał (zasada rozproszenie wstecznego, ang. backscatter ), zwykle o tej samej<br />
częstotliwości.<br />
/*<br />
Uwaga. Należy jednak pamiętać, że w niektórych publikacjach dotyczących <strong>RFID</strong> określenie<br />
"backscatter" jest odnoszone również do transponderów aktywnych promieniujących fale<br />
generowane przez własny nadajnik radiowy.<br />
W systemach <strong>RFID</strong> z rozproszeniem wstecznym czytnik dostarcza energię do zasilania<br />
transponderów i komunikuje się z transponderami, które znajdują się w jego zasięgu. Dane z<br />
czytnika do transponderów są przesyłane jako modulacja amplitudy sygnału zasilającego<br />
generowanego przez czytnik. W czasie, gdy transponder ma wysyłać odpowiedź do czytnika,<br />
czytnik nadaje sygnał RF o stałym poziomie mocy, a transponder moduluje dołączoną do jego<br />
anteny impedancję obciążenia. Modulacja impedancji obciążającej antenę transpondera<br />
powoduje modulację współczynnika odbicia fali radiowej padającej na transponder, a zatem<br />
modulację amplitudy fali odbitej. Czytnik odbierając falę odbitą demoduluje przesyłane dane.<br />
Aby oszacować energię fali radiowej dostarczaną do transpondera UHF, można wykorzystać<br />
formuły stosowane do obliczania tłumienia trasy o długości d [m] między anteną czytnika o<br />
zysku GR [W/W] a anteną transpondera o zysku GT [W/W] przy częstotliwości f [MHz].<br />
Przy założeniu, że transponder znajduje się w polu dalekim anteny nadawczej /* tłumienie fali<br />
aT wynosi:<br />
aT = –27,56 + 20 log(d) + 20 log(f) – 10 log(GT) – 10 log(GR) [dB]<br />
/*<br />
Umowną granicą pola dalekiego jest odległość wyznaczona wg formuły r = λ/2π, np. przy<br />
częstotliwości 868 MHz r = 5,5 cm.<br />
Jeżeli założyć, że układ scalony transpondera pobiera moc rzędu 5 µW, sprawność zasilania<br />
układu transpondera wynosi 10%, to do transpondera należy dostarczyć moc 50 µW. Jeżeli<br />
nadajnik czytnika generuje moc 500 mW (e.i.r.p.), to dopuszczalne tłumienie drogi pomiędzy<br />
czytnikiem a transponderem wynosi ok. 40 dB. Przy częstotliwości 868 MHz, zysku anteny<br />
transpondera 1,64 W/W (dipol półfalowy), zysku anteny czytnika 1 W/W (antena<br />
izotropowa), takie tłumienie występuje w odległości ok. 3 m. W tab. 4-1 przedstawiono
– str. 122 z 187 –<br />
wyniki obliczeń tłumienia sygnału o częstotliwości 433,92 MHz, 868 MHz i 2,45 GHz przy<br />
innych odległościach. Należy zwrócić uwagę, że przy identycznych założeniach odnośnie<br />
zysku anten, tłumienie w paśmie 2,45 GHz jest większe o 9 dB niż w paśmie 868 MHz i<br />
większe o 15,1 dB niż paśmie 433,92 MHz. Tym samym osiągnięcie określonego zasięgu<br />
identyfikacji w paśmie 2,45 GHz jest związane z koniecznością promieniowania większej<br />
mocy RF niż w przypadku wykorzystywania pasma 868 MHz lub 433,92 MHz.<br />
Tab. 4-1: Oszacowanie tłumienia sygnału <strong>RFID</strong> w pasmach UHF<br />
Odległość (d) f = 433,92 MHz f = 868 MHz f = 2,45 GHz<br />
0,3 m 12,5 18,6 dB 27,6 dB<br />
1 m 23,0 29,1 dB 38,1 dB<br />
3 m 32,5 38,6 dB 47,6 dB<br />
10 m 43,0 49,1 dB 58,1 dB<br />
W systemach <strong>RFID</strong> w pasmach UHF transmisja danych z transponderów biernych polega na<br />
modulowaniu amplitudy fali elektromagnetycznej czytnika odbitej przez transponder (zasada<br />
rozproszenia wstecznego). Natomiast transpondery aktywne promieniują falę wytwarzaną<br />
przez antenę wzbudzaną przez nadajnik wbudowany do transpondera.<br />
Moc odbita przez transponder PS jest proporcjonalna do gęstości mocy S fali radiowej<br />
w miejscu, gdzie znajduje się ten transponder. PS = σ S. Ponieważ gęstość mocy fali padającej<br />
i odbitej maleje proporcjonalnie do kwadratu odległości od źródła, to gęstość mocy fali<br />
odbieranej przez czytnik wynosi:<br />
PS<br />
σS<br />
Peirp<br />
⋅ σ<br />
SBack<br />
= = = ,<br />
2 2<br />
2 4<br />
4πd<br />
2πd<br />
( 4π)<br />
d<br />
gdzie czynnik σ, nazywany aperturą rozproszenia (radar cross-section, RCS), charakteryzuje<br />
transponder pod względem odbicia fali elektromagnetycznej.<br />
/*<br />
Aperturę rozproszenia RCS obiektu definiuje się jako powierzchnię przekroju przewodzącej kuli,<br />
która może odbijać tyle samo energii, co dany obiekt.<br />
Pbackscatter<br />
RCS (σ) może być wyrażony zależnością: σ = 4π , gdzie<br />
P<br />
Pbackscatter – moc odbita przez transponder,<br />
Pintercepted – moc pochłaniana przez transponder.<br />
int ercepted<br />
RCS transpondera zależy od wielu jego parametrów, takich jak rozmiary transpondera<br />
względem długości fali nośnej, jego kształt, struktury powierzchni. Ponieważ transpondery<br />
UHF mają wymiary porównywalne z długością fali czytnika, to obserwuje się wyraźną<br />
zależność RCS od wymiarów i kształtu transpondera.<br />
Parametrem transpondera charakteryzującym zdolność do modulacji amplitudy odbitej fali<br />
radiowej jest zmiana apertury rozproszenia ∆RCS, stanowiąca różnicę między RCS<br />
transpondera, którego układ wysyła sygnał "1" (RCS1) i RCS transpondera, którego układ<br />
wysyła sygnał "0" (RCS0).<br />
Praktycznie jako anteny transponderów UHF wykorzystuje się dipole półfalowe i anteny typu<br />
"patch", których rozmiary są dobrane do długości fali.<br />
Ze względu na szerokość pasma kanału radiowego protokóły transmisji stosowane w pasmach<br />
UHF umożliwiają uzyskanie dużych szybkości transmisji danych i dużych szybkości<br />
identyfikacji i odczytu przez czytnik wielu transponderów w tym samym przedziale czasu.
– str. 123 z 187 –<br />
4.2 Zakres 860 MHz do 960 MHz – norma ISO/IEC 18000-6<br />
W niniejszym rozdziale omówiono wymagania normy ISO/IEC 18000-6:2004 [1] wraz ze<br />
zmianą nr 1 (Amendment 1) opublikowaną w 2006 r. [2], określającej parametry systemowe i<br />
protokóły transmisji systemów <strong>RFID</strong> w zakresie UHF od 860 MHz do 960 MHz.<br />
Przedstawiono również specyficzne wymagania obowiązujące w Europie.<br />
Wykorzystanie dla potrzeb systemów <strong>RFID</strong> częstotliwości w zakresie UHF 860 MHz ÷ 960 MHz<br />
w skali globalnej nie jest zharmonizowane. W różnych regionach świata udostępniono różne<br />
zakresy częstotliwości: w Europie 865 MHz ÷ 868 MHz, w Ameryce Płn. 902 MHz ÷ 928 MHz,<br />
w Japonii 950 MHz ÷ 956 MHz. Ze względu na nieznaczne różnice właściwości fizycznych<br />
między tymi zakresami <strong>oraz</strong> potrzebę interoperacyjności w dokumentach ISO/IEC<br />
zdefiniowano jeden zakres obejmujący różne zakresy stosowane regionalnie.<br />
W ww. zakresie częstotliwości są stosowane przeważnie systemy <strong>RFID</strong> z transponderami<br />
biernymi, wykorzystujące wsteczne rozproszenie fali elektromagnetycznej emitowanej przez<br />
czytnik (zasadę backscatter).<br />
Norma ISO/IEC 18000-6:2004 [1] wraz ze zmianą nr 1 [2] dotyczy parametrów interfejsu<br />
radiowego systemów <strong>RFID</strong> działających w zakresie częstotliwości od 860 MHz do 960 MHz.<br />
W normie opisano systemy identyfikacji, w których są stosowane transpondery bierne,<br />
wykorzystujące wsteczne rozproszenie fali elektromagnetycznej. Tego rodzaju systemy <strong>RFID</strong><br />
umożliwiają:<br />
− identyfikację wielu transponderów i komunikację czytnika z wieloma transponderami<br />
znajdującymi się w jego zasięgu;<br />
− wybór podgrup transponderów do identyfikacji lub tych, z którymi czytnik ma się<br />
komunikować;<br />
− odczyt danych z pamięci indywidualnych transponderów i zapis, lub wielokrotny zapis<br />
danych w pamięci indywidualnych transponderów;<br />
− kontrolowane przez użytkownika trwałe zablokowanie pamięci transpondera;<br />
− ochronę integralności danych;<br />
− detekcję błędów komunikacji pomiędzy czytnikiem i transponderem (w obu kierunkach);<br />
− obsługę biernych transponderów bez baterii i z wbudowaną baterią.<br />
W pierwotnej wersji normy ISO/IEC 18000-6 [1] zdefiniowano jeden tryb pracy z dwoma<br />
rodzajami transmisji, nazywanymi typem A i typem B. Zmiana [2] rozszerza zakres normy<br />
wprowadzając obok typu A i typu B, trzeci rodzaj transmisji nazwany typem C.<br />
Norma określa parametry łącza radiowego, takie jak częstotliwość pracy, zajmowane pasmo<br />
kanału, maksymalna moc promieniowania, emisje niepożądane, rodzaj modulacji,<br />
współczynnik aktywności nadajnika, sposób kodowania danych, szybkość transmisji danych,<br />
porządek nadawanych bitów, w kierunkach: czytnik do transponderów i łącza radiowego,<br />
transpondery do czytnika.<br />
W wszystkich typach zastosowano ten sam sposób organizacji transmisji informacji<br />
z transpondera do czytnika zgodny z zasadą, że czytnik nadaje pierwszy (reader talks first).<br />
W łączu od czytnika do transpondera w przypadku typu A zastosowano kodowanie odstępów<br />
między impulsami (Pulse Interval Encoding, PIE) i adaptacyjny algorytm antykolizyjny<br />
Aloha. W przypadku typu B w łączu od czytnika do transpondera zastosowano kodowanie<br />
Manchester i adaptacyjny algorytm z binarnym drzewem arbitrażu kolizji (binary tree<br />
collision arbitration algorithm). W łączu typu C zastosowano kodowanie odstępów między<br />
impulsami i algorytm arbitrażu kolizji z losowo przydzielonymi szczelinami.
– str. 124 z 187 –<br />
Czytnik, który ma być zgodny z normą ISO/IEC 18000-6:2004 +A1:2006 powinien<br />
obsługiwać co najmniej jeden z typów transmisji A, B lub C. Opcjonalnie może obsługiwać<br />
dwa lub trzy. Powinien obsługiwać wszystkie obowiązkowe polecenia zdefiniowane w tej<br />
części normy ISO/IEC 18000. Ponadto może obsługiwać polecenia opcjonalne, firmowe<br />
i użytkownika. Czytnik powinien wykorzystywać częstotliwości radiowe zgodnie z lokalnymi<br />
przepisami. Wymagania europejskie dotyczące wykorzystania pasma UHF dla potrzeb <strong>RFID</strong><br />
opisano szerzej w p. 4.4.1.<br />
Transponder powinien obsługiwać co najmniej jeden typ komunikacji, opcjonalnie może<br />
obsługiwać dwa lub trzy. Powinien pracować w zakresie częstotliwości od 860 MHz do<br />
960 MHz. Zależnie od charakterystyki anteny transpondera w tym zakresie częstotliwości<br />
zasięg działania systemu identyfikacji może zależeć od częstotliwości wykorzystywanej przez<br />
czytnik zgodnie z regionalnymi przepisami.<br />
Transponder powinien obsługiwać wszystkie standardowe obowiązkowe polecenia<br />
i modulować sygnał zwrotny tylko w wyniku odbioru wymaganego polecenia czytnika. Jeżeli<br />
transponder odbiera modulowany sygnał RF, którego nie rozpoznaje lub nie obsługuje,<br />
powinien powstrzymać się od nadawania.<br />
W tab. 4-2 <strong>oraz</strong> na rys. 4-1 ÷ 4-6 przedstawiono typy komunikacji zdefiniowane w omawianej<br />
normie dla urządzeń <strong>RFID</strong>.
– str. 125 z 187 –<br />
Tab. 4-2: Porównanie systemów typu A, typu B i typu C [1,2]<br />
Parametr Typ A Typ B Typ C<br />
Kodowanie łącza<br />
do transponderów<br />
PIE bifazowe Manchester PIE<br />
Indeks modulacji 27% do 100%<br />
30,5% lub 100% 80% do 100%<br />
(czytnik) znam. 30% do 100% znam. 18% do 100% znam. 90%<br />
Szybkość 33 kbit/s (średnio) 10 kbit/s lub 40 kbit/s 26,7 kbit/s do 128 kbit/s<br />
transmisji danych<br />
(zgodnie z lokalnymi (zakładając równe<br />
do transponderów<br />
regulacjami) prawdopodobne danych)<br />
Szybkość typowa 40 kbit/s lub do 160 kbit/s FM0: 40 kbit/s do 640 kbit/s<br />
transmisji danych 160 kbit/s<br />
Modulowana podnośna:<br />
przez transpondery<br />
5 kbit/s do 320 kbit/s<br />
Kodowanie łącza FM0<br />
do czytnika<br />
*/ FM0 FM0 lub modulowana<br />
podnośna Millera<br />
(wybierane przez czytnik)<br />
Algorytm Aloha / FST Drzewo binarne Losowo przydzielane<br />
arbitrażu kolizji<br />
szczeliny<br />
Unikalny 64 bity<br />
64 bity Zmienny:<br />
identyfikator (40 bitów SUID)<br />
minimum 16 bitów,<br />
transpondera<br />
maksimum 496 bitów<br />
Adresowanie Bloki do 256 bitów Bloki bajtów: 1, 2, 3, Bajt, słowo (16-bitowe),<br />
pamięci<br />
lub 4 bajty<br />
lub granice bloku<br />
definiowane przez<br />
dostawcę (zależne od<br />
polecenia)<br />
Detekcja błędu 5 bitów CRC dla<br />
16 bitów CRC 16 bitów CRC, oprócz<br />
w łączu do wszystkich poleceń<br />
5 bitów CRC dla polecenia<br />
transpondera (z dodatkowymi 16 bitami<br />
CRC dla wszystkich<br />
długich poleceń)<br />
Query<br />
Detekcja błędu 16 bitów CRC 16 bitów CRC 16 bitów CRC,<br />
w łączu do<br />
z wyjątkiem nie<br />
czytnika<br />
sprawdzenia błędu w RN16<br />
Linearność 2048 Do 2<br />
arbitrażu kolizji<br />
256 Liniowy aż do 2 15<br />
transponderów w polu RF<br />
czytnika, powyżej tej<br />
liczby N log(N) dla<br />
transponderów z<br />
niepowtarzalnym UII<br />
*<br />
/ FM0 – kodowanie bifazowe, Bi–Phase Space
– str. 126 z 187 –<br />
Rys. 4-1: Architektura czytnika typu A<br />
Rys. 4-2: Architektura czytnika typu B<br />
Rys. 4-3: Architektura czytnika typu C<br />
Rys. 4-4: Architektura transpondera typu A<br />
Rys. 4-5: Architektura transpondera typu B<br />
Rys. 4-6: Architektura transpondera typu C
Inne parametry opisywanego systemu:<br />
– str. 127 z 187 –<br />
• Modulacja w łączu od czytnika do transponderów:<br />
– typ A i typ B: amplitudowa,<br />
– typ C: DSB-ASK, SSB-ASK lub PR-ASK.<br />
• Modulacja w łączu od transponderów do czytnika:<br />
– typ A i typ B: dwustanowa amplitudowa (backscatter)<br />
(zmiana apertury rozproszenia ∆RCS typowo większa niż 0,005 m 2 ),<br />
– typ C: ASK i/lub PSK (wybierana przez transponder).<br />
• Polaryzacja fali: niezdefiniowana w normie.<br />
• Protokół antykolizyjny: probabilistyczny:<br />
– w przypadku typu A zasadniczo liniowy, z adaptacyjnym przydziałem szczelin<br />
czasowych do 256 szczelin dla 250 transponderów w strefie odczytu;<br />
– w przypadku typu B zasadniczo liniowy, zależnie od rodzaju danych do 2 256<br />
transponderów;<br />
– w przypadku typu C liniowy aż do 2 15 transponderów w polu RF czytnika.<br />
4.2.1 Typ A<br />
4.2.1.1 Transmisja danych z czytnika do transpondera<br />
Zgodnie z informacją w tab. 4-2 do transmisji danych do transponderów czytniki typu A<br />
wykorzystują kodowanie odstępu między impulsami (Pulse Interval Encoding, PIE), które<br />
modulują cyfrowo amplitudę (ASK) fali nośnej RF. Odstęp pomiędzy dwoma kolejnymi<br />
impulsami zawiera kodowaną informację. Transponder mierzy czas pomiędzy opadającymi<br />
zboczami impulsów, rys. 4-7. Czas odstępu wzorcowego Tari określa się jako czas między<br />
opadającymi zboczami dwóch kolejnych impulsów reprezentujących symbol "0". Tari wynosi<br />
20 µs ±100 ppm.<br />
Rys. 4-7: Definicja odstępu między impulsami<br />
W systemie zdefiniowano również trzy inne symbole, dla których jednostką czasu jest Tari:<br />
symbol "1", początek ramki (SOF) i koniec ramki (EOF), tab. 4-3 i rys. 4-8.
– str. 128 z 187 –<br />
Tab. 4-3: Kodowanie transmisji do transponderów typu A<br />
Symbol kodu Czas trwania Tolerancja względem 1 Tari<br />
0 1 Tari<br />
1 2 Tari ±100 ppm<br />
SOF 1 Tari, po którym następuje 3 Tari ±100 ppm<br />
EOF 4 Tari ±100 ppm<br />
Rys. 4-8: Symbole kodu PIE<br />
Dekoder czytnika synchronizuje się wykorzystując symbol początku ramki (SOF). Symbol o<br />
czasie dłuższym niż 4 Tari jest interpretowany jako EOF (koniec ramki).<br />
Przykład formatu ramki transmisji czytnika pokazano na rys. 4-9.<br />
Rys. 4-9: Format transmisji ramki czytnika<br />
Identyfikator transpondera (UID) składa się z 64 bitów, które powinny być ustawione na stałe<br />
przez producenta. Ich znaczenie wyjaśniono w tab. 4-4.<br />
Tab. 4-4: Struktura 64 bitów identyfikatora transpondera (UID)<br />
MSB LSB<br />
64 57 56 49 48 33 32 1<br />
"E0" Kod producenta RFU<br />
ustawione na "0"<br />
Numer seryjny<br />
producenta
– str. 129 z 187 –<br />
8 najbardziej znaczących bitów wyróżnia system (E0), kolejnych 8 bitów jest kodem<br />
producenta (dostawcy), grupę bitów oznaczoną RFU zarezerwowano do wykorzystania<br />
w przyszłości, 48 najmłodszych bitów określa producent.<br />
W przypadku wykorzystywania do unikania kolizji protokółu Aloha stosowana jest tylko<br />
część formatu UID, tzw. SUID, składająca się z 40 bitów: 8 bitów kodu producenta i 32<br />
młodszych bitów numeru seryjnego.<br />
4.2.1.2 Organizacja pamięci transpondera<br />
W normie ISO/IEC 18000-6 przyjęto, że pamięć transpondera jest zorganizowana w blokach<br />
o stałym rozmiarze. Polecenia zdefiniowane w normie pozwalają na odczyt i zapis bloków<br />
pamięci.<br />
Rozmiar bloku może wynosić 256 bitów, a liczba bloków do 256, zatem maksymalna<br />
pojemność pamięci transpondera może wynosić 64 kbity (8 kbajtów).<br />
W normie [1] przewidziano możliwość obsługi transponderów z baterią (battery assisted tag).<br />
W celu rozróżnienia właściwości i sposobu obsługi transponderów bez baterii<br />
i wspomaganych baterią zastosowano następujące mechanizmy:<br />
− typ transpondera i jego czułość są zwracane w odpowiedzi na polecenie: podaj<br />
informacje systemowe (Get_system_information);<br />
− rodzaj transpondera (z baterią / bez baterii) i status baterii są zwracane w odpowiedzi<br />
sekwencji arbitrażu kolizji.<br />
4.2.1.3 Zapobieganie kolizjom<br />
Celem stosowania sekwencji arbitrażu kolizji jest sporządzanie przez czytnik w jednej<br />
sekwencji listy transponderów obecnych w jego polu i odbiór informacji o ich możliwościach<br />
i rodzaju danych. Informacje, które powinien podać transponder określa czytnik.<br />
W opisywanym systemie do arbitrażu kolizji wykorzystuje się mechanizm, który polega na<br />
przydzieleniu transmisji danego transpondera do rund i szczelin. Każda runda składa się z<br />
określonej liczby szczelin. Każda szczelina ma długość dostateczną, aby czytnik odebrał<br />
odpowiedź z transpondera. Czytnik określa długość szczeliny według potrzeb.<br />
Transpondery, które nie znajdują się w polu RF są w stanie RF_field off. Gdy transponder<br />
znajdzie się w polu zasilającym, przechodzi przez fazę zerowania do stanu Ready. Czytnik<br />
inicjuje spis obecnych transponderów wysyłając polecenia inicjacji rundy.<br />
Transpondery, które odebrały to polecenie, wybierają losowo szczelinę czasową, w której<br />
odpowiadają. Liczba szczelin w rundzie jest określona w poleceniu czytnika. Początkowy<br />
rozmiar rundy określa użytkownik. W kolejnych krokach procedury arbitrażowej czytnik<br />
dynamicznie wybiera optymalny rozmiar (liczbę szczelin) następnej rundy w oparciu o liczbę<br />
kolizji w danej rundzie. Liczba kolizji jest funkcją liczby transponderów w stanie aktywnym<br />
obecnych w polu czytnika <strong>oraz</strong> długości rundy.<br />
Po tym, jak czytnik wysłał polecenie rozpoczęcia rundy, możliwe są trzy rezultaty:<br />
− czytnik nie odebrał odpowiedzi, ponieważ albo żaden transponder nie wybrał szczeliny,<br />
albo czytnik nie wykrył odpowiedzi transpondera – w tym przypadku czytnik kończy<br />
szczelinę;<br />
− czytnik wykrywa kolizję dwóch lub więcej odpowiedzi transponderów i czytnik wysyła<br />
polecenie zakończenia szczeliny;
– str. 130 z 187 –<br />
− czytnik odbiera odpowiedź transpondera bez błędu, tj. z ważnym CRC. W tym przypadku<br />
czytnik wysyła polecenie: następna szczelina, zawierające identyfikator transpondera,<br />
który został odebrany.<br />
Transpondery, które jeszcze nie nadały swojej odpowiedzi zwiększają swój licznik szczelin o<br />
jeden. Jeżeli aktualny numer wyznaczonej szczeliny jest równy wybranej przez transponder,<br />
to transponder nadaje swoją odpowiedź zgodnie z opisaną wyżej zasadą. W przeciwnym razie<br />
czeka na kolejne polecenie.<br />
Runda jest kontynuowana aż do przeszukania wszystkich szczelin.<br />
Czytnik może zawiesić wykonanie rundy w celu komunikacji z wybranym transponderem.<br />
Szczegóły opisu protokółu znajdują się w normie.<br />
4.2.2 Typ B<br />
4.2.2.1 Transmisja danych z czytnika do transpondera<br />
Do transmisji informacji z czytnika do transpondera typu B wykorzystuje się amplitudową<br />
modulację fali nośnej (ASK). Kodowanie danych polega na generowaniu impulsów<br />
tworzących kod Manchester: rys. 4-10 i tab. 4-5, rys. 4-11 i tab. 4-6 <strong>oraz</strong> rys. 4-12.<br />
Rys. 4-10: 100% modulacja amplitudy fali nośnej (w przykładzie sygnał 40 kbit/s)<br />
Tab. 4-5: Parametry modulacji z indeksem 100%<br />
Parametr Wartość minimalna Wartość nominalna Wartość maksymalna<br />
M = (A-B)/(A+B) 90 100 100<br />
Ma 0 0,03 (A-B)<br />
Mb 0 0,03 (A-B)<br />
TR 0 µs 1,8 µs 0,1 / fDatarate<br />
Tf 0 µs 1,8 µs 0,1 / fDatarate<br />
Uwaga. Czasy Tr <strong>oraz</strong> Tf mierzone od 10% (A-B) do 90% (A-B).
– str. 131 z 187 –<br />
Rys. 4-11: 18% modulacja amplitudy fali nośnej (w przykładzie sygnał 8 kbit/s)<br />
Tab. 4-6: Parametry modulacji z indeksem 18%<br />
Parametr Wartość minimalna Wartość nominalna Wartość maksymalna<br />
M = (A-B)/(A+B) 15% 18% 20%<br />
Ma 0 0,05 (A-B)<br />
Mb 0 0,05 (A-B)<br />
TR 0 µs 0,17 / fDatarate<br />
Tf 0 µs 0,17 / fDatarate<br />
Uwaga. Czasy Tr <strong>oraz</strong> Tf mierzone od 10% (A-B) do 90% (A-B).<br />
Rys. 4-12: Kodowanie transmisji czytnika do transpondera<br />
Dane są modulowane przez kluczowanie (on / off) amplitudy w ten sposób, że logicznej<br />
wartości "1" odpowiada włączone pole, a wartości "0" pole wyłączone. Przy kodowaniu<br />
Manchester "1" jest kodowana jako przejście z 1 do 0, natomiast Manchester "0" jest<br />
kodowane jako przejście z 0 do 1.<br />
W trakcie przesyłania danych przez transponder amplituda sygnału czytnika powinna być<br />
stała. Także gdy transponder zapisuje dane do pamięci, czytnik powinien utrzymywać stałą<br />
amplitudę pola.
– str. 132 z 187 –<br />
4.2.2.2 Transmisja danych z czytnika do transpondera<br />
Transpondery typu A i typu B przesyłają informację do czytnika modulując amplitudę fali<br />
odbitej. W tym celu transponder przełącza współczynnik odbicia (reflectivity) między dwoma<br />
stanami znamiennymi. Odstęp ("space") jest normalnym stanem, w którym transponder jest<br />
zasilany przez sygnał RF czytnika i może odbierać i dekodować dane przesyłane przez<br />
czytnik. Znak ("mark") jest stanem przeciwnym, uzyskiwanym przez zmianę konfiguracji<br />
anteny lub jej obciążenia.<br />
Szybkość transmisji wynosi 40 kbit/s. Dane są kodowane z wykorzystaniem tzw. <strong>technik</strong>i<br />
FM0, nazywanej też "Bi-Phase Space".<br />
Czas jednego symbolu Trlb (25 µs) jest przydzielany dla każdego bitu, który ma być wysłany.<br />
W wyniku kodowania FM0 zmiany stanu następują na wszystkich granicach bitów.<br />
Dodatkowo zmiany stanu następują pośrodku każdego przedziału, gdy bitem wysyłanym jest<br />
"0". Na rys. 4-13 podano przykład kodowania tym sposobem 8 bitów reprezentujących liczbę<br />
"B1" (MSB jest przesyłany jako pierwszy).<br />
Rys. 4-13: Kodowanie FM0 danych transpondera (bajt 10110001 = B1)<br />
Odpowiedź transpondera składa się z n bitów danych poprzedzonych preambułą, która ma<br />
umożliwić synchronizację czytnika z zegarem danych transpondera i poprawne dekodowanie<br />
wiadomości. Preambuła składa się z 16 bitów, jak na rys. 4-14. Zawiera wiele kombinacji<br />
niezgodnych z zasadami kodowania FM0, które powinny być interpretowane jako znaczniki<br />
ramki w celu rozdzielenia pola preambuły od pola danych. Zmiany (przełączanie)<br />
transpondera pomiędzy stanami wysokiej / niskiej impedancji powodują binarne zmiany<br />
współczynnika odbicia, rys. 4-15.<br />
Rys. 4-14: Przebieg preambuły odpowiedzi transpondera
4.2.3 Detekcja błędu transmisji<br />
– str. 133 z 187 –<br />
Rys. 4-15: Kodowanie bitów przez transponder<br />
W systemach typu A i typu B w obu kierunkach transmisji stosuje się ten sam kod<br />
nadmiarowy CRC-16. Dodatkowo w przypadku krótkich poleceń w systemie typu A<br />
zastosowano kodowanie CRC-5, wystarczające w tym przypadku. Bity ochronne są obliczane<br />
odpowiednio z użyciem wielomianu x 16 + x 12 + x 5 + 1 lub x 5 + x 3 + 1.<br />
4.3 Badanie zgodności z normą ISO/IEC TR 18000-6<br />
Metody badania systemów <strong>RFID</strong> pracujących w zakresie 860 ÷ 960 MHz pod względem<br />
zgodności z normą ISO/IEC TR 18000-6 opisano w dokumencie ISO/IEC TR 18047-6 [3].<br />
4.3.1 Badania funkcjonalne czytnika<br />
4.3.1.1 Wyposażenie do badania czytników<br />
Do odpowiednich badań czytnika wraz z anteną należy użyć antenę czujnika (sense antenna),<br />
którą powinno być zasadniczo niepromieniujące obciążenie 50 Ω wyposażone w złącze<br />
antenowe. Napięciowy współczynnik fali stojącej (VSWR) mierzony na złączu tej anteny nie<br />
powinien być większy niż 1,2 : 1 w całym zakresie mierzonych częstotliwości.<br />
4.3.1.2 Badanie modulacji<br />
Badanie modulacji czytnika ma na celu sprawdzenie, czy wytwarza on przebieg o właściwym<br />
kształcie, wymaganym do sterowania transponderami.<br />
Do badania modulacji sygnału wysyłanego przez czytnik antena czujnika powinna być<br />
umieszczona w odległości dS od anteny czytnika i ukierunkowana optymalnie do odbioru<br />
najsilniejszego promieniowania anteny czytnika, rys. 4-16.<br />
Rys. 4-16: Układ do badania modulacji czytnika<br />
Test polega na nadawaniu obowiązkowych poleceń na wybranej częstotliwości. Generowany<br />
sygnał jest obserwowany za pomocą oscyloskopu dołączonego do anteny czujnika.<br />
4.3.1.3 Badanie demodulatora<br />
Badanie demodulatora czytnika ma na celu sprawdzenie, czy czytnik poprawnie demoduluje<br />
sygnały transponderów <strong>oraz</strong> czy odbiera dane nadawane przez emulator transponderów<br />
w określonym przedziale czasu.<br />
Do badania demodulacji sygnału odbieranego przez czytnik należy zastosować emulator<br />
transpondera, który powinien być umieszczony w odległości dTE od anteny czytnika<br />
i ukierunkowany optymalnie do odbioru najsilniejszego promieniowania anteny czytnika,<br />
rys. 4-17.
– str. 134 z 187 –<br />
Rys. 4-17: Układ do badania demodulatora czytnika<br />
Test polega na tym, by czytnik po wysłaniu polecenia, po upływie minimalnego czasu,<br />
poprawnie odbierał i demodulował dane wysyłane przez emulator transpondera. Emulator<br />
powinien znajdować się w odległości dTE = 10 λ.<br />
4.3.2 Badanie funkcjonalne transponderów<br />
4.3.2.1 Stanowisko do badania transponderów<br />
Jeżeli do przeprowadzenia testów transpondera jest wymagany czytnik, to powinien być użyty<br />
czytnik, który zbadany wraz z anteną metodami opisanymi w ISO/IEC 18047-6, spełnia<br />
wymagania normy ISO/IEC 18000-6. Do odpowiednich badań może być użyty generator RF<br />
z modulacją cyfrową wyposażony w antenę. Ponadto czytnik powinien wykrywać odpowiedzi<br />
transponderów, co umożliwia pomiar czasu pomiędzy akceptacją kolejnych poleceń (turn<br />
around time).<br />
Wymagania dotyczące anteny czytnika użytego do badań transponderów podano w tab. 4-7.<br />
Tab. 4-7: Wymagania dotyczące anteny<br />
Symbol Parametr Wartość minimalna Wartość maksymalna<br />
L Maksymalny wymiar<br />
anteny czytnika<br />
0,1 m<br />
λd T<br />
2<br />
G Zysk anteny czytnika 2 dBi 8 dBi<br />
Zestaw do badań, jak na rys. 4-18, składa się z czytnika (lub generatora RF) i dwóch anten<br />
połączonych mechanicznie, umieszczonych tak, aby sprzężenie między nimi było jak<br />
najmniejsze. Jedna powinna być wykorzystywana jako antena czytnika do wytwarzania fali<br />
RF, a druga jako pomiarowa i należy ją dołączyć odpowiednio albo do analizatora widma<br />
albo do oscyloskopu. Odległości transpondera od anten wynoszą odpowiednio:<br />
– odległość transpondera od anteny czytnika, dT,IA,<br />
– odległość transpondera od anteny pomiarowej, dT,MA.
– str. 135 z 187 –<br />
Rys. 4-18: Zestaw do badania demodulacji transpondera<br />
4.3.2.2 Badanie demodulacji<br />
Badanie demodulacji i odstępu czasu pomiędzy akceptacją kolejnych poleceń (turn around<br />
time) ma na celu potwierdzenie, że transponder może demodulować sygnały czytnika <strong>oraz</strong><br />
odbierać polecenia czytnika i odpowiadać na nie po upływie minimalnego czasu.<br />
Do tego badania transponder powinien być umieszczony w układzie jak rys. 4-18,<br />
i ukierunkowany optymalnie do odbioru najsilniejszego promieniowania anteny czytnika<br />
w odległości:<br />
2<br />
2<br />
2 L<br />
2 L<br />
d T,<br />
IA > <strong>oraz</strong> d T,<br />
MA > ,<br />
λ<br />
λ<br />
gdzie L jest maksymalnym wymiarem anteny czytnika, a λ długością fali.<br />
Test polega na tym, by czytnik wysłał polecenie, uzyskał właściwą odpowiedź, a po jej<br />
skompletowaniu z minimalnym odstępem czasu generował następne polecenie.<br />
Potwierdzeniem, że transponder właściwie odebrał polecenie, jest analiza jego odpowiedzi.<br />
Pomiary należy wykonać, gdy czytnik wytwarza moc PI = 1,2 PI, min, albo przy minimalnej<br />
gęstości mocy wymaganej do aktywacji transpondera ST, min.<br />
Związek między gęstością mocy i mocą promieniowaną przez czytnik jest następujący:<br />
2 1<br />
P I, min = 4π d T, IA ST,<br />
min , gdzie:<br />
G IA<br />
dT,IA – odległość między transponderem a anteną czytnika,<br />
GIA – zysk anteny czytnika.<br />
4.3.2.3 Badanie rozproszenia wstecznego<br />
Celem tego testu jest sprawdzenie, czy transponder wytwarza właściwy przebieg modulacji<br />
<strong>oraz</strong> natężenie fali odbitej wymagane do pomyślnego wykrycia transpondera i odbioru danych<br />
przez czytnik.<br />
Do tego badania transponder powinien być umieszczony w układzie jak rys. 4-18. Osie<br />
głównego listka charakterystyk promieniowania tych anten powinny się przecinać pod kątem
– str. 136 z 187 –<br />
mniejszym niż 15º. Badany transponder należy umieścić w punkcie przecięcia tych osi i<br />
ukierunkować optymalnie do odbioru fali nadawanej przez czytnik.<br />
Szerokość charakterystyki promieniowania zastosowanych anteny czytnika i anteny<br />
pomiarowej, wyznaczona dla zysku –3 dB względem ich zysku maksymalnego, nie powinna<br />
być większa niż ±30º. Sprzężenie między tymi antenami powinno być mniejsze niż 45 dB.<br />
W tym przypadku do obliczania odległości dT,IA i dT,MA jako L należy przyjąć większą<br />
z wartości określonych na podstawie maksymalnego wymiaru anteny czytnika i anteny<br />
pomiarowej.<br />
Nastawy analizatora widma powinny być następujące: RBW = 30 kHz, VBW = 100 kHz,<br />
minimalny zakres analizy (span) równy większej z wartości 1 MHz lub 8-krotnej szybkości<br />
transmisji danych, detektor "max peak".<br />
Do tego testu transponder powinien być tak skonfigurowany, by wytwarzał tylko jedną<br />
częstotliwość, zatem z wyjątkiem preambuły powinien odpowiadać wysyłając strumień<br />
danych zawierający same bity "0".<br />
Procedura testu polega na tym, by czytnik nadawał polecenie obowiązkowe z minimalną<br />
mocą PI,min, a pomyślne wykonanie polecenia jest weryfikowane za pomocą analizatora<br />
widma dołączonego do anteny pomiarowej. Pomiary powinny być wykonane przy dT,IA = 3 λ<br />
<strong>oraz</strong> dT,MA = 3 λ, PI = 1,2 PI, min.<br />
Moc odpowiedzi transpondera jest rejestrowana za pomocą analizatora widma. Natomiast<br />
oscyloskop cyfrowy należy wykorzystać do rejestracji przebiegu modulacji fali nośnej.<br />
Zmiany apertury rozproszenia (∆RCS) należy wyznaczyć wykorzystując parametry określone<br />
w tab. 4-8.<br />
Tab. 4-8: Parametry używane do badania zmian apertury rozproszenia<br />
Symbol Nazwa Opis<br />
PM Mierzona moc fali nośnej Moc z anteny pomiarowej zmierzona za<br />
pomocą analizatora widma<br />
PI Dostarczana moc fali nośnej Moc dostarczana przez generator<br />
sygnałowy RF<br />
K Współczynnik kalibracji Współczynnik zależy od odległości,<br />
zysków anten i długości fali (λ)<br />
Jeżeli stosowany jest układ jak na rys. 4-18, to aperturę rozproszenia opisuje następująca<br />
formuła:<br />
2<br />
2<br />
P ⎡4π<br />
4πd<br />
4πd<br />
⎤<br />
M T, IA T, MA PM<br />
RCS = ⎢<br />
K<br />
2<br />
⎥ = , gdzie:<br />
PI<br />
⎣ λ GIA<br />
GMA<br />
⎦ PI<br />
dT,IA odległość transpondera od anteny czytnika,<br />
dT,MA odległość transpondera od anteny pomiarowej,<br />
GIA zysk anteny czytnika,<br />
GMA zysk anteny pomiarowej.<br />
W celu wykonania pomiaru zmian apertury rozproszenia ∆RCS należy zastosować procedurę<br />
polegającą na pomiarze wartości RCS dla dwóch stanów transpondera (odpowiadających<br />
wartościom 1 i 0).<br />
Najpierw transponder przedstawiony w układzie na rys. 4-18 należy zastąpić anteną<br />
odniesienia opisaną w p. 4.3.3.5. Należy przeprowadzić kalibrację zestawu w celu
– str. 137 z 187 –<br />
wyznaczenia współczynnika K, który będzie użyty do obliczenia apertury rozproszenia<br />
(RCS).<br />
Następnie w układzie na rys. 4-18 umieszcza się badany transponder. Czytnik powinien<br />
wysyłać obowiązkowe polecenie, a analizator widma należy ustawić do pomiaru odpowiedzi<br />
transpondera, rejestrując minimalny i maksymalny poziom fali nośnej.<br />
Jeżeli maksymalna zapisana wartość apertury rozproszenia wynosi RCS1m (dla stanu "1") i<br />
minimalna zapisana wartość RCS0m (dla stanu "0"), a odpowiednie wartości po<br />
uwzględnieniu współczynnika kalibracji zestawu (K) wynoszą RCS1 i RCS0, to zmiana<br />
apertury rozproszenia ∆RCS = RCS1 – RCS0.<br />
Zmiana apertury rozproszenia ∆RCS powinna być większa niż wartość minimalna określona<br />
w normie ISO/IEC 18999-6. W sprawozdaniu z badań oprócz ∆RCS należy opisać odległość<br />
badanego transpondera od anteny czytnika, jego orientację, moc wyjściową czytnika<br />
i częstotliwość, na której wykonano pomiary.<br />
4.3.2.4 Czas odpowiedzi transpondera<br />
Celem testu jest sprawdzenie zgodności parametru z normą ISO/IEC 18000-6. Czytnik<br />
powinien nadawać określone polecenie obowiązkowe używając maksymalnej mocy. Pomiar<br />
należy wykonać w układzie jak na rys. 4-18, umieszczając transponder w odległości<br />
dT,IA = 3 λ i dT,MA = 3 λ. Czas od zakończenia polecenia do pojawienia się preambuły<br />
odpowiedzi transpondera należy określić za pomocą oscyloskopu.<br />
4.3.2.5 Szybkość transmisji transpondera<br />
Celem testu jest sprawdzenie dokładności szybkości transmisji w łączu od transpondera do<br />
czytnika. Czytnik powinien nadawać określone polecenie obowiązkowe z maksymalną mocą<br />
dopuszczaną przez regulacje krajowe, na częstotliwości wybranej do badań. Pomiar należy<br />
wykonać w układzie jak na rys. 4-18, umieszczając transponder w odległości dT,IA = 3 λ i<br />
dT,MA = 3 λ. Za pomocą cyfrowego oscyloskopu należy zarejestrować przebieg sygnału<br />
odpowiedzi transpondera. Dokładność szybkości transmisji transpondera należy określić na<br />
podstawie zarejestrowanej preambuły – odpowiedniej do typu A lub typu B transpondera.<br />
4.3.2.6 Czas podtrzymywania stanu przez transponder<br />
Celem badania czasu podtrzymywania stanu przez transponder (tag state storage time) jest<br />
sprawdzenie zachowań transpondera w przypadku, gdy pole aktywujące zaniknie lub ma<br />
niewystarczające natężenie. Czytnik powinien nadawać określone polecenie obowiązkowe z<br />
maksymalną mocą dopuszczaną przez regulacje krajowe, na częstotliwości wybranej do<br />
badań. Po wysłaniu polecenia czytnik powinien wyłączyć pole na określony czas. Czas po<br />
jakim nastąpi wyłączenie transpondera nie powinien być dłuższy niż dopuszczony w normie<br />
ISO/IEC 18000-6.<br />
4.3.3 Wymagania dotyczące stanowiska pomiarowego<br />
Ogólne wymagania w stosunku do stanowiska pomiarowego zawierają m.in. następujące<br />
postanowienia.<br />
Poziom szumu tła na stanowisku pomiarowym powinien być mierzony za pomocą analizatora<br />
widma w tych samych warunkach, jak przy pomiarach urządzenia badanego (span = 10 MHz,<br />
RBW, VBW i ta sama antena). Czas obserwacji powinien wynosić co najmniej 1 minutę.
– str. 138 z 187 –<br />
Maksymalna zmierzona amplituda szumu tła powinna być 20 dB poniżej mierzonego<br />
poziomu zwrotnego sygnału transpondera uzyskiwanego przy minimalnej mocy (Pl,min), gdy<br />
transponder jest umieszczony w odległości 10 λ od anteny pomiarowej.<br />
Wszystkie badania zgodności z normą ISO/IEC TR 18000-6 należy przeprowadzić<br />
w komorze bezechowej. W celu potwierdzenia zgodności z wymaganiami w Europie zaleca<br />
się przeprowadzenie badania na częstotliwości 866 MHz.<br />
4.3.3.1 Oscyloskop<br />
Oscyloskop cyfrowy z funkcją detektora (detekcją obwiedni sygnału RF) powinien mieć<br />
szybkość próbkowania co najmniej 100 Mpróbek/s z rozdzielczością co najmniej 8 bit. Jeżeli<br />
oscyloskop nie ma funkcji detekcji, to do obserwacji przebiegów RF wymaga się oscyloskopu<br />
o szerokości pasma 1 GHz i szybkości próbkowania 5 Gpróbek/s. Zaleca się, aby próbkowane<br />
dane były dostępne w postaci pliku tekstowego, który może być przetwarzany za pomocą<br />
programów komputerowych.<br />
4.3.3.2 <strong>Analiza</strong>tor widma<br />
<strong>Analiza</strong>tor powinien umożliwiać przy R = 1 kHz pomiar z dokładnością ±2 dB amplitudy<br />
sygnału o poziomie 3 dB lub więcej powyżej poziomu własnego szumu analizatora<br />
widocznego na ekranie, w obecności sygnału różniącego się częstotliwością o 10 kHz,<br />
o amplitudzie 90 dB powyżej sygnału, który ma być mierzony.<br />
Dokładność odczytu częstotliwości za pomocą znaczników (markerów) powinna być ±2%.<br />
Względna dokładność pomiaru amplitudy ±1 dB. Powinno być możliwe ustawienie<br />
analizatora tak, by rozdzielić na ekranie dwie składowe różniące się częstotliwością o 1 kHz.<br />
4.3.3.3 Emulator transpondera<br />
Rys. 4-19: Emulator transpondera z galwanicznym sprzężeniem z generatorem AWG
– str. 139 z 187 –<br />
Rys. 4-20: Emulator transpondera z optycznym sprzężeniem z generatorem AWG<br />
W układzie emulatora transpondera powinny być: antena, sieć dopasowująca tę antenę,<br />
prostownik RF (np. z diodami Schottky), kondensator 22 pF (NP0) gromadzący ładunek<br />
elektryczny, równolegle rezystor 2 kΩ i element (tranzystor) zmieniający obciążenie anteny.<br />
Anteną emulatora powinien być zasilany symetrycznie dipol półfalowy, dostrojony do<br />
częstotliwości pomiarowej, dołączony do sieci dopasowującej impedancję odniesienia<br />
40 Ω + j800 Ω. Przykłady schematów elektrycznych układu emulatora pokazano na rys. 4-19<br />
i rys. 4-20 [3].<br />
Aby uniknąć niepożądanego wpływu połączeń elektrycznych, zaleca się stosowanie układu<br />
emulatora, w którym tranzystor zmieniający obciążenie obwodu anteny jest izolowany od<br />
generatora (AWG), np. zastosowanie w układzie emulatora fototranzystora sterowanego za<br />
pośrednictwem plastikowego światłowodu przez nadajnik z diodą sterowany z wyjścia<br />
generatora AWG, jak na rys. 4-20.<br />
Generator funkcji (AWG) powinien generować przebieg symulujący odpowiedź transpondera<br />
określoną w normie ISO/IEC 18000-6, składającą się z preambuły, 64 bitów danych <strong>oraz</strong><br />
16 bitów CRC. W układzie pomiarowym należy zapewnić środki gwarantujące, że generacja<br />
odpowiedzi nastąpi po zakończeniu przez czytnik wysłania polecenia.<br />
Zmiana impedancji obwodu powodowana przełączaniem stanu tranzystora powinna być taka,<br />
aby zmiana apertury rozproszenia ∆RCS emulatora wynosiła 0,005/m 2 . Zaleca się, aby nie<br />
tylko ∆RCS, ale także wartość RCS była taka, jak występująca w typowych zastosowaniach<br />
badanego systemu.<br />
4.3.3.4 Generator RF<br />
Generator stosowany wraz z odpowiednią anteną do badań transponderów powinien mieć<br />
następujące właściwości:<br />
− cyfrowe modulacje wektorowe;<br />
− rozdzielczość nastawy poziomu: 0,1 dB;<br />
− poziom harmonicznych: < –30 dBc;<br />
− głębokość modulacji AM: 0% do 100%;<br />
− rozdzielczość modulacji AM: 0,1%;
− zniekształcenia modulacji AM: < 2%.<br />
4.3.3.5 Antena odniesienia<br />
– str. 140 z 187 –<br />
Jako antenę odniesienia należy zastosować antenę o znanej aperturze rozproszenia (radar<br />
cross section, RCS). Jeżeli jako antena odniesienia jest stosowana półfalowa antena dipolowa,<br />
to jej RCS należy obliczać zgodnie z następującą formułą:<br />
( ) 2<br />
RCS = 147026,54 f 1 MHz<br />
Półfalowa antena dipolowa powinna być wykonana jako sztywny metalowy cylinder lub pręt<br />
o następujących parametrach:<br />
− długość: L = λ/2, gdzie λ jest długością fali obliczoną dla częstotliwości roboczej;<br />
− średnica: d mniejsza niż λ/50;<br />
− przewodność właściwa (konduktywność): większa niż 20 × 10 6 S/m.<br />
4.4 Zakres 865 ÷ 868 MHz – wymagania krajowe<br />
4.4.1 Podstawy regulacji<br />
Wymagania krajowe odnośnie parametrów radiowych systemów <strong>RFID</strong> muszą być<br />
zharmonizowane z przepisami obowiązującymi w Europie. W przypadku zakresu UHF<br />
865 ÷ 868 MHz należy analizować trzy dokumenty:<br />
• Decyzję Komisji Europejskiej z dn. 23 listopada 2006 r. w sprawie harmonizacji widma<br />
częstotliwości radiowych dla urządzeń <strong>RFID</strong> pracujących w paśmie UHF [4];<br />
• Aneks 11 zalecenia ERC/REC 70-03 [5];<br />
• Normę ETSI EN 302 208 zharmonizowaną z art. 3.2 dyrektywy R&TTE, jej wersja V.1.1.1<br />
[6, 7], którą można uznawać za podstawę oceny zgodności z wymaganiami zasadniczymi<br />
do 31.12.2009 r. <strong>oraz</strong> zastępująca ją jej wersja V.1.2.1 [8, 9] wydana w 2008 r., w której<br />
zdefiniowano inne warunki wykorzystania kanałów radiowych niż w wersji poprzedniej.<br />
Zakres decyzji [4] ograniczono do transponderów <strong>RFID</strong> przymocowanych do obiektu, który<br />
ma być identyfikowany, nie mających własnego źródła energii, wykorzystujących do<br />
transmisji radiowej wyłącznie energię promieniowaną w ich kierunku przez czytnik.<br />
Skutkiem tego potencjalne możliwości powodowania zakłóceń dla innych użytkowników<br />
widma częstotliwości radiowych są ograniczone. Dlatego zdecydowano, że tego rodzaju<br />
urządzenia <strong>RFID</strong> mogą współużytkować pasma częstotliwości z innymi służbami radiowymi<br />
nie powodując szkodliwych zakłóceń i mogą współistnieć z innymi urządzeniami bliskiego<br />
zasięgu.<br />
W związku z tym zaleca się, aby ich używanie nie podlegało obowiązkowi uzyskiwania<br />
indywidualnego pozwolenia w rozumieniu dyrektywy 2002/20/EC o zezwoleniach. Ponadto<br />
służby radiowe zdefiniowane w Regulaminie Radiokomunikacyjnym ITU, dla których<br />
wcześniej przeznaczono określone zakresy częstotliwości, mają pierwszeństwo przed<br />
urządzeniami <strong>RFID</strong> i nie wymaga się od nich zapewnienia ochrony dla urządzeń <strong>RFID</strong>.<br />
Natomiast systemy <strong>RFID</strong> nie powinny powodować szkodliwych zakłóceń tych służb<br />
radiowych. Ponieważ użytkownikom urządzeń <strong>RFID</strong> nie gwarantuje się ochrony przed<br />
zakłóceniami, to obowiązek ochrony urządzeń <strong>RFID</strong> przed zakłóceniami ze strony służb<br />
radiokomunikacyjnych i innych radiowych urządzeń bliskiego zasięgu spoczywa na<br />
producentach urządzeń <strong>RFID</strong>. Zatem to producent urządzenia <strong>RFID</strong> powinien<br />
zagwarantować, aby urządzenie efektywnie wykorzystywało widmo częstotliwości
– str. 141 z 187 –<br />
radiowych, tak by nie powodować szkodliwych zakłóceń innych urządzeń radiowych <strong>oraz</strong><br />
aby to urządzenie poprawnie pracowało w istniejącym środowisku elektromagnetycznym.<br />
Propozycje zakresów częstotliwości dla <strong>RFID</strong>, w szczególności w paśmie UHF, wskazano w<br />
raporcie CEPT przygotowanym w 2004 r. w wyniku mandatu udzielonego przez Komisję.<br />
Dla urządzeń pracujących w tym zakresie w ETSI opracowano normę EN 302 208. W normie<br />
tej opisano <strong>technik</strong>ę "listen-before-talk" (LBT) mającą na celu znaczące zmniejszenie<br />
prawdopodobieństwa zakłóceń innych użytkowników tego zakresu częstotliwości.<br />
Zastosowanie tej normy lub innych właściwych norm zharmonizowanych daje podstawy do<br />
domniemania zgodności z wymaganiami zasadniczymi dyrektywy R&TTE.<br />
Zatem celem decyzji [4] jest harmonizacja warunków udostępniania i efektywnego<br />
wykorzystania widma dla urządzeń <strong>RFID</strong> pracujących w paśmie UHF. Dla potrzeb tej decyzji<br />
przyjęto następujące określenia:<br />
– "urządzenia <strong>RFID</strong>" – urządzenia m.in. do śledzenia artykułów z wykorzystaniem systemu<br />
radiowego składającego się z urządzeń biernych (transponderów) przymocowanych do<br />
tych artykułów <strong>oraz</strong> urządzeń nadawczo-odbiorczych (czytników), które uaktywniają<br />
transpondery i zwrotnie odbierają ich dane;<br />
– "zasada niepowodowania szkodliwych zakłóceń i braku ochrony" – oznacza, że<br />
urządzenia <strong>RFID</strong> nie powinny powodować żadnych szkodliwych zakłóceń jakichkolwiek<br />
służb radiokomunikacyjnych, a użytkownicy <strong>RFID</strong> nie powinni domagać się ochrony<br />
urządzeń <strong>RFID</strong> przed szkodliwymi zakłóceniami powodowanymi przez służby<br />
radiokomunikacyjne.<br />
Zatem pasma częstotliwości dla urządzeń <strong>RFID</strong> na mocy art. 3 decyzji 2006/804/EC<br />
z 23 listopada 2006 [4] są udostępnione na zasadzie braku wyłączności (non-exclusive),<br />
niepowodowania zakłóceń (non-interference) i braku ochrony (non-protected) przed<br />
zakłóceniami. Warunki wykorzystania częstotliwości określono w załączniku do decyzji,<br />
z tym że decyzja dopuszcza, by państwa członkowskie umożliwiały wykorzystanie<br />
częstotliwości na warunkach mniej restrykcyjnych.<br />
Tab. 4-9: Warunki wykorzystania częstotliwości wg decyzji 2006/804/EC [4]<br />
Zakres częstotliwości UHF<br />
Wymagania szczegółowe<br />
Maksymalna moc / natężenie pola Odstęp międzykanałowy<br />
Podzakres A: 865,0 ÷ 865,6 MHz 100 mW e.r.p. 200 kHz<br />
Podzakres B: 865,6 ÷ 867,6 MHz 2 W e.r.p. 200 kHz<br />
Podzakres C: 867,6 ÷ 868,0 MHz 500 mW e.r.p. 200 kHz<br />
Częstotliwości środkowe kanałów powinny być wyznaczane wg wzoru:<br />
864,9 MHz + (0,2 MHz × numer kanału).<br />
Wyznaczono następujące numery kanałów:<br />
• w podzakresie A: od 1 do 3;<br />
• w podzakresie B: od 4 do 13;<br />
• w podzakresie C: od 14 do 15.<br />
Zezwala się, aby to samo urządzenie korzystało z kilku podzakresów częstotliwości.<br />
W EN 302 208 w wersji V1.1.1 dopuszczono wykorzystanie 10 kanałów o szerokości<br />
200 kHz w zakresie od 865,6 MHz do 867,6 MHz. Urządzenia mogą nadawać z mocą 2 W<br />
(33 dBm) e.i.r.p. Przed każdym nadawaniem czytnik <strong>RFID</strong> powinien w okresie 5 ms<br />
przeprowadzić procedurę sprawdzenia, czy kanał jest wolny (LBT). Może nadawać tylko<br />
w przypadku, gdy nie wykryje żadnego sygnału o poziomie większym niż 0,25 pW
– str. 142 z 187 –<br />
(–96 dBm). Maksymalny czas ciągłego nadawani wynosi 4 s, po którym, jeżeli system<br />
pozostaje w tym samym kanale, musi nastąpić przerwa w nadawaniu trwająca co najmniej<br />
100 ms. Jeżeli czytnik zmienia kanał, to po sprawdzeniu warunku LBT może natychmiast<br />
nadawać. Jeżeli w wyniku sprawdzenia LBT okaże się, że kanał jest zajęty, to czytnik może<br />
albo przeszukiwać pozostałe kanały w poszukiwaniu wolnego, albo może czekać aż wybrany<br />
kanał będzie wolny.<br />
Uwaga. Wymagana jest moc RF do 2 W, aby spełnić wymagania normy ISO/IEC 18000-6 <strong>oraz</strong> ze<br />
względu na zgodność ze specyfikacjami EPC. Ta moc pozwala na pewny odczyt<br />
oznakowania opakowań z odległości 2 m.<br />
Opisana procedura zapewnia poprawne działanie systemu w środowisku, w którym jest mało<br />
czytników. W rzeczywistości czytniki często są zgrupowane obok siebie na niewielkim<br />
obszarze, np. w centralnych magazynach. W takim środowisku 10 kanałów może nie<br />
wystarczyć. W praktyce w godzinach intensywnego używania akceptowalne warunki<br />
uzyskiwania dostępu do kanałów można jednocześnie zapewnić dla ok. 20 czytników. W<br />
przypadku pracy wielu czytników obok siebie odczyt danych z transponderów może być<br />
utrudniony ze względu na zakłócenia powodowane przez inne czytniki.<br />
Granicę pojemności systemu <strong>RFID</strong> wynikającą z liczby dostępnych kanałów radiowych<br />
można podnieść wprowadzając synchronizację czasową LBT dla grup czytników.<br />
Synchronizacja LBT w pojedynczym systemie nie rozwiązuje problemu zakłóceń<br />
zewnętrznych. Występowanie sygnałów przekraczających próg LBT może całkowicie<br />
zablokować taki system <strong>RFID</strong>, co dla użytkownika czyni go całkowicie bezużytecznym. Stąd<br />
presja użytkowników w organizacjach normalizacyjnych, aby w czterech kanałach dużej<br />
mocy zrezygnować ze stosowania LBT.<br />
Szczegółowe studium warunków i skutków rezygnacji z LBT w pracy czytników <strong>RFID</strong><br />
zawiera dokument ETSI TR 102 649-1 [10].<br />
Celowość stosowania LBT w przypadku czytników <strong>RFID</strong> jest krytykowana z kilku powodów.<br />
Zdaniem IATA (International Air Transport Association) zastosowanie mechanizmów LBT w<br />
przypadku czytników używanych do identyfikacji bagażu na lotniskach stwarza okazję do<br />
ataku terrorystycznego polegającego na generowaniu sygnałów o częstotliwości używanej<br />
przez czytniki identyfikujące bagaż, co prowadzi do blokady całego systemu obsługi bagażu,<br />
chaosu i zagrożenia bezpieczeństwa na lotniskach.<br />
Intensywne wykorzystywanie zakresu częstotliwości od 865 MHz do 868 MHz dla potrzeb<br />
<strong>RFID</strong> może powodować zakłócenia w pracy innych urządzeń bliskiego zasięgu (SRD), które<br />
mogą wykorzystywać ten sam zakres, ale ze znacznie mniejszą mocą nadajnika (Aneks 1 w<br />
zaleceniu ERC/REC 70-03 [5] i Aneks nr 1 do rozp. Ministra Transportu [11]).<br />
/* Wg zalecenia ERC/REC 70-03 zakres częstotliwości od 865 MHz do 868 MHz, którego dotyczy<br />
dokument TR 102 649-1 oprócz systemów <strong>RFID</strong> o parametrach określonych w Aneksie 11 może<br />
być wykorzystywany przez inne radiowe urządzenia bliskiego zasięgu (SRD) ogólnego<br />
stosowania o parametrach określonych w Aneksie 1. Istotną różnicą jest dopuszczalna moc:<br />
25 mW e.r.p. w przypadku SRD ogólnego stosowania i 2 W e.r.p. w przypadku <strong>RFID</strong>.<br />
W ramach analizy warunków pracy systemu <strong>RFID</strong> przedstawionej w raporcie TR 102 649-1<br />
wykazano, że:<br />
− Absolutnie konieczne jest wykorzystanie 4 kanałów dużej mocy wybranych<br />
równomiernie spośród 10 udostępnionych dotychczas dla <strong>RFID</strong>. To umożliwia<br />
uwolnienie pozostałych kanałów dla innych systemów SRD. Wskutek tego dla urządzeń<br />
SRD uzyskuje się dodatkowo 11 kanałów. Jednak dla urządzeń SRD bez LBT i AFA<br />
musi być zachowana odległość ochronna od urządzeń <strong>RFID</strong> korzystających z 4 kanałów<br />
dużej mocy, która może wynosić od 918 m wewnątrz pomieszczeń, do 3,6 km na
– str. 143 z 187 –<br />
otwartym powietrzu poza miastem. W pozostałych 2,2 MHz, które mogą zajmować<br />
transpondery z mocą -20 dBm e.r.p., odległości ochronne wynoszą odpowiednio 24 m w<br />
pomieszczeniach, do 58 m poza miastem.<br />
SRD ogólnego stosowania mogą też wykorzystywać 4 kanały przeznaczone dla<br />
czytników <strong>RFID</strong> pracujących z dużą mocą.<br />
− Sygnały transponderów (backscatter) mogą być nadawane w kanałach małej mocy, co<br />
zapewnia ochronę przed sygnałami dużej mocy i znacząco zwiększa możliwą liczbę<br />
odczytów.<br />
− Ponieważ transmisje czytników <strong>RFID</strong> mogą być jednocześnie w tym samym kanale, to<br />
więcej czytników może pracować jednocześnie.<br />
− Nie wymagając wykonania procedury LBT od czytników można zwiększyć szybkość<br />
odczytu.<br />
Komitety techniczne ETSI ERM_TG 34 i ERM_TG 28 zgodziły się z wnioskami<br />
przedstawionymi w raporcie. Uznano, że <strong>RFID</strong> bez LBT mogą współistnieć z SRD stosującymi<br />
LBT i AFA <strong>oraz</strong> SRD bez LBT pracującymi w odpowiedniej odległości ochronnej.<br />
Zwrócono uwagę na to, że w większości projektów dotyczących logistyki w magazynach lub<br />
obsługi bagażu lotniczego użytkownicy stawiają wymagania, które są sprzeczne<br />
z wymaganiami LBT<strong>RFID</strong>.<br />
Komitety techniczne ETSI ERM_TG 34 i ERM_TG 28 przeprowadziły analizy mające na<br />
celu określenie, czy <strong>RFID</strong> i SRD mogą współistnieć w zakresie od 865 MHz do 868 MHz,<br />
jeżeli zrezygnować z wymagania LBT w czterech kanałach dużej mocy. Wynik studium jest<br />
pomyślny pod warunkiem, że SRD ogólnego przeznaczenia używają LBT z AFA lub<br />
zachowują wymaganą odległość ochronną. Przeprowadzono testy praktyczne w celu<br />
sprawdzenia, czy SRD mogą współistnieć z <strong>RFID</strong> w zakresie od 865 MHz do 868 MHz.<br />
Do testów jako SRD użyto domowy system automatyki wyposażony w LBT i AFA wg<br />
specyfikacji w normie EN 300 220 [12, 13]. Wyniki potwierdziły, że jeżeli czytnik <strong>RFID</strong><br />
znajduje się w odległości większej niż 5 m, współistnienie jest osiągane bez trudu. Te same<br />
testy wykazały, że jeżeli w SRD pracującym poza zakresem 865 MHz do 868 MHz jest<br />
stosowany odbiornik o bardzo szerokim paśmie, to może być blokowany przez sygnał<br />
czytnika <strong>RFID</strong>.<br />
4.4.2 Zestawienie wymagań<br />
Obecnie (zalecenie CEPT ERC/REC 70-03) w zakresie częstotliwości od 865 MHz do<br />
868 MHz wydzielono 15 kanałów dla <strong>RFID</strong>, z czego (por. tab. 4-10):<br />
• w trzech dopuszcza się moc nie większą niż 100 mW (20 dBm) e.r.p.;<br />
• w dziesięciu dopuszcza się moc nie większą niż 2 W (33 dBm) e.r.p.;<br />
• w dwóch dopuszcza się moc nie większą niż 0,5 W (27 dBm) e.r.p.<br />
W środowisku z dużym zagęszczeniem pracujących czytników, gdy wszystkie nadają z mocą<br />
2 W, jednocześnie może być wykorzystanych 10 czytników (w 10 dostępnych kanałach).<br />
Jeżeli czytników jest więcej, to pozostałe muszą oczekiwać na uwolnienie kanału i nie są w<br />
stanie dokonywać odczytu.
– str. 144 z 187 –<br />
Tab. 4-10: Sposób wykorzystania zakresu 865 MHz – 868 MHz<br />
określony w zal. ERC/REC 70-03 [5]<br />
Zakres częstotliwości Moc e.r.p. Aktywność<br />
nadajnika<br />
Odstęp<br />
międzykanałowy<br />
865,0-868,0 MHz 100 mW LBT 200 kHz<br />
865,6-867,6 MHz 2 W LBT 200 kHz<br />
865,6-868,0 MHz 500 mW LBT 200 kHz<br />
Uwaga<br />
Należy stosować LBT,<br />
z zaleceniem stosowania<br />
opcji AFA<br />
Wykorzystanie wspólnego kanału z LBT przez wiele czytników jest możliwe pod warunkiem<br />
synchronizacji czytników. Jest to możliwe, jeżeli czytniki na określonym obszarze należą do<br />
tego samego użytkownika (systemu). Jeżeli należą do różnych systemów zastosowanie<br />
synchronizacji jest znacznie trudniejsze.<br />
W wielu zastosowaniach, np. kontrola bagażu na lotniskach, konieczny jest nieprzerwany<br />
odczyt transponderów. W tych warunkach stosowanie LBT jest sprzeczne z wymaganiami<br />
użytkownika. Wyznaczenie czterech z 15 kanałów jako kanałów dużej mocy (2 W) dla<br />
czytników i rezygnacja z LBT w tych kanałach pozwalają na asynchroniczną pracę czytników<br />
i stwarzają warunki do zaspokojenia potrzeb użytkowników.<br />
Pozostałe kanały przeznacza się dla odpowiedzi transponderów (backscatter replies) <strong>oraz</strong><br />
urządzeń SRD ogólnego przeznaczenia o mocy do 25 mW e.r.p. Przeprowadzone testy<br />
wykazały, że wprowadzenie opisanej zasady pozwala na odczyt znacznie większej liczby<br />
transponderów, niż przy stosowaniu obowiązującego planu.<br />
Tab. 4-11: Proponowany sposób wykorzystania zakresu dla <strong>RFID</strong> i SRD [5]<br />
Zakres częstotliwości Moc e.r.p. Aktywność nadajnika<br />
Czytniki:<br />
865,2 – 868,0 MHz<br />
4 kanały dla czytników<br />
<strong>RFID</strong> o częst. środkowych:<br />
fC = 865,7 MHz,<br />
866,3 MHz, 866,9 MHz,<br />
≤ 2 W e.r.p.<br />
w pojedynczym<br />
kanale dla<br />
każdego<br />
czytnika<br />
867,5 MHz<br />
Transpondery:<br />
częstotliwości środkowe<br />
pomiędzy<br />
865,4 MHz a 867,8 MHz<br />
fC jest częstotliwością nośną czytnika.<br />
-20 dBm e.r.p.<br />
dla<br />
transpondera<br />
maks. czas włączenia<br />
w kanale dla każdego<br />
czytnika: 4 s<br />
min. czas włączenia<br />
w kanale dla każdego<br />
czytnika: 100 ms<br />
Szerokość<br />
kanału<br />
fC ±100 kHz dla<br />
czytnika<br />
fC ±500 kHz dla<br />
odpowiedzi<br />
transpondera<br />
Uwaga<br />
LBT nie jest<br />
wymagane<br />
Wprowadzenie proponowanej zasady wykorzystania pasma UHF przez <strong>RFID</strong> wymaga rewizji<br />
Aneksu 11 w zaleceniu ERC/REC 70-03. Treść stosowanych zapisów podano w rozdz. 6<br />
omawianego dokumentu ETSI TR 102 649-1 [10].<br />
Systemy działające wg aktualnie obowiązujących wymagań mogą być nadal używane.<br />
Chociaż ich użytkownicy powinni być zainteresowani modyfikacją zasady działania<br />
poprawiającą właściwości, takie jak pojemność systemu (liczba odczytów), poprawność<br />
i niezawodność odczytów.<br />
Norma EN 302 208 zharmonizowana z art. 3.2 dyrektywy R&TTE
– str. 145 z 187 –<br />
Norma EN 302 208 [8, 9] zawiera wymagania odnoszące się do systemów <strong>RFID</strong> pracujących<br />
w zakresie częstotliwości od 865 MHz do 868 MHz z maksymalną mocą e.r.p. do 2 W.<br />
Norma dotyczy:<br />
− czytników stacjonarnych (fixed interrogators),<br />
− czytników noszonych (portable interrogators),<br />
− transponderów bez baterii (batteryless tags),<br />
− transponderów wspomaganych z baterii (battery asissted tags),<br />
− transponderów zasilanych z baterii (battery powered tags).<br />
Czytniki powinny pracować w zakresie częstotliwości 865 MHz do 868 MHz, w dowolnym z<br />
czterech kanałów dużej mocy, jak przedstawiono na rys. 4-21. Częstotliwość środkowa<br />
najniższego kanału powinna być równa 865,7 MHz, a pozostałe trzy powinny być z odstępem<br />
po 600 kHz. Transpondery powinny odpowiadać w trybie "dense interrogator" w kanałach<br />
małej mocy.<br />
Rys. 4-21: Plan kanałów <strong>RFID</strong> wg normy EN 302 208-1<br />
Szablon (maska) określający gęstość mocy widma transponderów podany w normie<br />
EN 302 208 dotyczy transponderów, które odpowiadają w tym samym kanale, w którym<br />
nadaje czytnik. W przypadku systemu dostosowanego do potrzeb środowiska z zagęszczonymi<br />
czytnikami transpondery nadają w kanałach sąsiednich. Z tego powodu proponuje się inny<br />
szablon (maskę) dla tego rodzaju systemów, rys. 4-22. Proponowany szablon gęstości mocy<br />
emisji czytników podano na rys. 4-23.<br />
Rys. 4-22: Proponowany szablon emisji transpondera<br />
w środowisku z zagęszczeniem czytników
Uwagi:<br />
– str. 146 z 187 –<br />
1. Na rysunku pokazano szablon dla emisji pozapasmowych i emisji niepożądanych<br />
transpondera.<br />
2. fC jest częstotliwością fali nośnej nadawanej przez czytnik.<br />
3. Kanał nadawczy zajmowany przez czytnik wyróżniono kolorem szarym.<br />
Należy zauważyć, że w proponowanym planie (rys. 4-21), przy zastosowaniu szablonu emisji<br />
jak na rys. 4-23, rezerwowany dla <strong>RFID</strong> kanał nr 1 faktycznie nie będzie wykorzystywany<br />
przez systemy <strong>RFID</strong> i staje się dostępny dla innych urządzeń radiowych bliskiego zasięgu<br />
(SRD), których odbiorniki tolerują sąsiedztwo <strong>RFID</strong>.<br />
Rys. 4-23: Proponowany szablon gęstości mocy czytnika<br />
Uwaga. Dla czytników zaprojektowanych z niższym poziomem mocy nadajnika niż 2 W wartość<br />
graniczną mocy na skraju zajmowanego kanału należy interpretować jako -30 dBc lub<br />
-36 dBm, zależnie od tego, która wartość jest większa.<br />
Rys. 4-24: Wykorzystanie pasma UHF dla potrzeb urządzeń bliskiego zasięgu (SRD)<br />
Uwaga. Dla innych SRD dopuszczalna moc w granicach 5 mW e.r.p. do 500 mW e.r.p.
100 mW e.r.p.<br />
– str. 147 z 187 –<br />
2 W e.r.p.<br />
500 mW e.r.p.<br />
865 866 867 868 MHz<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Kanały <strong>RFID</strong><br />
Rys. 4-25: Obowiązujący plan wykorzystania pasma UHF dla potrzeb <strong>RFID</strong><br />
wg decyzji 2006/804/EC z 23 listopada 2006<br />
2 W e.r.p.<br />
25 mW e.r.p.<br />
865 866 867 868 MHz<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Kanały <strong>RFID</strong><br />
Rys. 4-26: Zmieniony przez ETSI plan wykorzystania pasma UHF dla potrzeb <strong>RFID</strong><br />
TR 102 649-1 [10] <strong>oraz</strong> EN 302 208-1 V1.2.1 (2008-04) [8]<br />
W przypadku normy EN 302 208 należy podkreślić istotne różnice pomiędzy jej wersjami:<br />
V1.1.1 i V1.2.1. W wersji V1.2.1 w odróżnieniu od poprzedniej V1.1.1 wprowadzono<br />
normatywny rozdział dotyczący LBT. Opisano system z czterema kanałami dla nadawania<br />
przez czytniki. Czytnik może nadawać w jednym z kanałów przez określony czas, nie dłuższy<br />
niż 4 s. Po czym powinien przerwać nadawanie w tym kanale na czas nie krótszy niż 100 ms.<br />
Może natychmiast rozpocząć nadawanie w innym kanale dużej mocy. Może wykonywać te<br />
zmiany wiele razy, por. rys. 4-27.<br />
Rys. 4-27. Powtarzanie nadawania w tym samym kanale (A < 4 s, B ≥ 100 ms)<br />
W związku z tym proponuje się rewizję planu zagospodarowania częstotliwości podanego<br />
w Aneksie 11 zalecenia ERC/REC 70-03 i decyzji Komisji. Nowy plan zapewnia bardziej<br />
efektywne wykorzystanie widma zarówno przez <strong>RFID</strong>, jak i SRD ogólnego stosowania,<br />
wykorzystujące mechanizmy LBT i adaptacyjnego wyboru kanału (Adaptive Frequency<br />
Agility, AFA).<br />
4.5 Wykorzystanie pasma 2,45 GHz – norma ISO/IEC 18000-4<br />
4.5.1 Wprowadzenie<br />
Określenie "pasmo 2,45 GHz" odnosi się do zakresu częstotliwości od 2400 MHz do<br />
2483,5 MHz, który wg Krajowej Tablicy Przeznaczeń Częstotliwości jest zaliczany do pasm<br />
ISM. Ta klasyfikacja oznacza, że pasmo nie jest chronione, a użytkownicy urządzeń
– str. 148 z 187 –<br />
i systemów radiowych pracujących w tym paśmie powinni liczyć się z możliwością<br />
występowania szkodliwych zakłóceń ze strony innych urządzeń i systemów.<br />
W Polsce na podstawie rozporządzenia Ministra Transportu [11], zgodnie z zaleceniem<br />
ERC/REC 70-03 [5], w zakresie tym dopuszcza się również używanie bez pozwolenia<br />
urządzeń <strong>RFID</strong> o parametrach omówionych w p. 4.7.<br />
4.5.2 Charakterystyka zakresu normy ISO/IEC 18000-4<br />
Normę ISO/IEC 18000 opracowano w celu zdefiniowania systemów <strong>RFID</strong> z transponderami<br />
pracującymi w paśmie 2,45 GHz.<br />
Norma ISO/IEC 18000-4 [14] dotyczy opisu warstwy fizycznej i warstwy łącza danych<br />
interfejsu radiowego dwóch wersji systemu <strong>RFID</strong>.<br />
W pierwszym (nazywanym MODE 1) działającym zgodnie z zasadą czytnik nadaje pierwszy<br />
(Reader Talks First, RTF) są stosowane transpondery pasywne z wstecznym rozproszeniem<br />
fali (zasada backscatter).<br />
W drugim (nazywanym MODE 2) działającym zgodnie z zasadą transponder nadaje pierwszy<br />
(Tag Talks First, TTF) są wykorzystywane transpondery wyposażone w baterie.<br />
W obu wersjach system opisany w ISO/IEC 18000-4 realizuje:<br />
• identyfikację transponderów w strefie zasięgu czytnika,<br />
• odczyt danych,<br />
• zapis danych (jeżeli możliwy),<br />
• wybór grup lub adresów,<br />
• odczyt wielu transponderów w "polu widzenia" systemu,<br />
• detekcję błędu.<br />
Tab. 4-12: Charakterystyczne różnice między systemami zdefiniowanymi<br />
w normie ISO/IEC 18000-4 [14]<br />
Właściwość MODE 1 MODE 2<br />
Protokół Czytnik nadaje pierwszy (RTF) Transponder nadaje pierwszy (TTF)<br />
Charakterystyka<br />
transponderów<br />
Pasywne, na zasadzie<br />
wstecznego rozproszenia fali<br />
Wyposażone w baterie (battery<br />
assisted),<br />
duży zasięg, duża szybkość transmisji<br />
Szybkość danych Do 40 kbit/s Do 76,8 kbit/s lub 384 kbit/s<br />
Pojemność pamięci Wg potrzeb użytkownika Wg potrzeb użytkownika<br />
Zapobieganie kolizjom Tak. Zasady definiowane przez Tak. Zasady definiowane podczas<br />
czytnik podczas arbitrażu<br />
kolizji<br />
instalacji systemu w transponderach<br />
4.5.3 System MODE 1<br />
W systemie <strong>RFID</strong>, którego zasadę działania określono jako MODE 1, są stosowane<br />
transpondery pasywne ze wstecznym rozproszeniem fali (backscatter).<br />
Transponder umieszczony w wytworzonym przez czytnik polu elektromagnetycznym<br />
o określonej częstotliwości radiowej absorbuje energię fali, która jest przekształcana na<br />
napięcie stałe zasilające układ elektroniczny transpondera. Jeżeli natężenie pola jest<br />
wystarczające układ transpondera powinien wykonać wstępne zerowanie (power-on reset) i<br />
być gotowy do odbioru poleceń czytnika. Każde polecenie powinno zaczynać się preambułą i<br />
znacznikiem rozpoczęcia polecenia, które razem umożliwiają transponderowi odtworzenie<br />
zegara i dekodowanie danych z przychodzącego sygnału. Dane wysyłane do transponderów i<br />
odbierane z transponderów powinny być zabezpieczane kodowo przed błędami. Z tego
– str. 149 z 187 –<br />
względu we wszystkich poleceniach czytnika i odpowiedziach transponderów zdefiniowano<br />
pola CRC. Dodatkową ochronę danych stanowi kodowanie Manchester transmisji czytnika do<br />
transpondera i kodowanie FM0 w kierunku odwrotnym.<br />
Stosując standardowy zestaw poleceń czytnik może wykonać wiele funkcji, np. wysłać<br />
sekwencję, która umożliwia identyfikację wielu transponderów jednocześnie, albo na<br />
podstawie zawartości ich pamięci wybrać podzbiór transponderów spośród znajdujących się<br />
w jego zasięgu. Może odczytać dane zapisane w pamięci transponderów znajdujących się w<br />
zasięgu, zapisać dane w pamięci transponderów znajdujących się w zasięgu, jak również<br />
zablokować te dane.<br />
Ochronę integralności danych osiągnięto przez zastosowanie:<br />
– w łączu od czytnika do transponderów kodowania bitów metodą Manchester i stosowanie<br />
ochrony kodowej CRC-16 na poziomie pakietów,<br />
– zastosowanie w łączu od transponderów do czytnika kodowania bitów metodą FM0<br />
i stosowanie ochrony kodowej CRC-16 na poziomie pakietów.<br />
4.5.3.1 Łącze czytnik do transpondera<br />
Proces aktywacji transpondera: wytworzenie wystarczającego natężenia pola RF, a następnie<br />
wysłanie polecenia uaktywniającego transponder.<br />
Zakres częstotliwości: od 2400 MHz do 2483,5 MHz.<br />
Wybór kanałów: FHSS: zgodnie z regionalnymi wymaganiami, por. p. 4.7.<br />
Szybkość zmian częstotliwości (Hope Rate): zgodnie z lokalnymi wymaganiami.<br />
Zajmowane pasmo kanału: maksymalnie 0,5 MHz.<br />
Sekwencja skoków: pseudolosowa.<br />
Moc promieniowana: zgodnie z regionalnymi wymaganiami, por. p. 4.7..<br />
Modulacja fali nośnej: ASK.<br />
Indeks modulacji: 99%.<br />
Kodowanie danych: Manchester.<br />
Bitowa szybkość transmisji (fbitrate): 30 – 40 kbit/s.<br />
Polaryzacja fali: określona przez czytnik, nie definiowana w normie.<br />
Współczynnik aktywności nadajnika (Duty Cycle): 50% ±5%.<br />
4.5.3.2 Łącze transponder do czytnika<br />
Zakres częstotliwości odbiornika: 2400 – 2483,5 MHz.<br />
Modulacja: wsteczne rozproszenie fali (backscatter).<br />
Kodowanie danych: FM0.<br />
Bitowa szybkość transmisji (fbitrate): 30 – 40 kbit/s.<br />
Współczynnik aktywności (Duty Cycle): 50% ±5%.<br />
4.5.3.3 Unikanie kolizji<br />
Zastosowano algorytm probabilistyczny. Protokół zasadniczo liniowy do 2 256 transponderów,<br />
zależnie od rozmiaru przesyłanych danych.<br />
Jego stosowanie umożliwia odczyt nie mniej niż 250 transponderów znajdujących się<br />
w strefie zasięgu czytnika.
– str. 150 z 187 –<br />
Czytnik działa w trybie ze skokową zmianą częstotliwości nośnej (FHSS). Parametry czasowe<br />
przedstawiono na rys. 4-28.<br />
Rys. 4-28: Czas narastania i opadania przebiegu nośnej FHSS<br />
gdzie:<br />
– czas narastania: Tfhr = maks. 15 µs<br />
– czas emisji jednej częstotliwości: Tfhs = min. 400 µs<br />
– czas opadania: Tfhf = maks. 15 µs<br />
Protokóły tego system <strong>RFID</strong> umożliwiają:<br />
− identyfikację i komunikację z wieloma transponderami znajdującymi się w zasięgu<br />
czytnika;<br />
− wybór podgrup transponderów do identyfikacji lub tych, z którymi czytnik ma się<br />
komunikować na podstawie informacji, które użytkownik zapisał w pamięci<br />
transpondera;<br />
− wielokrotny odczyt danych z pamięci indywidualnych transponderów i wielokrotny zapis<br />
danych w pamięci indywidualnych transponderów;<br />
− kontrolowane przez użytkownika trwałe zablokowanie pamięci transpondera.<br />
Do transmisji informacji z czytnika do transpondera wykorzystuje się amplitudową modulację<br />
fali nośnej (ASK), por. rys. 4-29 i tab. 4-13. Kodowanie danych polega na generowaniu<br />
impulsów tworzących kod Manchester, zgodnie z regułą objaśnioną na rys. 4-30.<br />
Rys. 4-29: Przykład sygnału 40 kbit/s
– str. 151 z 187 –<br />
Tab. 4-13: Parametry modulacji ASK 99%<br />
Parametr<br />
Wartość<br />
minimalna<br />
Wartość<br />
nominalna<br />
Wartość<br />
maksymalna<br />
M = (A-B)/(A+B) 90 99 100<br />
Ma 0 0,03 (A-B)<br />
Mb 0 0,03 (A-B)<br />
Tr 0 µs 1,8 µs 0,1 / fbitrate<br />
Tf 0 µs 1,8 µs 0,1 / fbitrate<br />
Rys. 4-30: Sposób kodowania danych w poleceniach czytnika<br />
4.5.3.4 Komunikacja transpondera z czytnikiem FM0<br />
Transponder przesyła informację do czytnika modulując energię fali odbitej (zasada<br />
backscatter).<br />
Transponder przełącza współczynnik odbicia (reflectivity) między dwoma stanami<br />
znamiennymi. Odstęp ("space") jest normalnym stanem, w którym transponder jest zasilany<br />
przez sygnał RF czytnika i może odbierać i dekodować dane przesyłane przez czytnik. Znak<br />
("mark") jest stanem przeciwnym tworzonym przez zmianę konfiguracji lub obciążenia<br />
anteny.<br />
Dane są kodowane z wykorzystaniem tzw. <strong>technik</strong>i FM0, nazywanej też "Bi-Phase Space".<br />
Czas jednego symbolu Trlb (25 µs do 33 µs) jest przydzielany dla każdego bitu, który może<br />
być wysłany. W wyniku kodowania FM0 zmiany stanu następują na wszystkich granicach<br />
bitów. Dodatkowo zmiany stanu następują po środku każdego przedziału, gdy wysyłanym<br />
bitem jest "0". Na rys. 4-31 podano przykład kodowania 8 bitów reprezentujących liczbę<br />
"B1", MSB przesyłany jest jako pierwszy.
– str. 152 z 187 –<br />
Rys. 4-31: Kodowanie FM0 danych transpondera (bajt 10110001 = B1)<br />
Odpowiedź transpondera składa się z n bitów danych poprzedzonych preambułą, która ma<br />
umożliwić synchronizację czytnika z zegarem danych transpondera i poprawne dekodowanie<br />
wiadomości. Preambuła składa się z 16 następujących bitów:<br />
00 00 01 01 01 01 01 01 01 01 00 01 10 11 00 01.<br />
Celowo zawiera wiele kombinacji niezgodnych z zasadami kodowania FM0, które powinny<br />
być interpretowane jak znaczniki ramki w celu rozdzielenia pola preambuły od pola danych.<br />
Zmiany (przełączanie) transpondera pomiędzy stanami wysokiej / niskiej impedancji<br />
powodują binarne zmiany strumienia energii rozproszonej. Bit "0" jest reprezentowany przez<br />
modulator transpondera jako stan wysokiej impedancji (bez odbicia wstecznego – "no<br />
backscatter"), a bit "1" jako stan niskiej impedancji, powodujący odbicie energii fali padającej<br />
– "backscatter".<br />
Rys. 4-32: Związek współczynnika odbicia z wartością bitu<br />
4.5.4 System MODE 2<br />
W systemie <strong>RFID</strong>, którego zasadę działania określono jako MODE 2, transpondery są<br />
zasilane z baterii. Zaprojektowano go w celu uzyskania dalekiego zasięgu i dużej szybkości<br />
transmisji: do 384 kbit/s brutto w przypadku transponderów wykonujących polecenia<br />
zapisu / odczytu (R/W), lub do 76,8 kbit/s w przypadku transponderów tylko odczytu (R/O).<br />
W systemie mogą być stosowane co najmniej trzy rodzaje transponderów:<br />
− transpondery R/W, z możliwością zapisu danych do transpondera i odczytu danych<br />
z transpondera;<br />
− transpondery R/O, które umożliwiają tylko odczyt;<br />
− specjalna wersja transponderów R/O, ze skróconym powiadamianiem; przeznaczone dla<br />
aplikacji wymagających dużej szybkości odczytu.<br />
4.5.4.1 Łącze czytnik do transpondera<br />
Zakres częstotliwości: od 2400 MHz do 2483,5 MHz (pasmo ISM).
– str. 153 z 187 –<br />
Częstotliwość odniesienia: wybierana zgodnie z formułą (2931 + m) × fCH,<br />
gdzie fCH = 819,2 kHz, a m jest numerem kanału od 0 do 99.<br />
Częstotliwość nośnej komunikacji, wybierana zgodnie z formułą (2944 + n) × fCH,<br />
gdzie fCH = 819,2 kHz, a n jest numerem kanału od -13 do 86.<br />
Uwaga. Wartości n i m są ustalane przez kraj, w którym system jest użtkowany.<br />
Różnica między częstotliwością nośnej odniesienia i komunikacji:<br />
stała i wynosi: fCH × 13 =10,6496 MHz.<br />
Szybkość skokowej zmiany częstotliwości (FHSS) zależna od krajowej regulacji.<br />
Zajmowane pasmo: 1 MHz.<br />
Maska widma emisji czytnika:<br />
– nośna komunikacyjna: modulacja GMSK z parametrem BT = 0,5;<br />
– nośna odniesienia: fala ciągła (CW).<br />
Maksymalna moc promieniowana: wg lokalnych regulacji, w Polsce por. p. 4.7.<br />
Dewiacja FM: < 200 kHz.<br />
Szybkość transmisji: 384 kbit/s.<br />
Polaryzacja fali: kołowa lub liniowa.<br />
4.5.4.2 Łącze transponder do czytnika<br />
Zakres częstotliwości: taki jak czytnika.<br />
Częstotliwość nośnej komunikacji, wybierana zgodnie z formułą (2931 + n) × fCH,<br />
gdzie fCH = 819,2 kHz, a n jest numerem kanału od 0 do 99.<br />
Maska widma nadajnika:<br />
– transponder R/W: BPSK modulacja 384 kbit/s i kodowanie Manchester;<br />
– transponder R/O: 76,8 kbit/s modulacja BPSK lub OOK.<br />
Modulacja:<br />
– transponder R/W: kodowanie danych podnośnej, różnicowa BPSK;<br />
– transponder R/O: kodowanie danych podnośnej, różnicowa BPSK lub OOK.<br />
Częstotliwość podnośnej:<br />
– powiadomienia: 153,6 kHz;<br />
– komunikacji: 384 kHz.<br />
Modulacja podnośnej:<br />
– transponder R/W: DBPSK;<br />
– transponder R/O: DBPSK lub OOK.<br />
Polaryzacja fali: kołowa lub liniowa.<br />
4.5.4.3 Charakterystyka protokółu<br />
• Nadawanie rozpoczyna transponder (Tag talks first, TTF).<br />
• Transpondery mogą być adresowane indywidualnie.<br />
• Adresowanie transponderów: firmowe UID.<br />
• Długość UID: 32 bity.<br />
• Rozmiar danych odczytywanych: maksymalna ramka 108 oktetów,<br />
ale obsługa fragmentacji danych daje nieograniczony rozmiar odczytu danych.
– str. 154 z 187 –<br />
• Rozmiar danych zapisywanych: maksymalna ramka 144 oktety,<br />
ale obsługa fragmentacji danych daje nieograniczony rozmiar odczytu danych.<br />
• Czas transakcji odczytu:<br />
− transpondera R/W: 7,3 ms,<br />
− transpondera R/O: < 15 ms.<br />
• Czas transakcji zapisu: 7,3 ms (tylko transponder R/W).<br />
• Rozmiar pamięci:<br />
– transponder R/W: 2 kbajty do 256 kbajtów,<br />
– transponder R/O: min. 32 bity, możliwe rozszerzenie do 160 lub więcej bitów.<br />
• Protokół antykolizyjny:<br />
− deterministyczny,<br />
− nielinearny,<br />
− do 64 transponderów,<br />
− pojemność zależna od parametrów instalacyjnych systemu, tj. ustaleń odnośnie czasu<br />
uśpienia i procedury "budzenia" transpondera.<br />
4.5.4.4 Opis interfejsu radiowego<br />
Zasadę kodowania i modulacji transmisji czytnika do transpondera objaśniono na rys. 4-33.<br />
Czytnik powinien wysyłać jednocześnie dwie fale nośne: falę niemodulowaną (CW) <strong>oraz</strong><br />
nośną komunikacji z modulacją GMSK przenoszącą nadawane dane poleceń. W ten sposób<br />
zminimalizowano układ elektroniczny odbiornika po stronie transpondera, ponieważ sygnał<br />
do przemiany częstotliwości (CW) dostarcza czytnik. Różnica pomiędzy częstotliwościami<br />
obu nośnych jest częstotliwością pośrednią odbiornika (IF ≈ 10,65 MHz).<br />
Rys. 4-33: Modulacja i kodowania transmisji czytnika<br />
Zasadę kodowania i modulacji w transmisji transpondera do czytnika objaśniono na rys. 4-34<br />
(powiadomienie) i na rys. 4-35 (komunikacja).
– str. 155 z 187 –<br />
Rys. 4-34: Modulacja i kodowania transmisji transpondera podczas powiadomienia<br />
Rys. 4-35: Modulacja i kodowania transmisji transpondera podczas komunikacji<br />
4.6 Badanie zgodności z normą ISO/IEC 18000-4<br />
W dokumencie ISO/IEC TR 18047-4 [15] określono zasady badania zgodności<br />
transponderów i czytników <strong>RFID</strong> ze specyfikacją systemu nazwanego MODE 2<br />
zdefiniowanego w normie ISO/IEC 18000-4 [14]. W dokumencie tym zawarto wytyczne<br />
odnośnie budowy stanowisk pomiarowych do badania czytników i transponderów <strong>oraz</strong><br />
określono wymagania odnośnie podstawowej aparatury pomiarowej. Dokument ten nie<br />
stanowi podstawy do badania i oceny zgodności z wymaganiami zasadniczymi w rozumieniu<br />
dyrektywy 1999/5/EC [16].<br />
4.6.1 Badania czytników<br />
Czytnik z anteną zintegrowaną należy wyposażyć w tymczasowe złącze antenowe lub<br />
sprzęgać jego antenę z anteną czujnika pomiarowego w sposób umożliwiający dołączenie<br />
urządzenia badanego do aparatury pomiarowej. Antena czujnika nie powinna wpływać na
– str. 156 z 187 –<br />
charakterystyki badanego czytnika. Należy zastosować odpowiednią odległość anteny<br />
czujnika, jej rodzaj i rozmiary <strong>oraz</strong> polaryzację (np. kołową).<br />
Czytnik powinien pracować w trybie testowym, w którym generuje częstotliwości nośnej<br />
odniesienia i nośnej komunikacyjnej zgodnie z regułami opisanymi w p. 4.5.4.4 niniejszego<br />
rozdziału. Badania należy wykonać w kanałach o numerach 0, 43 i 86. Różnica między<br />
częstotliwością nośnej komunikacyjnej (fCC) i nośnej odniesienia (fRC) powinna wynosić fIF,<br />
zgodnie z wymaganiami.<br />
Badania należy wykonać za pomocą analizatora widma i standardowego osprzętu<br />
laboratoryjnego.<br />
4.6.2 Badania transpondera<br />
Transponder z anteną zintegrowaną należy wyposażyć w tymczasowe złącze antenowe lub<br />
sprzęgać jego antenę z anteną czujnika pomiarowego w sposób umożliwiający dołączenie<br />
urządzenia badanego do aparatury pomiarowej. Antena czujnika nie powinna wpływać na<br />
charakterystyki badanego transpondera. Należy zastosować odpowiednią odległość anteny<br />
czujnika, jej rodzaj i rozmiary <strong>oraz</strong> polaryzację (np. kołową). Badania należy wykonać<br />
w trzech kanałach o numerach 0, 43, 86.<br />
W czasie badań transponder powinien pracować w trybie testowym. Do wprowadzenia<br />
transpondera w taki tryb można wykorzystać albo programy testowe zaimplementowane<br />
przez producenta albo kompatybilny czytnik inicjujący odpowiednie działanie transpondera.<br />
Ponieważ transpondery będące przedmiotem badań stosują protokół TTF, tj. mogą rozpocząć<br />
nadawanie niezależnie od czytnika, transponder może powtarzać nadawanie danych<br />
synchronizacyjnych w sposób ciągły (z przerwami określonymi przez zaprogramowany<br />
współczynnik aktywności (duty cycle).<br />
Do wykonania badań potrzebny jest analizator widma i standardowy osprzęt laboratoryjny<br />
stosowany do badań w paśmie 2,45 GHz.<br />
4.6.3 Aparatura pomiarowa<br />
Do badania sygnałów nadawanych przez czytnik i transpondery pracujące w systemie<br />
MODE 2 zdefiniowanym w normie ISO/IEC 18000-4 pożądane jest stosowanie wektorowego<br />
analizatora widma z demodulatorem cyfrowym. Do wyzwalania analizatora może być<br />
potrzebne dodatkowe urządzenie.<br />
Badania charakterystyk modulacji czytnika należy przeprowadzić w taki sposób, aby nośna<br />
komunikacyjna była modulowana sekwencją składającą się z następujących ciągów bitów:<br />
0101 lub 1010,<br />
1100 lub 0011,<br />
1111 0000 lub 0000 1111.<br />
Wszystkie pomiary szerokości pasma odnoszone są do mocy fali nośnej.<br />
Podczas badań transponderów do symulacji sygnałów czytnika może być użyty generator<br />
sygnałowy pracujący w paśmie 2,45 GHz wyposażony w modulator cyfrowy i programowany<br />
generator funkcji dowolnej.<br />
Do badania przebiegów cyfrowych powinien być stosowany analizator stanów logicznych<br />
o szybkości próbkowania co najmniej 6,144 Mpróbek/s z rozdzielczością co najmniej 8 bit/s.
4.7 Pasmo 2,45 GHz – wymagania krajowe<br />
– str. 157 z 187 –<br />
4.7.1 Podstawy regulacji<br />
Wymagania krajowe odnośnie parametrów radiowych systemów <strong>RFID</strong> muszą być<br />
zharmonizowane z przepisami obowiązującymi w Europie. W przypadku pasma 2,45 GHz<br />
wymagania te zawierają zalecenie ERC/REC 70-03 <strong>oraz</strong> norma ETSI EN 300 440.<br />
W zaleceniu ERC/REC 70-03 [5] ustalono dwie wartości graniczne mocy promieniowanej<br />
i aktywności nadajnika (duty cycle):<br />
− 500 mW e.i.r.p. z aktywnością ≤ 100%,<br />
− 4 W e.i.r.p. z aktywnością ≤ 15%.<br />
Stosowanie urządzeń o mocy większej niż 500 mW e.i.r.p. dopuszczono tylko wewnątrz<br />
pomieszczeń, przy czym sformułowano dodatkowe wymaganie, aby poziom każdej emisji<br />
takiego urządzenia <strong>RFID</strong> mierzony na zewnątrz budynku w odległości 10 m nie przekraczał<br />
równoważnej wartości natężenia pola wytwarzanego przez urządzenie <strong>RFID</strong> o mocy 500 mW<br />
umieszczone w tej samej odległości na zewnątrz budynku. Jeżeli budynek składa się z kilku<br />
lokali, takich jak sklepy w galerii lub centrum handlowym, to pomiary należy odnosić do<br />
granicy użytkowanego lokalu wewnątrz budynku.<br />
Dodatkowo zalecono, aby urządzenia, których moc może być większa niż 500 mW były<br />
wyposażone w automatyczną regulację mocy, która powinna gwarantować redukcję mocy do<br />
maksimum 500 mW w przypadku, gdy urządzenie jest przenoszone i używane poza<br />
zdefiniowanym wyżej obrębem lokalu użytkownika. Odnośnie wymaganej charakterystyki<br />
anteny i innych parametrów technicznych powołano normę ETSI EN 300 440.<br />
Jeżeli e.i.r.p. jest większe niż 500 mW, zaleca się stosowanie rozproszenia widma metodą<br />
skokowej zmiany częstotliwości (FHSS).<br />
4.7.2 Zestawienie wymagań<br />
Zgodnie z Aneksem C normy EN 300 440-1 [17] urządzenia <strong>RFID</strong> pracujące w paśmie<br />
2,45 GHz, przeznaczone do używania w pomieszczeniach, powinny być konstruowane<br />
z dwoma poziomami mocy:<br />
− 4 W e.i.r.p.;<br />
− 500 mW e.i.r.p.<br />
Wartością standardową (domyślną) powinno być 500 mW. Uzyskanie poziomu 4 W powinno<br />
być możliwe tylko po użyciu kodu zabezpieczającego wbudowanego do oprogramowania<br />
urządzenia, dostępnego tylko dla producenta lub jego przedstawiciela. Ten kod programowy<br />
powinien regulować moc w następujący sposób:<br />
1) Umocowane na stałe 4 W urządzenia <strong>RFID</strong> powinny znajdować się wewnątrz budynku<br />
i powinny mieć zabezpieczenie przed manipulacją przez osoby niepowołane.<br />
Zabezpieczenie to powinno zapewnić samoczynne zniszczenie specjalnego kodu<br />
programowego, jeżeli urządzenie <strong>RFID</strong> jest zdejmowane ze swojego stałego miejsca<br />
instalacji. Działanie to powinno automatycznie redukować moc do wartości standardowej<br />
500 mW lub mniejszej.<br />
2) Przenośne 4 W urządzenia <strong>RFID</strong> powinny mieć specjalny kod programowy<br />
aktualizowany w sposób ciągły za pośrednictwem działającego wewnątrz budynku łącza<br />
bliskiego zasięgu. Ten kod ma być generowany przez umocowaną na stałe jednostkę<br />
sterującą (System Control Unit, SCU), zainstalowaną w tym samym pomieszczeniu lub<br />
obszarze, gdzie mają być używane urządzenia <strong>RFID</strong>. Bez sygnału z tej jednostki
– str. 158 z 187 –<br />
sterującej (SCU) urządzenie <strong>RFID</strong> powinno automatycznie redukować moc do wartości<br />
standardowej 500 mW lub mniejszej. Jednostka sterująca powinna mieć zabezpieczenie<br />
przed manipulacją przez osoby niepowołane, które powinno zapewnić samoczynne<br />
zniszczenie specjalnego kodu programowego, jeżeli jednostka jest zdejmowana ze<br />
swojego stałego miejsca instalacji.<br />
Zasięg jednostki sterującej (SCU) nie powinien być większy niż 4 m. Powinna znajdować się<br />
w budynku, w pobliżu miejsc gdzie wymagana jest większa moc <strong>RFID</strong>. Przykład takiego<br />
systemu <strong>RFID</strong> z automatyczną regulacją mocy RF przedstawiono na rys. 4-36.<br />
Rys. 4-36: Przykład systemu <strong>RFID</strong> z automatyczną regulacją mocy RF<br />
do pracy wewnątrz i na zewnątrz budynku<br />
Wszystkie czytniki (A-F) pokazane na rys. 4-36 są tego samego typu, każdy może mieć moc<br />
RF 4 W lub 500 mW. Ale tylko czytnik A ma tak skierowaną antenę, że jest w zasięgu<br />
komunikacji z SCU, w konsekwencji wszystkie czytniki oprócz A pracują z mocą 500 mW<br />
e.i.r.p.<br />
SCU może być radiowym urządzeniem bez nadajnika, działającym podobnie jak transponder<br />
(tag) <strong>RFID</strong> na zasadzie modulacji pola wytwarzanego przez czytnik. Jeżeli czułość odbiornika<br />
w czytniku wynosi ok. –62 dBm, to zasięg SCU do czytnika wynosi ok. 3 m jeżeli czytnik<br />
emituje moc 500 mW (e.i.r.p.), lub ok. 5 m jeżeli czytnik emituje moc 4 W (e.i.r.p.). W ten<br />
sposób maksymalna odległość między SCU i czytnikiem umożliwiająca włączenie mocy 4 W<br />
wynosi ok. 3 m, a użytkowanie czytnika z mocą 4 W jest ograniczone do odległości ok. 5 m<br />
od SCU.<br />
Inne szczegółowe wymagania wg normy ETSI EN 300 440-1 odnośnie charakterystyk emisji<br />
podano w tab. 4-14 i tab. 4-15.
Zakres częstotliwości<br />
– str. 159 z 187 –<br />
Tab. 4-14: Parametry systemów <strong>RFID</strong> w paśmie 2,45 GHz<br />
Wartość graniczna<br />
mocy e.i.r.p.<br />
(Uwaga 1)<br />
2446 – 2454 MHz +27 dBm (0,5 W) bez ograniczeń<br />
2446 – 2454 MHz<br />
+36 dBm (4 W)<br />
(Uwaga 1)<br />
Używanie urządzenia Komentarze<br />
tylko FHSS lub niemodulowana<br />
fala nośna (CW)<br />
tylko w budynkach tylko FHSS<br />
Uwagi.<br />
1. e.i.r.p. łącznie z anteną o następujących parametrach:<br />
a) szerokość wiązki w płaszczyźnie poziomej nie większa niż ±45º,<br />
b) tłumienie listków bocznych ≥ 15 dB,<br />
c) fizyczna ochrona (np. nakładka na antenę), której wielkość ogranicza do nie więcej niż<br />
15 dBm moc przekazywaną z anteny <strong>RFID</strong> do dopasowanego dipola ćwierćfalowego,<br />
umieszczonego możliwie najbliżej.<br />
2. Używanie mocy powyżej 27 dBm (e.i.r.p.) za pomocą środków technicznych powinno być<br />
ograniczone tylko do wnętrza budynków, a aktywność nadajnika uśredniona w każdym okresie<br />
200 ms (30 ms nadawanie / 170 ms przerwa w nadawaniu) powinna być mniejsza niż 15%.<br />
Tab. 4-15: Ograniczenie gęstości widmowej mocy <strong>RFID</strong> w paśmie 2,45 GHz<br />
f – Offset częstotliwości<br />
(f0 = 2450 MHz)<br />
f ≤ f0 – 4,20 MHz <strong>oraz</strong><br />
f ≥ f0 + 4,20 MHz<br />
f ≤ f0 – 6,83 MHz <strong>oraz</strong><br />
f ≥ f0 + 6,83 MHz<br />
f ≤ f0 – 7,53 MHz <strong>oraz</strong><br />
f ≥ f0 + 7,53 MHz<br />
Wartość graniczna Pasmo pomiarowe (RBW)<br />
–5 dBm 30 kHz<br />
–30 dBm 300 kHz<br />
–30 dBm 1 MHz<br />
4.8 Wykorzystanie pasma 433 MHz – norma ISO/IEC 18000-7<br />
4.8.1 Wprowadzenie<br />
Określenie "pasmo 433 MHz" odnosi się do zakresu częstotliwości od 433,05 MHz do<br />
434,79 MHz, który wg Krajowej Tablicy Przeznaczeń Częstotliwości jest zaliczany do pasm<br />
ISM. Ta klasyfikacja oznacza, że pasmo to nie jest chronione, a użytkownicy urządzeń i<br />
systemów radiowych pracujących w tym paśmie powinni liczyć się z możliwością<br />
występowania szkodliwych zakłóceń ze strony innych urządzeń i systemów.<br />
4.8.2 Charakterystyka zakresu normy ISO/IEC 18000-7<br />
Tę część normy ISO/IEC 18000 opracowano w celu zdefiniowania systemów <strong>RFID</strong><br />
z transponderami aktywnymi pracującymi w paśmie 433 MHz.<br />
W systemie <strong>RFID</strong> zdefiniowanym w normie ISO/IEC 18000-7 [19] w łączu komunikacji<br />
między czytnikiem a transponderem wykorzystuje się wąskopasmową transmisję radiową<br />
w paśmie UHF o parametrach określonych w dalszej części tego punktu.<br />
Sygnał "budzenia" jest nadawany przez czytnik przez minimum 2,5 sekundy w celu<br />
uaktywnienia wszystkich transponderów w zasięgu komunikacji. Sygnałem budzenia jest<br />
podnośna 30 kHz. W wyniku detekcji sygnału budzenia wszystkie transpondery powinny
– str. 160 z 187 –<br />
przejść w stan Ready i oczekiwać na polecenia czytnika. Komunikację między czytnikiem i<br />
transponderami inicjuje i kontroluje zawsze czytnik. W przypadku wielu odpowiedzi stosuje<br />
się arbitraż kolizji.<br />
Dane między czytnikiem a transponderem są nadawane w formie pakietów. Każdy pakiet<br />
składa się z preambuły, bajtów danych i jest kończony niskim stanem logicznym. Bajty<br />
danych są wysyłane w formacie kodu Manchester.<br />
Koniec preambuły i początek pierwszego bajtu danych jest wskazywany przez dwa ostatnie<br />
bity preambuły. Przykład początku transmisji przedstawiono na rys. 4-37.<br />
Rys. 4-37: Zależności czasowe komunikacji danych<br />
Preambuła składa się z 20 impulsów o okresie 60 µs, 30 µs stan wysoki / 30 µs stan niski, po<br />
których następuje końcowy impuls synchronizacji, który wskazuje kierunek komunikacji:<br />
− komunikacja transpondera do czytnika: 42 µs stan wysoki / 54 µs niski;<br />
− komunikacja czytnika do transpondera: 54 µs stan wysoki / 54 µs niski.<br />
Bajt danych składa się z 8 bitów danych <strong>oraz</strong> 1 bitu stopu kodowanych metodą Manchester.<br />
Okres pojedynczego bitu wynosi 36 µs, a przedział czasu całego bajtu 324 µs. Opadające<br />
zbocze pośrodku okresu bitu oznacza przesyłanie bitu "0". Narastające zbocze oznacza<br />
przesyłanie bitu "1". Bit stopu jest kodowany tak jak bit "0".<br />
Suma kontrolna (CRC) jest obliczana jako liczba 16-bitowa (CRC-16). Jest obliczana na<br />
podstawie wszystkich bajtów danych (z wyłączeniem preambuły) z wykorzystaniem<br />
wielomianu CCITT x 16 + x 12 + x 5 + 1. CRC jest dołączana jako 2 bajty.<br />
Zakończenie pakietu jest oznaczone przez niski stan logiczny trwający przez 36 µs.<br />
4.8.2.1 Unikanie kolizji<br />
W celu zastosowania protokółu arbitrażu kolizji konieczna jest ewidencja transponderów<br />
znajdujących się w zasięgu komunikacji z czytnikiem <strong>oraz</strong> odbiór informacji o możliwościach<br />
każdego transpondera i zawartości danych – wszystko w jednej sekwencji.<br />
Rodzaj informacji zwracanej przez transponder jest określany przez ustawienie flag<br />
w poleceniach czytnika. Czytnik pełni rolę nadrzędną w komunikacji z jednym lub wieloma<br />
transponderami.<br />
W protokóle unikania kolizji zastosowano mechanizm polegający na przydziale dla transmisji<br />
transponderów szczelin czasowych w rundzie, tzw. oknie. Minimalny czas okna jest ustalony<br />
na 57,3 ms. Runda składa się z określonej liczby szczelin. Długość każdej szczeliny jest<br />
wystarczająca, aby czytnik odebrał odpowiedź transpondera. Transpondery znajdujące się
– str. 161 z 187 –<br />
w zasięgu komunikacji czytnika, które odbierają sygnał budzenia ("wake-up") nadawany do<br />
wszystkich przez czytnik, powinny zmienić stan na Ready.<br />
Czytnik rozpoczyna proces gromadzenia informacji o transponderach wysyłając polecenie<br />
Collection. Transpondery, które odebrały to polecenie, losowo wybierają szczelinę, w której<br />
odpowiadają na to polecenie. Liczbę szczelin w rundzie określa czytnik. Czas pierwszej rundy<br />
jest ustalony na 57,3 ms. W kolejnych czytnik dobiera rozmiar okna oceniając liczbę kolizji w<br />
zakończonej rundzie.<br />
Po wysłaniu przez czytnik polecenia Collection możliwe są trzy przypadki:<br />
a) czytnik nie odbiera odpowiedzi, ponieważ albo żaden transponder nie wybrał danej<br />
szczeliny, albo czytnik nie wykrył odpowiedzi;<br />
b) czytnik wykrywa kolizję między dwoma lub więcej odpowiedziami transponderów.<br />
Kolizja może być wykryta w zawartości przesyłanych danych lub przez uzyskanie<br />
nieważnej sumy kontrolnej (CRC). Czytnik odnotowuje kolizję i kontynuuje odbiór<br />
sygnałów w następnej szczelinie;<br />
c) czytnik odbiera poprawną odpowiedź – bez błędu, z ważną sumą kontrolną CRC.<br />
Czytnik zapisuje dane transpondera i kontynuuje nasłuch w następnej szczelinie.<br />
Runda Collection jest kontynuowana aż do ostatniej szczeliny. Po jej zakończeniu<br />
czytnik rozpoczyna wysyłanie adresowanych poleceń uśpienia do wszystkich<br />
transponderów zarejestrowanych w zakończonej rundzie. Wszystkie, które odebrały to<br />
polecenie przechodzą w stan uśpienia i nie będą uczestniczyć w następnej rundzie<br />
Collection. Proces jest powtarzany tak długo, aż żaden transponder nie odpowie na<br />
polecenie Collection.<br />
Następnie czytnik może przeprowadzić indywidualne sesje komunikacji adresując polecenia<br />
do transponderów rozpoznanych w wyniku przeprowadzonych rund zbierania danych.<br />
4.8.2.2 Parametry emisji czytnika<br />
Częstotliwość fali nośnej: 433,92 MHz ±20 ppm.<br />
Pasmo zajmowane przez emisję: 500 kHz.<br />
Moc promieniowana czytnika: maks. 5,6 dBm */ .<br />
Modulacja: dwuwartościowa FSK.<br />
Dewiacja częstotliwości: ±35 kHz.<br />
Kodowanie danych: Manchester, okres bitu 36 µs;<br />
– kodowanie logicznej "1": 18 µs stan niski, po którym 18 µs stan wysoki;<br />
– kodowanie logicznego "0": 18 µs stan wysoki, po którym 18 µs stan niski.<br />
Szybkość bitowa: 27,7 kbit/s.<br />
Sygnał "budzenia" transponderów: 30 kHz.<br />
Polaryzacja: nie określona w normie.<br />
4.8.2.3 Parametry emisji transpondera<br />
Częstotliwość fali nośnej: 433,92 MHz ±20 ppm.<br />
Pasmo zajmowane przez transmisję: 200 kHz.<br />
Moc promieniowana: maks. 5,6 dBm */<br />
Dewiacja częstotliwości: ±35 kHz.<br />
Modulacja: dwuwartościowa FSK.
– str. 162 z 187 –<br />
Kodowanie danych: Manchester, okres bitu 36 µs;<br />
– kodowanie logicznej "1": 18 µs stan niski, po którym 18 µs stan wysoki;<br />
– kodowanie logicznego "0": 18 µs stan wysoki, po którym 18 µs stan niski.<br />
Szybkość bitowa: 27,7 kbit/s.<br />
Polaryzacja: nie określona w normie.<br />
Szerokość pasma odbiornika: > 200 kHz.<br />
*/ Lub zgodnie z lokalnymi regulacjami (por. informacje na wstępie tego rozdziału). Pasmo<br />
433,92 MHz w Europie i w Polsce nie jest dedykowane dla zastosowań <strong>RFID</strong>.<br />
4.8.2.4 Protokół identyfikacji i transmisji – podstawowe parametry<br />
Czytnik nadaje pierwszy (RTF).<br />
Długość UID: 32 bity.<br />
Odczyt: 1 bajt do 46 bajtów.<br />
Zapis: 1 bajt do 46 bajtów.<br />
Szybkość transakcji odczytu / zapisu: 27,7 kbit/s.<br />
CRC: 16 bitów (CCITT 16).<br />
Rozmiar pamięci: 1 bajt do 128 kbajtów.<br />
Polecenia: 8-bitowe.<br />
4.8.2.5 Protokół antykolizyjny<br />
Zdefiniowano probabilistyczny protokół antykolizyjny linearny względem N transponderów:<br />
w czasie 0,065 × N sekund dla 1 ≤ N ≤ 3000.<br />
Pojemność inwentarzowa: do 3000 transponderów.<br />
4.9 Badanie zgodności z normą ISO/IEC 18000-7<br />
Zasady badania zgodności urządzeń <strong>RFID</strong> z normą ISO/IEC 18000-7 określono<br />
w dokumencie ISO/IEC TR 18047-7 [20].<br />
Ponieważ w Europie wykorzystanie pasma 433,92 MHz dla potrzeb <strong>RFID</strong> jest mało<br />
popularne oceniono, że nie będzie zapotrzebowania na wykonanie badań urządzeń <strong>RFID</strong><br />
pracujących w tym zakresie częstotliwości. W konsekwencji w niniejszym opracowaniu<br />
analizę metod badania zgodności z normą ISO/IEC 18000-7 pominięto.<br />
4.10 Pasmo 433,92 MHz – wymagania krajowe<br />
W zasadzie nie przewiduje się wykorzystywania pasma 433,92 MHz dla potrzeb <strong>RFID</strong>.<br />
Urządzenia, których moc nadawana w zakresie częstotliwości od 433,05 MHz do<br />
434,79 MHz nie jest większa niż 10 mW e.r.p. i współczynnik aktywności nadajnika nie jest<br />
większy niż 10%, wskutek Decyzji Komisji 2006/771/EC z 9.11.2006 [21] w sprawie<br />
harmonizacji wykorzystania widma częstotliwości radiowych przez urządzenia bliskiego<br />
zasięgu są zaliczane do urządzeń kasy 1. Oznacza to, że państwa członkowskie UE nie stosują<br />
wobec nich ograniczeń dotyczących stosowania.<br />
W Polsce na podstawie rozporządzenia Ministra Transportu [11], zgodnie z zaleceniem<br />
ERC/REC 70-03 [5], w zakresie tym dopuszcza się również używanie bez pozwolenia różnych<br />
urządzeń radiowych, których współczynnik aktywności nadajnika nie jest większy niż 100%,<br />
pod warunkiem ograniczenia mocy do 1 mW e.r.p.
– str. 163 z 187 –<br />
Normą właściwą do oceny zgodności z wymaganiami zasadniczymi w zakresie<br />
wykorzystania widma częstotliwości radiowych jest ETSI EN 300 220-2 [13].<br />
Wykaz akronimów użytych w rozdz. 4<br />
AFA – Adaptive Frequency Agility<br />
AM – Amplitude Modulation<br />
ASK – Amplitude Shift<br />
AWG – Arbitrary Waveform Generator<br />
BPSK – Binary PSK<br />
CEPT – European Conference of Postal and Telecommunications administrations<br />
CRC – Cyclic Redundancy Check<br />
CW – Continuous Wave<br />
DBPSK – Differential Binary PSK<br />
DSB – Double Sideband<br />
DSB-ASK – Double-Sideband Amplitude-Shift Keying<br />
e.i.r.p. – (EIRP) equivalent isotropically radiated power<br />
e.r.p. – (ERP) effective radiated power<br />
EPC – Electronic Product Code<br />
ERC – European Radio communication Committee (CEPT)<br />
ETSI – European Telecommunications Standards Institute<br />
FHSS – Frequency hopping Spread Spectrum<br />
FSK – Frequency Shift Keying<br />
GMSK – Gaussian Minimum Shift Keying<br />
HF – High Frequency (3-30 MHz)<br />
IATA – International Air Transport Association<br />
IEC – International Electrotechnical Commission<br />
IF – Intermediate Frequency<br />
ISM – Industrial, Scientific and Medical<br />
ISO – International Organization for Standarization<br />
ITU – International Telecommunication Union<br />
LBT – Listen Before Talk (Listen Before Transmit)<br />
LF – Low Frequency (30-300 kHz)<br />
LSB – least significant bit<br />
MSB – Mast Significant Bit<br />
OOK – On-Off Keying<br />
PIE – Pulse Interval Encoding<br />
PR-ASK – Phase-reversal amplitude shift keying<br />
PSK – Phase Shift Keying<br />
R&TTE – Radio and Telecommunications Terminal Equipment (Directive)<br />
RBW – Resolution Bandwidth<br />
RCS – radar cross-section<br />
RF – Radio Frequency<br />
<strong>RFID</strong> – Radio Frequency Identification<br />
RFU – Reserved for Future Use<br />
RN16 – 16-bit random or pseudo-random number<br />
RTF – Reader-talks-first<br />
SCU – System Control Unit<br />
SRD – Short Range Device
– str. 164 z 187 –<br />
SSB – Single sideband<br />
SSB-ASK – Single-sideband amplitude-shift keying<br />
SUID – Sub-UID<br />
TTF – Tag Talks First<br />
UE – Unia Europejska<br />
UHF – Ultra High Frequency (300-3000 MHz)<br />
UID – Unique Identifier<br />
UII – Unique Item Identifier<br />
VBW – Video Bandwidth<br />
VSWR – Voltage Standing Wave Ratio<br />
∆RCS – Change in radar cross section<br />
Spis literatury do rozdz. 4<br />
[1] ISO/IEC 18000-6:2004. Information technology – Radio frequency identification for<br />
item management – Part 6: Parameters for air interface communications at 860 MHz to<br />
960 MHz.<br />
[2] ISO/IEC 18000-6 Amendment 1:2006. Information technology – Radio frequency<br />
identification for item management – Part 6: Parameters for air interface<br />
communications at 860 MHz to 960 MHz. Extension with Type C and update of<br />
Types A and B.<br />
[3] ISO/IEC TR 18047-6:2006. Information technology – Radio frequency identification<br />
device conformance test methods – Part 6: Test methods for air interface<br />
communications at 860 MHz to 960 MHz.<br />
[4] 2006/804/EC: Commission Decision of 23 November 2006 on harmonisation of the<br />
radio spectrum for radio frequency identification (<strong>RFID</strong>) devices operating in the ultra<br />
high frequency (UHF) band (OJ L 329, 25.11.2006).<br />
[5] ERC/REC 70-03. Relating to the use of Short Range Devices (SRD); Annex 11: Radio<br />
frequency identification applications.<br />
[6] ETSI EN 302 208-1 V1.1.1 (2004-09). Electromagnetic compatibility and Radio<br />
spectrum Matters (ERM); Radio Frequency Identification Equipment operating in the<br />
band 865 MHz to 868 MHz with power levels up to 2 W; Part 1: Technical<br />
requirements and methods of measurement.<br />
[7] ETSI EN 302 208-2 V1.1.1 (2004-09). Electromagnetic compatibility and Radio<br />
spectrum Matters (ERM); Radio Frequency Identification Equipment operating in the<br />
band 865 MHz to 868 MHz with power levels up to 2 W; Part 2: Harmonized EN under<br />
article 3.2 of the R&TTE Directive.<br />
[8] ETSI EN 302 208-1 V1.2.1 (2008-04). Electromagnetic compatibility and Radio<br />
spectrum Matters (ERM); Radio Frequency Identification Equipment operating in the<br />
band 865 MHz to 868 MHz with power levels up to 2 W; Part 1: Technical<br />
requirements and methods of measurement.<br />
[9] ETSI EN 302 208-2 V1.2.1 (2008-04). Electromagnetic compatibility and Radio<br />
spectrum Matters (ERM); Radio Frequency Identification Equipment operating in the<br />
band 865 MHz to 868 MHz with power levels up to 2 W; Part 2: Harmonized EN<br />
covering essential requirements of Article 3.2 of the R&TTE Directive.<br />
[10] ETSI TR 102 649-1 V1.1.1 (2007-04). Electromagnetic compatibility and Radio<br />
spectrum Matters (ERM); Technical characteristics of <strong>RFID</strong> in the UHF Band; System
– str. 165 z 187 –<br />
Reference Document for Radio Frequency Identification (<strong>RFID</strong>) equipment; Part 1:<br />
<strong>RFID</strong> equipment operating in the range from 865 MHz to 868 MHz.<br />
[11] Rozporządzenie Ministra Transportu z dn. 3 lipca 2007 r. w sprawie urządzeń<br />
radiowych nadawczych lub nadawczo-odbiorczych, które mogą być używane bez<br />
pozwolenia radiowego (Dz. U. 2007 nr 138, poz. 972 ze zmianą z dn. 29 lutego 2008 r.<br />
Dz. U. 2008 nr 47, poz. 277).<br />
[12] ETSI EN 300 220-1 V2.1.1 (2006-04). Electromagnetic compatibility and Radio<br />
spectrum Matters (ERM); Short Range Devices (SRD); Radio equipment to be used in<br />
the 25 MHz to 1 000 MHz frequency range with power levels ranging up to 500 mW;<br />
Part 1: Technical characteristics and test methods.<br />
[13] ETSI EN 300 220-2 V2.1.2 (2007-06). Electromagnetic compatibility and Radio<br />
spectrum Matters (ERM); Short Range Devices (SRD); Radio equipment to be used in<br />
the 25 MHz to 1 000 MHz frequency range with power levels ranging up to 500 mW;<br />
Part 2: Harmonized EN covering essential requirements under article 3.2 of the R&TTE<br />
Directive<br />
[14] ISO/IEC 18000-4:2004. Information technology – Radio frequency identification for item<br />
management – Part 4: Parameters for air interface communications at 2,45 GHz.<br />
[15] ISO/IEC TR 18047-4:2004. Information technology – Radio frequency identification<br />
device conformance test methods – Part 4: Test methods for air interface communications at<br />
2,45 GHz.<br />
[16] Dyrektywa 1999/5/WE. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia<br />
9.03.1999 r. w sprawie urządzeń radiowych i końcowych urządzeń telekomunikacyjnych<br />
<strong>oraz</strong> wzajemnego uznawania ich zgodności (Dz. Urz. WE L 91 z 07.04.1999). Dyrektywa<br />
R&TTE.<br />
[17] ETSI EN 300 440-1 V1.4.1 (2008-05). Electromagnetic compatibility and Radio<br />
spectrum Matters (ERM); Short range devices; Radio equipment to be used in the<br />
1 GHz to 40 GHz frequency range; Part 1: Technical characteristics and test methods. .<br />
[18] ETSI EN 300 440-2 V1.2.1 (2008-05). Electromagnetic compatibility and Radio<br />
spectrum Matters (ERM); Short range devices; Radio equipment to be used in the<br />
1 GHz to 40 GHz frequency range; Part 2: Harmonized EN covering essential<br />
requirements of article 3.2 of the R&TTE Directive.<br />
[19] ISO/IEC 18000-7:2004. Information technology – Radio frequency identification for item<br />
management – Part 7: Parameters for active air interface communications at 433 MHz.<br />
[20] ISO/IEC TR 18047-7:2005. Information technology – Radio frequency identification<br />
device conformance test methods – Part 7: Test methods for active air interface<br />
communications at 433 MHz.<br />
[21] 2006/771/EC. Commission decision of 9 November 2006 on harmonisation of the radio<br />
spectrum for use by short-range devices. O.J. L 312. 11.11.2006. p. 66.<br />
[22] Commission decision of 23 May 2008 amending Decision 2006/771/EC on harmonisation<br />
of the radio spectrum for use by short-range devices (2008/432/EC). O.J. L 151.<br />
11.6.2008. p. 49.<br />
[23] EPC Radio-Frequency Identity Protocols Class-1 Generation-2 UHF <strong>RFID</strong> Protocol for<br />
Communications at 860 MHz – 960 MHz. Ver. 1.2.0. 2004-2008 EPCglobal Inc.
– str. 166 z 187 –<br />
5 Ogólne metody badania właściwości użytkowych urządzeń <strong>RFID</strong><br />
W rozdz. 2, 3 <strong>oraz</strong> 4 oprócz opisu systemów <strong>RFID</strong> przedstawiono metody badań interfejsu<br />
radiowego systemów <strong>RFID</strong>, pracujących w różnych zakresach częstotliwości, pod względem<br />
zgodności z wybranymi normami ISO/IEC.<br />
Bezpośrednim celem tego rodzaju badań technicznych jest potwierdzenie zgodności<br />
z odpowiednią normą międzynarodową, a pośrednim potwierdzenie interoperacyjności<br />
urządzeń – czytników i transponderów oferowanych przez różnych dostawców. Z kolei<br />
interoperacyjność gwarantuje użyteczność i akceptację systemów <strong>RFID</strong> stosowanych<br />
w międzynarodowym łańcuchu dostaw, transporcie i innych dziedzinach, gdzie wymaga się<br />
identyfikacji i ewidencji tego samego obiektu z oznakowaniem <strong>RFID</strong> w różnych miejscach,<br />
za pomocą lokalnej infrastruktury.<br />
W tab. 5-1 zestawiono informacje nt. badań przedstawione w poprzednich rozdziałach.<br />
W przypadku systemów <strong>RFID</strong> dedykowanych do potrzeb inwentaryzacyjnych (item<br />
management) z odpowiednimi częściami normy ISO/IEC 18000 są komplementarne części<br />
dokumentu ISO/IEC TR 18047. Zawierają opis wszystkich pomiarów, których przeprowadzenie<br />
jest wymagane w celu ustalenia, czy produkt spełnia wymagania odpowiedniej części normy<br />
ISO/IEC 18000 dotyczące komunikacyjnego interfejsu radiowego. W przypadku specyficznych<br />
zastosowań <strong>RFID</strong>, takich jak bezstykowe karty identyfikacyjne i NFC, istnieją osobne normy<br />
systemowe i dedykowane normy dotyczące badań interfejsu radiowego.<br />
Należy tu zaznaczyć, że metody badań opisane w dokumentach ISO/IEC nie dotyczą oceny<br />
zgodności z wymaganiami technicznymi i eksploatacyjnymi wynikającymi z przepisów<br />
prawa. Do wszystkich opisanych w tym opracowaniu systemów odnoszą się wymagania<br />
w zakresie bezpieczeństwa i ochrony zdrowia użytkowników, kompatybilności elektromagnetycznej<br />
<strong>oraz</strong> efektywnego wykorzystania widma częstotliwości radiowych wynikające<br />
z postanowień dyrektywy 1999/5/WE i ustawy Prawo Telekomunikacyjne. Ponadto<br />
szczegółowe ograniczenia nałożone na parametry radiowe określone są w rozporządzeniu<br />
Ministra Transportu z dn. 3 lipca 2007 r. w sprawie urządzeń radiowych nadawczych lub<br />
nadawczo-odbiorczych, które mogą być używane bez pozwolenia radiowego<br />
Tab. 5-1: Normy systemowe i dotyczące metod badania zgodności<br />
Pasmo Częstotliwości <strong>RFID</strong><br />
Norma<br />
systemowa<br />
Metody badań Uwagi<br />
LF < 135 kHz ISO/IEC 18000-2 ISO/IEC TR 18047-2 Inwentaryzacja<br />
ISO 11785<br />
JRC Guidelines<br />
Part 2<br />
Identyfikacja<br />
zwierząt<br />
ISO 14223-1<br />
Identyfikacja<br />
zwierząt<br />
HF 13,560 ±0,007 MHz ISO/IEC 18000-3 ISO/IEC TR 18047-3 Inwentaryzacja<br />
ISO/IEC 15693-2 ISO/IEC 10373-7 Karty dystansowe<br />
ISO/IEC 14443-2 ISO/IEC 10373-6 Karty zbliżeniowe<br />
ECMA-340<br />
(ISO/IEC 18092)<br />
ECMA-356<br />
(ISO/IEC 22536)<br />
NFC<br />
2,45 GHz 2400 ÷ 2483,5 MHz ISO/IEC 18000-4 ISO/IEC TR 18047-4 Inwentaryzacja<br />
UHF 860 ÷ 960 MHz ISO/IEC 18000-6 ISO/IEC TR 18047-6<br />
Inwentaryzacja i<br />
inne<br />
433 MHz 433,05 ÷ 434,79 MHz ISO/IEC 18000-7 ISO/IEC TR 18047-7 Inwentaryzacja
– str. 167 z 187 –<br />
Osobnym zagadnieniem są metody badania właściwości użytkowych systemu <strong>RFID</strong>, takich<br />
jak zasięg identyfikacji, szybkość identyfikacji, zasięg odczytu i zapisu danych, szybkość<br />
transmisji danych. Metody badania takich parametrów przedstawiono w dokumencie<br />
ISO/IEC TR 18046:2005 [1]. Dokument ten stanowi próbę przedstawienia ogólnych metod<br />
badania urządzeń <strong>RFID</strong> (czytników i transponderów) stosowanych w procesach automatycznej<br />
identyfikacji i gromadzenia danych (AIDC). Jako taki odnosi się do systemów zdefiniowanych<br />
we wszystkich częściach normy ISO/IEC 18000:2004.<br />
Uwaga. Przygotowując niniejsze opracowanie posłużono się pierwszym dokumentem z 2005 r.<br />
o statusie raportu (TR). Aktualnie trwają prace nad przygotowaniem trzech części normy<br />
o symbolu ISO/IEC 18046, której część pierwsza dotyczy metod badań właściwości systemu<br />
(system performance), druga metod badania czytników (reader performance), a trzecia<br />
metod badania transponderów (tag performance). W dalszych pracach należy wykorzystać te<br />
znowelizowane dokumenty.<br />
Właściwości różnych urządzeń <strong>RFID</strong> czytników i transponderów mogą różnić się zasadniczo<br />
ze względu na optymalizację do określonych zastosowań i wymagań użytkowników <strong>oraz</strong><br />
charakterystyki interfejsu radiowego (częstotliwość, modulacja, protokóły transmisji i inne).<br />
Z tego względu opracowanie metod i kryteriów oceny produktów <strong>RFID</strong> pochodzących od<br />
różnych dostawców jest niezwykle trudne.<br />
5.1 Identyfikacja, odczyt i zapis<br />
5.1.1 Identyfikacja<br />
W przypadku zastosowań do inwentaryzacji obiektów (item management) system <strong>RFID</strong> musi<br />
wykonać określony ciąg czynności, aby uzyskać pożądane dane z jednego lub więcej<br />
transponderów. Proces uzyskiwania danych zaczyna się od aktywacji i wydzielenia<br />
określonych transponderów z populacji znajdujących się w strefie danego czytnika. Ten<br />
wstępny etap jest nazywany identyfikacją. W czasie identyfikacji wielu transponderów<br />
(populacji transponderów) mogą wystąpić kolizje odpowiedzi transponderów uaktywnionych<br />
w tym samym czasie. Z tego względu w systemach <strong>RFID</strong> są definiowane zasady arbitrażu,<br />
nazywane protokółami antykolizyjnymi, które mają zapewnić duże prawdopodobieństwo<br />
wykrycia wszystkich transponderów znajdujących się w danym momencie w strefie<br />
identyfikacji czytnika.<br />
W rezultacie identyfikacji system <strong>RFID</strong> powinien uzyskać unikalne adresy (identyfikatory)<br />
wszystkich transponderów, które aktualnie znajdują się w jego strefie i wydając indywidualnie<br />
adresowane polecenia może kontrolować działanie tych transponderów. Następnym etapem<br />
jest zestawienie łącza komunikacji między czytnikiem a wybranym transponderem w celu<br />
odczytu i/lub zapisu danych.<br />
5.1.2 Odczyt<br />
Transponder <strong>RFID</strong> skojarzony z obiektem zawiera dane odnoszące się do obiektu albo<br />
bezpośrednio (np. historia wytwarzania obiektu, metryka zwierzęcia), albo pośrednio (np.<br />
tablica rejestracyjna samochodu). Istotną właściwością systemu <strong>RFID</strong> jest możliwość<br />
wyszukiwania danych według kryteriów określonych w aplikacji systemu. Ten proces jest<br />
nazywany odczytem transponderów, w odróżnieniu od opisanego wcześniej procesu<br />
identyfikacji transponderów.<br />
Odczyt informacji transpondera wymaga utworzenia łącza komunikacji radiowej między<br />
czytnikiem a transponderem. Odczyt jest transakcją adresowaną do wybranego aktywnego<br />
transpondera. W szczególności odczyt może polegać na wyszukaniu informacji w populacji<br />
zidentyfikowanych transponderów. W procesie odczytu nie ma elementów arbitrażu kolizji.
5.1.3 Zapis<br />
– str. 168 z 187 –<br />
Jak wspomniano wyżej, transponder <strong>RFID</strong> zawiera dane odnoszące się do obiektu, z którym<br />
jest skojarzony. Informacje te można uzupełniać i/lub modyfikować wykorzystując transmisję<br />
radiową. Jeżeli system <strong>RFID</strong> realizuje te funkcje, to proces jest nazywany zapisem<br />
transpondera.<br />
Zapis informacji do transpondera wymaga utworzenia łącza komunikacji radiowej między<br />
czytnikiem a transponderem. Zapis jest transakcją adresowaną do wybranego aktywnego<br />
transpondera. Może być wykonany do całej populacji zidentyfikowanych transponderów.<br />
Może dotyczyć pojedynczego lub wielu bajtów. W niektórych systemach jest możliwy zapis<br />
z weryfikacją zapisanych danych.<br />
5.1.4 Strefa działania systemu – zasięg systemu<br />
System <strong>RFID</strong> powinien umożliwiać identyfikację i przesyłanie danych bez bezpośredniej<br />
widoczności między anteną czytnika i antenami transponderów. Zasięg jest zwykle określany<br />
jako odległości (minimalna / maksymalna) między tymi antenami. W przypadku wielu<br />
transponderów zasięg jest określany względem środka (trójwymiarowej) figury<br />
geometrycznej tworzonej przez populację transponderów.<br />
5.1.5 Szybkość transakcji<br />
System <strong>RFID</strong> w jednej sesji gromadzenia danych może napotykać wiele transponderów.<br />
W wielu aplikacjach wymaga się określonego czasu na przetworzenie danych ze wszystkich<br />
transponderów. Z tego względu ważnym parametrem jest szybkość odczytu / zapisu,<br />
wyrażona jako liczba transponderów obsługiwanych w jednostce czasu.<br />
5.1.6 Niezawodność<br />
W systemie <strong>RFID</strong> transakcje polegają na komunikacji radiowej między czytnikiem<br />
a populacją transponderów, podczas której mogą pojawiać się błędy.<br />
W celu zapewnienia integralności przesyłanych danych stosowane są różne <strong>technik</strong>i, jak<br />
wykorzystanie sumy kontrolnej, stosowanie CRC i retransmisja wiadomości. Niezawodność<br />
identyfikacji polega na zapewnieniu, że transponder lub populacja transponderów zostały<br />
poprawnie zidentyfikowane z określonym prawdopodobieństwem i poziomem ufności.<br />
5.2 Wymagania<br />
Systemy <strong>RFID</strong> powinny realizować wymagane transakcje, tj. identyfikację, odczyt lub zapis<br />
w warunkach, które są zróżnicowane pod względem:<br />
• środowiska pracy (temperatury, wilgotności, narażeń mechanicznych, czynników<br />
chemicznych, częstotliwości i poziomu zakłóceń RF),<br />
• charakterystyk populacji transponderów (liczba, gęstość, szybkość ruchu, orientacja<br />
względem anteny czytnika, materiał podłoża).<br />
Ww. uwarunkowania mają wpływ na ważne dla użytkowników właściwości systemu, takie<br />
jak wielkość strefy, w której możliwe są transakcje (zasięg) i szybkość komunikacji. Poniżej<br />
wymieniono najważniejsze czynniki określające te właściwości systemu <strong>RFID</strong>.<br />
• Technika sprzężenia czytnika z transponderami:<br />
− indukcyjne,<br />
− propagacyjne (backscatter).
– str. 169 z 187 –<br />
• Charakterystyki czytnika:<br />
− częstotliwość generowanego sygnału RF,<br />
− natężenie pola lub moc e.r.p.,<br />
− charakterystyki anteny (kierunkowość, zysk, polaryzacja,<br />
współczynnik dobroci (Q) obwodu antenowego),<br />
− czułość odbiornika,<br />
− charakterystyki modulacji.<br />
• Charakterystyki transpondera:<br />
− czułość aktywacji (tj. minimalne natężenie pola lub minimalna gęstość mocy RF<br />
wymagana do działania transpondera),<br />
− charakterystyki anteny (kierunkowość, zysk, polaryzacja,<br />
współczynnik dobroci (Q) obwodu antenowego),<br />
− charakterystyki modulacji.<br />
• Rodzaj powierzchni, na której jest umieszczony transponder:<br />
− papier (karton),<br />
− drewno,<br />
− szkło,<br />
− plastik,<br />
− metal.<br />
• Środowisko:<br />
− powierzchnie odbijające i absorbujące energię RF,<br />
− wilgotność, kondensacja, oblodzenie,<br />
− chemikalia,<br />
− emisje o częstotliwościach radiowych,<br />
− maszyny i urządzenia elektryczne.<br />
Biorąc pod uwagę złożoność czynników określających właściwości systemu, w celu stworzenia<br />
podstawowych kryteriów wyboru systemów do określonych zastosowań w dokumencie<br />
TR 18046 [1] zaproponowano warunki badań, jak w tab. 5-2.<br />
Tab. 5-2: Warunki badań urządzeń <strong>RFID</strong> [1]<br />
Cecha Granice Uwaga<br />
Odległość<br />
W przestrzeni (x, y, z)<br />
— system bliskiego zasięgu, 0 – 10 m,<br />
— system dalekiego zasięgu 10 – 100 m<br />
Populacja transponderów 1, 10, 20, 50, 100<br />
Geometria transponderów Liniowa, szeregi, w przestrzeni<br />
Orientacja transponderów 0, 30, 60, 90 stopni, losowa W przestrzeni (ψ, θ, φ)<br />
Objętość, w której są transpondery 0,016; 0,125; 1 m 3<br />
Szybkość ruchu transponderów 0, 1, 2, 5, 10 m/s<br />
Podłoże montażu transponderów Papier, drewno, szkło, plastik, metal Lista /*<br />
Środowisko radiowe Łagodne, umiarkowane, zatłoczone WLAN, urządzenia<br />
i maszyny elektryczne<br />
Transakcje danych 1, 8, 16, 32 bajtów Odczyt i/lub zapis<br />
Wysokość anteny czytnika 0,5; 1, 2, 3 m Nad płaszczyzną ziemi
– str. 170 z 187 –<br />
/* Do badań transponderów stosowanych w systemach inwentaryzacji należy brać pod uwagę<br />
następujące materiały podłoża: papier falisty, szyba, płyta wiórowa, sklejka, pleksiglas,<br />
polipropylen, poliwęglan, aluminium, stal. Do mocowania transponderów do podłoża nie należy<br />
wykorzystywać elementów wykonanych z metalu.<br />
Wyróżnia się cztery parametry dotyczące odległości między transponderami i anteną czytnika,<br />
przedstawione na rys. 5-1 i rys. 5-2:<br />
– Minimalna odległość wzdłuż osi "z" między środkiem anteny czytnika a środkiem strefy,<br />
w której znajduje się populacja badanych transponderów. Oś "z" jest definiowana jako<br />
wektor prostopadły do płaszczyzny anteny czytnika skierowany zgodnie z wartością<br />
szczytową promieniowanego pola. Dla potrzeb badań oś "z" powinna być równoległa do<br />
powierzchni ziemi.<br />
– Maksymalna odległość wzdłuż osi "z" między środkiem anteny czytnika a środkiem<br />
strefy w której znajduje się populacja transponderów. Definicja osi "z" jw.<br />
– Odległość pozioma (wzdłuż osi "x"), definiowana jako maksymalna odległość w poprzek<br />
strefy, w której znajduje się badana populacja transponderów. Oś "x" jest definiowana<br />
jako wektor w płaszczyźnie poziomej, prostopadły do osi "z" i równoległy do<br />
powierzchni ziemi.<br />
– Odległość pionowa (wzdłuż osi "y"), definiowana jako maksymalna odległość na wskroś<br />
strefy, w której znajduje się badana populacja transponderów. Oś "y" jest definiowana<br />
jako wektor w płaszczyźnie pionowej, prostopadły do osi "z" i prostopadły do<br />
płaszczyzny ziemi.<br />
Rys. 5-1: Strefy komunikacji – widok z góry
– str. 171 z 187 –<br />
Rys. 5-2: Strefy komunikacji – widok z boku<br />
Uwaga: Wewnętrzny ciemno-szary obszar reprezentuje zmierzoną strefę skutecznej komunikacji,<br />
w której są obliczane wymagane parametry. Obszar zewnętrzny reprezentuje przestrzeń,<br />
w której populacja transponderów może się przemieszczać.<br />
5.3 Metody badania<br />
Dla potrzeb badań zasięgu populacja transponderów może być uszeregowana wzdłuż linii, na<br />
płaszczyźnie lub przestrzennie.<br />
5.3.1 Zasięg identyfikacji – pojedynczy transponder<br />
Celem badania jest określenie zasięgu identyfikacji systemu <strong>RFID</strong> (transpondera i czytnika).<br />
Parametry zasięgu powinny określać cztery, obliczone w wyniku pomiarów, wartości<br />
reprezentujące geometryczną rozpiętość (objętość) strefy identyfikacji, wyznaczoną z użyciem<br />
pojedynczego transpondera. Wielkościami zmierzonymi powinny być:<br />
− rozpiętość R(x);<br />
− rozpiętość R(y);<br />
− R(z) min;<br />
− R(z) max.<br />
Badanie należy wykonać używając co najmniej 10 próbek transpondera.<br />
Rozdzielczość testowania nie powinna być większa niż 10 cm.<br />
5.3.2 Zasięg identyfikacji – wiele transponderów<br />
W przypadku tego testu populacja transponderów ustawionych odpowiednio: wzdłuż linii, lub<br />
rozłożona na płaszczyźnie, lub rozmieszczona przestrzennie, powinna być przemieszczana<br />
względem anteny czytnika.<br />
Należy wyznaczyć granice, w których liczba poprawnych identyfikacji spełnia wymagania.<br />
5.3.3 Szybkość identyfikacji<br />
Celem badania jest określenie szybkości identyfikacji systemu <strong>RFID</strong> (czytnika i transponderów).<br />
Ten parametr zależy od właściwości stosowanego protokółu antykolizyjnego. Wynikiem badania<br />
powinna być liczba transponderów na sekundę.
5.3.4 Zasięg odczytu i zasięg zapisu<br />
– str. 172 z 187 –<br />
Do określenia zasięgu odczytu i zasięgu zapisu stosuje się analogiczne metody jak<br />
w przypadku badania zasięgu identyfikacji. Szczegółowo zalecane metody opisano<br />
w omawianym dokumencie.<br />
Wykaz akronimów użytych w rozdz. 5<br />
AIDC –Automatic Identification and Data Capture<br />
CRC – Cyclic Redundancy Check<br />
ECMA – European Computer Manufacturers Association<br />
HF – High Frequency (3-30 MHz)<br />
IEC – International Electrotechnical Commission<br />
ISO – International Organization for Standarization<br />
LF – Low Frequency (30-300 kHz)<br />
NFC – Near Field Communication<br />
Q – Quality<br />
RF – Radio Frequency<br />
<strong>RFID</strong> – Radio Frequency Identification<br />
TR – Technical Report<br />
UHF – Ultra High Frequency (300-3000 MHz)<br />
WLAN – Wireless Local Area Network<br />
Spis literatury do rozdz. 5<br />
[1] ISO/IEC TR 18046:2005. Information technology – Automatic identification and data<br />
capture techniques – Radio frequency identification device performance test methods.<br />
[2] European Commission. Joint Research Centre. Technical Guidelines for Council<br />
Regulation No. 21/2004 of 17/12/2003. Ver. 1.0. 10.07.2006.Part 2: Electronic<br />
Identifier and Reader Specifications Tests procedures, acceptance criteria, and<br />
codification of identifiers.
6 Projekt czytnika <strong>RFID</strong><br />
– str. 173 z 187 –<br />
6.1 Cel i założenia projektu<br />
Celem projektu jest skonstruowanie uniwersalnego czytnika przeznaczonego do testowania<br />
transponderów LF, w szczególności przeznaczonych do identyfikacji zwierząt, działających<br />
w systemie zgodnym z normami ISO 11785 <strong>oraz</strong> ISO 11784, który opisano w rozdz. 2.3<br />
niniejszego opracowania.<br />
Zadania podjęto się ze względu na to, że dostępne na rynku układy czytników,<br />
zoptymalizowane do obsługi typowych zastosowań, prezentują jedynie odczytany kod<br />
identyfikacyjny transpondera, ale nie umożliwiają odczytywania wszystkich bitów, które<br />
powinny składać się na telegramy identyfikacyjne transponderów FDX (rys. 2-16) i HDX<br />
(rys. 2-19).<br />
Przyjęto, że zbudowany czytnik będzie urządzeniem stacjonarnym obsługującym interfejs<br />
radiowy transponderów typu FDX <strong>oraz</strong> typu HDX zgodnie z zasadami zdefiniowanymi<br />
w normie ISO 11785, opisanymi w p. 2.3.2.<br />
Ponieważ czytnik ma stanowić wyposażenie laboratorium <strong>RFID</strong> założono, że do prezentacji<br />
na ekranie i archiwizowania wyników analizy odbieranych telegramów należy zastosować<br />
komputer (PC) z zainstalowaną na nim aplikacją stworzoną w środowisku LabView.<br />
6.1.1 Część nadawcza<br />
Częstotliwość pola aktywującego: (134,2 ±13,42 × 10 -3 ) kHz.<br />
Nominalnie okres aktywacji powinien wynosić 50 ms.<br />
Jeżeli w okresie aktywacji zostanie wykryty sygnał transpondera FDX, lecz telegram nie<br />
zostanie pomyślnie odebrany, to okres aktywacji powinien być wydłużony do czasu<br />
pomyślnej identyfikacji telegramu transpondera, ale nie dłużej niż do 100 ms.<br />
Następnie powinna nastąpić przerwa w emisji pola przeznaczona na detekcję obecności<br />
transponderów HDX (rys. 2-17).<br />
Jeżeli w czasie 3 ms od momentu spadku natężenia pola o 3 dB czytnik nie wykrył sygnału<br />
transpondera HDX, to wytwarzanie pola aktywującego powinno być wznowione.<br />
Jeżeli w czasie 3 ms od momentu spadku natężenia pola o 3 dB czytnik wykrył sygnał<br />
transpondera HDX, przerwa w wytwarzaniu pola aktywującego powinna trwać 20 ms.<br />
Transponder systemu HDX powinien wykorzystać 3 ms przerwę w emisji pola aktywującego<br />
(rys. 2-17) do rozpoczęcia transmisji swojego telegramu. Sygnał transpondera powinien być<br />
wykryty w czasie między 1 ms a 2 ms od momentu spadku natężenia pola o 3 dB. Jeżeli<br />
w tym przedziale sygnał transpondera HDX się nie pojawi, to czytnik powinien wznowić<br />
wytwarzanie pola aktywującego.<br />
Dla potrzeb synchronizacji każdy co dziesiąty cykl powinien składać się z 50 ms okresu<br />
aktywacji i 20 ms przerwy.<br />
6.1.2 Część odbiorcza<br />
W systemie FDX transponder znajdujący się w polu aktywującym wysyła telegram z kodem<br />
identyfikacji. Strumień bitów kodowany z użyciem kodu bifazowego różnicowego (DBP)<br />
moduluje amplitudę pola aktywującego.
– str. 174 z 187 –<br />
Długość jednego bitu jest równa 32 okresom częstotliwości pola aktywującego (134,2 kHz),<br />
tzn. szybkość transmisji wynosi 4 193,75 bit/s.<br />
Na rys. 6-1 przedstawiono dane kodowane zgodnie ze zdefiniowaną w normie ISO 11785<br />
regułą DBP (u góry) i zmodulowany amplitudowo przebieg nośnej (u dołu).<br />
Rys. 6-1: Kodowanie danych i modulacja transmisji transpondera w systemie FDX<br />
Strukturę telegramu identyfikacyjnego transpondera FDX przedstawiono na rys. 2-16.<br />
Telegram powinien składać się z:<br />
• 11 bitów nagłówka (000 0000 0001),<br />
• 64 bitów kodu identyfikacyjnego, podzielonych na osiem bloków po osiem bitów,<br />
• 16 bitów kodu detekcji błędu (CRC), w dwóch blokach po osiem bitów,<br />
• 24 bitów etykiety końca telegramu (trailer), w trzech blokach po osiem bitów.<br />
Do każdego ośmiobitowego bloku dodawany jest bit o wartości "1", aby wykluczyć<br />
możliwość pojawienia się w następnych częściach telegramu kombinacji identycznej<br />
z nagłówkiem.<br />
Kod identyfikacji jest przesyłany zaczynając od najmniej znaczącego bitu (LSB) a kończąc na<br />
najbardziej znaczącym bicie (MSB).<br />
Transponder HDX do przesyłania danych wykorzystuje kodowanie NRZ i dwuwartościową<br />
modulację częstotliwości (FSK), używając częstotliwości 124,2 ±2 kHz do nadawania<br />
binarnej "1", a częstotliwości 134,2 ±1,5 kHz do nadawania binarnego "0". Długość jednego<br />
bitu jest równa 16 okresom wytwarzanej częstotliwości (rys. 2-18).<br />
Strukturę telegramu identyfikacyjnego transpondera HDX przedstawiono na rys. 2-19.<br />
Telegram powinien składać się z:<br />
• 8 bitów nagłówka (0111 1110) pełniącego funkcję ciągu synchronizującego,<br />
• 64 bitów kodu identyfikacyjnego,<br />
• 16 bitów kodu detekcji błędu (CRC),<br />
• 24 bitów etykiety końca telegramu (trailer).<br />
Kod identyfikacji jest przesyłany zaczynając od najmniej znaczącego bitu (LSB) a kończąc na<br />
najbardziej znaczącym bicie (MSB).<br />
W obu wersjach systemu transmisja 64 bitów kodu identyfikacyjnego transpondera jest<br />
zabezpieczona z użyciem 16 bitów kodu detekcji błędu, które są obliczane z wykorzystaniem<br />
wielomianu: P(x) = x 16 + x 12 + x 5 + 1.
– str. 175 z 187 –<br />
Zdefiniowane w normie ISO 11784 znaczenie 64 bitów kodu identyfikacyjnego opisano<br />
wcześniej w tab. 2-11 i tab. 2-12. Bit nr 16 wskazuje na obecność lub brak bloku danych<br />
oznaczanego w dokumencie ISO 11785 jako etykieta końca telegramu (trailer).<br />
6.2 Opis projektu<br />
Jako podstawę konstrukcji części nadawczo-odbiorczej projektowanego czytnika wybrano<br />
dwa układy scalone:<br />
• U2270B firmy Atmel,<br />
• RI-RFM-006 firmy Texas Instruments.<br />
Układ U2270B jest przeznaczony do współpracy z transponderami wykorzystującymi<br />
modulację ASK. Zastosowany w odpowiednim układzie może realizować komunikację<br />
z transponderami typu FDX w trybie zdefiniowanym w normie ISO 11785.<br />
Natomiast układ RI-RFM-006 jest przeznaczony do współpracy z transponderami<br />
wykorzystującymi modulację FSK, w trybie zdefiniowanym w normie ISO 11785 dla<br />
transponderów typu HDX.<br />
Do sterowania tymi układami zastosowano mikrokontroler ATmega88 firmy Atmel.<br />
6.2.1 Układ U2270B<br />
Układ scalony U2270B firmy Atmel, którego schemat blokowy przedstawiono na rys. 6-2 [4],<br />
zawiera układy nadawczo-odbiorcze zaprojektowane do współpracy z transponderami<br />
pracującymi w zakresie częstotliwości 100 ÷ 150 kHz wykorzystującymi modulację ASK.<br />
W części nadawczej ma generator przebiegu o częstotliwości aktywującej wraz ze<br />
wzmacniaczami mocy przeznaczonymi do sterowania anteny wytwarzającej pole<br />
magnetyczne.<br />
Część odbiorcza układu składa się z filtru dolnoprzepustowego, wzmacniacza różnicowego<br />
i przerzutnika Schmitta, i służy do przetwarzania analogowego sygnału w paśmie<br />
podstawowym na sygnał cyfrowy, który można poddać obróbce za pomocą mikrokontrolera.<br />
Aby odbierać modulowany amplitudowo sygnał z transpondera wejścia układu powinno być<br />
sterowane z zewnętrznego demodulatora amplitudy.<br />
6.2.1.1 Opis wyprowadzeń układu<br />
GND – masa części odbiorczej i sterowania<br />
Output – wyjście odbiornika (danych)<br />
OE – włączenie wyjścia danych (stan 0)<br />
Input – wejście odbiornika<br />
MS – wybór trybu pracy wzmacniaczy sterujących anteną wspólny / różnicowy<br />
CFE – uaktywnienie generatora fali nośnej<br />
DGND – masa wzmacniaczy sterujących prądem anteny<br />
COIL2 – wyjście nr 2 do sterowania prądem anteny<br />
COIL1 – wyjście nr 1 do sterowania prądem anteny<br />
VEXT – napięcie zasilające układ<br />
DVS – napięcie zasilające wzmacniacze nadajnika<br />
VBATT – napięcie baterii<br />
Standby – wejście przełączenia w tryb standby<br />
VS – wewnętrzne napięcie zasilania<br />
Rf<br />
– przyłączenie zewnętrznego rezystora dostrajania częstotliwości<br />
HIPASS – przyłączenie zewnętrznego kondensatora filtru
– str. 176 z 187 –<br />
6.2.1.2 Generator<br />
Częstotliwość generatora sygnału aktywującego jest zależna od prądu wpływającego do<br />
wejścia RF układu i może być zmieniana w wyniku dobrania rezystancji zewnętrznej, rys. 6-3.<br />
Wartość rezystancji Rf wymaganą do wytwarzania częstotliwości f0 określa zależność:<br />
Rf = 14375 / f0 [kHz] – 5 kΩ.<br />
6.2.1.3 Sterowanie prądem anteny<br />
Układ jest wyposażony w dwa wzmacniacze przeznaczone do sterowania anteny nadawczej<br />
czytnika (wyjścia COIL1 i COIL2 na rys. 6-2), które mogą pracować w dwóch trybach:<br />
– wspólnym, gdy ich sygnały wyjściowe są w fazie,<br />
– różnicowym, gdy sygnały wyjściowe są w fazach przeciwnych.<br />
6.2.1.4 Filtr wejściowy<br />
Na wejściu układu odbiorczego znajduje się filtr dolnoprzepustowy Butterwortha czwartego<br />
rzędu, zastosowany ze względu na potrzebę usunięcia z sygnału otrzymywanego<br />
z demodulatora amplitudowego pozostałości nośnej i jej harmonicznych. Częstotliwość<br />
odcięcia filtru jest związana z częstotliwością oscylatora i wynosi fosc/18.<br />
6.2.1.5 Wzmacniacz<br />
Z filtru sygnał jest doprowadzony do wzmacniacza o wzmocnieniu 30 V/V i częstotliwość<br />
odcięcia określonej wzorem: fodc = 1 / (2π×CHP×2,5 kΩ), gdzie CHP jest wartością pojemności<br />
dołączonej do wejścia HIPASS.<br />
6.2.1.6 Przerzutnik Schmitta<br />
Zadaniem tego układu jest dostosowanie poziomów sygnału do wymagań stawianych<br />
sygnałom wejściowym mikrokontrolera.<br />
Rys. 6-2: Schemat blokowy układu U2270B
6.2.1.7 Zalecany układ pracy<br />
– str. 177 z 187 –<br />
Rys. 6-3: Schemat zastępczy obwodu dostrajania generatora<br />
Zalecany schemat połączeń układu U2270B przedstawiono na rys. 6-4 [4]. Do wyjść<br />
sterowania anteną COIL1 i COIL2 jest dołączony szeregowy antenowy obwód rezonansowy,<br />
a do wejścia układu diodowy detektor szczytowy pełniący funkcję demodulatora amplitudy.<br />
6.2.2 Układ RI-RFM-006<br />
Rys. 6-4: Zalecany schemat aplikacyjny układu U2270B [4]<br />
Układ scalony RI-RFM-006 firmy Texas Instruments, którego uproszczony schemat blokowy<br />
i rozmieszczenie wyprowadzeń przedstawiono na rys. 6-5 [5], zawiera układy nadawczoodbiorcze<br />
zaprojektowane do współpracy z transponderami pracującymi z częstotliwością<br />
aktywacji 134,2 kHz z modulacją FSK. W części nadawczej ma generator przebiegu<br />
o częstotliwości aktywującej <strong>oraz</strong> dwa tranzystory MOSFET, które można wykorzystać do<br />
sterowania prądem w obwodzie antenowym. Układ w części odbiorczej składa się z kaskady<br />
trzech wzmacniaczy i cyfrowego demodulatora FSK.
6.2.2.1 Opis wyprowadzeń układu<br />
– str. 178 z 187 –<br />
Rys. 6-5: Schemat blokowy układu RI-RFM-006 [5]<br />
A3OP – wyjście trzeciego wzmacniacza CMOS, wejście demodulatora FSK<br />
A3IN – wejście trzeciego wzmacniacza CMOS<br />
A2OP – wyjście drugiego wzmacniacza CMOS<br />
A2IN – wejście drugiego wzmacniacza CMOS<br />
A1OP – wyjście pierwszego wzmacniacza CMOS<br />
A1IN – wejście pierwszego wzmacniacza CMOS<br />
TXLO – wyjście sterujące N-MOSFET generatora<br />
TXHI – wyjście sterujące P-MOSFET generatora<br />
OSCI – wejście oscylatora<br />
OSCO – wyjście oscylatora<br />
GND – masa<br />
VCC – napięcie zasilania<br />
TPC – wejście sygnału przełączającego poziom: wysoki (1) lub niski (0)<br />
TXCT- – wejście sygnału przełączającego tryb pracy: nadajnik (0) lub odbiornik (1)<br />
RXDT- – wyjście zanegowanych danych<br />
RXCK – sygnał zegarowy zsynchronizowany z wyjściem danych<br />
6.2.2.2 Opis działania układu<br />
Układ RI-RFM-006 pracuje w jednym z dwóch trybów nadawczym lub odbiorczym. Wybór<br />
trybu następuje wskutek przełączania poziomu sygnału na wejściu TXCT-. W trybie<br />
nadawczym częstotliwość 17,1776 MHz przebiegu generowanego w układzie przez oscylator<br />
stabilizowany rezonatorem kwarcowym jest dzielona przez 128, a wzmocniony sygnał<br />
o częstotliwości 134,2 kHz jest dostępny na wyjściach TXLO i TXHO.<br />
W trybie odbiorczym następuje aktywacja cyfrowego demodulatora FSK, który może<br />
demodulować sygnały wysyłane przez transponder. Działanie cyfrowego demodulatora FSK<br />
polega na zliczaniu impulsów przebiegu zegarowego w przedziałach czasu wyznaczonych<br />
przez kolejne narastające zbocza wzmocnionego sygnału wejściowego. Wartością progową<br />
liczby impulsów jest 132. Jeżeli w wyznaczonym czasie demodulator zliczył mniej niż 132<br />
impulsy, to decyduje, że sygnałem wejściowym jest "1". W innym przypadku decyduje, że<br />
sygnałem wejściowym jest "0". Jeżeli w czterech kolejnych przedziałach czasu układ
– str. 179 z 187 –<br />
uzyskuje taki sam wynik (odpowiednio "1" lub "0"), to sygnalizuje ważność danych na<br />
wyjściu RXCK.<br />
6.2.2.3 Zalecany układ pracy<br />
Zalecany schemat połączeń układu RI-RFM-006 przedstawiono na rys. 6-6 [5].<br />
Rys. 6-6: Przykładowy schemat czytnika z użyciem układu RI-RFM-006 [5]<br />
6.2.3 Mikrokontroler ATmega88<br />
Układ ATmega88, którego schemat wyprowadzeń przedstawiono na rys. 6-7 [6], jest<br />
8-bitowym mikrokontrolerem o architekturze typu RISC oznaczającym się następującymi<br />
cechami:<br />
• maksymalna częstotliwość zegara 20 MHz,<br />
• 1 KB pamięci RAM, 512 bajtów pamięci EEPROM <strong>oraz</strong> 8 kbajtów pamięci programu<br />
typu FLASH programowalnej w układzie,<br />
• dwa liczniki 8-bitowe i jeden 16-bitowy z opcjonalnymi ustawianymi preskalerami<br />
częstotliwości,<br />
• moduł USART umożliwiający asynchroniczną lub synchroniczną transmisję szeregową,<br />
• obsługa 25 przerwań zewnętrznych z wyborem sposobu wyzwalania,<br />
• 23 programowalne linie wejścia / wyjścia.
– str. 180 z 187 –<br />
Rys. 6-7: Wyprowadzenia mikrokontrolera ATmega88 [6]<br />
6.3 Opis zaprojektowanego układu<br />
Czytnik, który według założeń ma obsługiwać dwa rodzaje transponderów pracujących<br />
w trybach FDX i HDX, zgodnie z normami ISO 11785 i ISO 11784 zaprojektowano<br />
wykorzystując opisane układy U2270B i RI-RFM-006 przy użyciu rozwiązań zalecanych na<br />
schematach umieszczonych w ich katalogowych notach aplikacyjnych (rys. 6-4 i rys. 6-6).<br />
Przy czym układ RI-RFM-006 zastosowano jako część nadawczą dla czytnika obu typów<br />
transponderów i jako odbiorczą dla czytnika transponderów typu HDX, natomiast w układzie<br />
U2270B wykorzystano tylko jego część odbiorczą jako odbiorczą dla czytnika transponderów<br />
typu FDX. Do sterowania tymi układami i przetwarzania sygnałów cyfrowych użyto<br />
mikrokontroler ATmega88.<br />
Schemat ideowy kompletnego układu czytnika przedstawiono na rys. 6-8.<br />
W związku z tym, że układ U2270B spełnia tylko funkcję odbiornika, jego wejście<br />
demodulatora amplitudowego jest przyłączone między cewką a kondensatorem obwodu<br />
rezonansowego układu ze schematu aplikacyjnego z rys. 6-6. Wartości pojemności<br />
oznaczonych na rys. 6-4 jako CIN i CHP, wynoszą odpowiednio 680 pF i 100 nF. Wartości<br />
elementów dołączonych do układu RI-RFM-006 są zgodne z zalecanymi na rys. 6-6, poza<br />
indukcyjnością cewki, która wynosi 46,88 µH.<br />
Wyjście części odbiorczej U2270 jest dołączone do wejścia PD2 mikrokontrolera. Wyjście<br />
danych RXDT układu RI-RFM-006 jest dołączone do wejścia PD4, wyjście zegarowe RXCK<br />
do wejścia PD3, a wejście sygnału przełączającego tryb pracy TXCT do wyjścia PC1.
– str. 181 z 187 –<br />
Wyjście PD1 układu USART obsługujące transmisję szeregową jest dołączone do układu<br />
MAX202 [7], który dokonuje konwersji poziomów napięcia z używanych przez ATmega88<br />
na standardowe interfejsu szeregowego RS232.<br />
Algorytm sterujący pracą opisanych układów przedstawiono na rys. 6-9 i rys. 6-10.<br />
W pierwszej fazie odbywa się konfiguracja portów wejścia / wyjścia, timerów i przerwań.<br />
Następnie wskutek ustawienia poziomu niskiego na wyjściu PC1 zostaje uruchomiony<br />
nadajnik przebiegu 134,2 kHz. W tej fazie możliwy jest odbiór sygnału z transpondera typu<br />
FDX. Mikrokontroler czeka na pojawienie się stabilnego stanu na wejściu PD2, a gdy to<br />
nastąpi odmierza czas między zboczami sygnału wejściowego (oznaczone jako T) i na ich<br />
podstawie podejmuje decyzję o wartości odebranego bitu. Po upływie 50 ms timer zgłasza<br />
przerwanie i następuje przejście do obsługi transponderów typu HDX. Na wyjściu PC1<br />
ustawiany jest poziom wysoki i układ RI-RFM-006 zaczyna funkcjonować jako odbiornik<br />
czekający na odpowiedź od transpondera typu HDX. Gdy układ odbierze bit danych<br />
sygnalizuje to ustalając wysoki poziom na wyjściu RXCK, co oznacza, że mikrokontroler<br />
powinien odczytać stan sygnału RXDT na wejściu PD4. Po upływie 20 ms timer zgłasza<br />
przerwanie i następuje przejście do fazy obsługi transponderów typu FDX. Dane odebrane<br />
z transponderów są transmitowane szeregowo do komputera PC po pojawieniu się sygnału<br />
niskiego na wejściu PC2. Odbiór przesyłanych danych i ich późniejsza wizualizacja są<br />
realizowane za pomocą aplikacji stworzonej w środowisku LabView.
– str. 182 z 187 –<br />
Rys. 6-8: Schemat ideowy zaprojektowanego czytnika
Odebrany<br />
bit "1"<br />
– str. 183 z 187 –<br />
Konfiguracja portów, timerów,<br />
USART, przerwań<br />
Włączyć timer, ustawić przerwanie od<br />
timera na 50 ms, PC1 = 0<br />
TAK<br />
Odczyt PD2<br />
r10 = PD2<br />
Czekaj 8 µs<br />
Odczyt PD2<br />
r23 = PD2<br />
r23 = r10 ?<br />
Pomiar T, czekaj na<br />
zmianę stanu PD2<br />
TAK NIE<br />
T > 149 µs ?<br />
r10 = r23<br />
NIE<br />
Odebrany<br />
bit "0"<br />
Czekaj na<br />
zmianę stanu<br />
PD2<br />
Rys. 6-9: Uproszczony algorytm odbioru sygnału z transpondera typu FDX
– str. 184 z 187 –<br />
Konfiguracja<br />
timerów,<br />
przerwań<br />
PC1 = 0,<br />
ustawić przerwanie<br />
od timera na 20 ms<br />
Czekaj na<br />
narastające<br />
zbocze RXCK<br />
Odczyt bitu<br />
z PD4<br />
Rys. 6-10: Uproszczony algorytm odbioru sygnału z transpondera typu HDX
Wykaz akronimów użytych w rozdz. 6<br />
– str. 185 z 187 –<br />
ASK – Amplitude Shift Keying<br />
CRC – Cyclic Redundancy Check<br />
DBP – Differential Bi-Phase Encoding<br />
FDX – Full Duplex<br />
FSK – Frequency Shift Keying<br />
HDX – Half Duplex<br />
ISO – International Organization for Standarization<br />
LF – Low Frequency<br />
LSB – Least Significant Bit<br />
MSB – Most Significant Bit<br />
NRZ – Non-Return To Zero (encoding)<br />
PC – Personal Computer<br />
<strong>RFID</strong> – Radio-Frequency Identification<br />
Spis literatury do rozdz. 6<br />
[1] ISO 11785:1996. Radio frequency identification of animals; Technical concept.<br />
[2] ISO 11784:1996. Radio frequency identification of animals; Code structure.<br />
[3] ISO 11784: Amd.1:2004. Radio frequency identification of animals; Code structure;<br />
Amendment 1.<br />
[4] Dane katalogowe układu U2270B. [www.atmel.com]<br />
[5] Dane katalogowe układu RI-RFM-006. [www.ti.com]<br />
[6] Dane katalogowe mikrokontrolera ATmega88. [www.atmel.com]<br />
[7] Dane katalogowe układu MAX202. [www.maxim-ic.com]
7. Wykorzystanie wyników pracy<br />
– str. 186 z 187 –<br />
Przygotowane opracowanie może służyć jako podręcznik prezentujący podstawy<br />
współczesnych <strong>technik</strong> <strong>RFID</strong> i wprowadzenie do pogłębionych studiów zagadnień <strong>RFID</strong> na<br />
specjalistycznych szkoleniach.<br />
Wiedza nabyta przez zespół wykonawców w wyniku analizy zgromadzonych dokumentów<br />
źródłowych, której syntetycznym obrazem jest niniejsze opracowanie, stanowi pierwszy,<br />
konieczny krok do stworzenia krajowego ośrodka mającego wiedzę i środki techniczne do<br />
badań i ekspertyz systemów <strong>RFID</strong> w różnych zakresach częstotliwości.<br />
Spełniając funkcje takiego typu centrum <strong>Instytut</strong> <strong>Łączności</strong> może wspierać administrację<br />
państwową odnośnie regulacji dotyczących tego rodzaju urządzeń radiowych, w tym<br />
w zakresie wypełnienia obowiązku ustanowienia systemu identyfikacji i rejestrowania owiec<br />
i kóz, nałożonego na kraje UE decyzją Komisji Europejskiej z dnia 15 grudnia 2006 r.<br />
W odpowiednich częściach rozdz. 2, 3 i 4 na podstawie norm międzynarodowych opisano<br />
wyposażenie stanowisk przeznaczonych do badania parametrów interfejsu radiowego<br />
czytników i transponderów. Materiały te zostaną wykorzystane do opracowania procedur<br />
badań laboratoryjnych identyfikatorów i czytników. Przewiduje się wystąpienie do Polskiego<br />
Centrum Akredytacji o akredytację tych procedur w czasie następnego, corocznego auditu<br />
laboratoriów badawczych <strong>Instytut</strong>u <strong>Łączności</strong>, odbywającego się zwykle w czerwcu lub lipcu.<br />
Biorąc pod uwagę opisy metod badania zawarte w analizowanych dokumentach<br />
normalizacyjnych dla potrzeb badań urządzeń <strong>RFID</strong> konieczne będzie wykorzystanie<br />
następujących przyrządów pomiarowych spośród użytkowanych przez Laboratorium Badań<br />
Radiokomunikacyjnych:<br />
• Generator sygnałowy E8267D z opcją generatora funkcji N6030, prod. Agilent,<br />
IŁ 801.3072<br />
• Generator sygnałowy SMIQ, prod. Rohde & Schwarz, IŁ 801.301671<br />
• Generator funkcji DS340, prod. Stanford Research, IŁ 801–30166<br />
• <strong>Analiza</strong>tor widma FSU prod. Rohde & Schwarz, IŁ 801.4732<br />
• Oscyloskop cyfrowy TDS 220, prod. Tektronix, IŁ 801.340725<br />
Uwaga. Parametry tego oscyloskopu można uznać za wystarczające do badań urządzeń<br />
w pasmach LF i HF. Nie spełnia odnoszących do oscyloskopu wymagań normy<br />
ISO/IEC TR 18047-6 cytowanych w p. 4.3.3.1. Jako niezbędne wyposażenie<br />
laboratorium należy pozyskać oscyloskop o szerokości pasma 1 GHz i szybkości<br />
próbkowania 5 Gpróbek/s.<br />
Zatem zakres częstotliwości systemów <strong>RFID</strong> objęty procedurami, które będą przedstawione<br />
do akredytacji jest uzależniony od możliwości uzyskania cyfrowego oscyloskopu<br />
o odpowiedniej szybkości próbkowania sygnału badanego.<br />
Wiedzę zgromadzoną podczas przygotowywania pracy statutowej wykorzystano<br />
przygotowując fragment wniosku złożonego w kwietniu br. w ramach 7 PR we współpracy<br />
m.in. z firmą Innowacja Polska Sp. z o.o., dotyczącego wykorzystania <strong>technik</strong> <strong>RFID</strong><br />
w inteligentnym transporcie drogowym (ITS). Wniosek został wysoko oceniony, ale niestety<br />
znalazł się poza grupą projektów zakwalifikowanych do finansowania.<br />
Wyniki pracy będą wykorzystane w ramach cyklu certyfikowanych szkoleń pt. "Techniczne<br />
aspekty wdrażania systemów identyfikacji elektronicznej" organizowanych w 2009 r. przez
– str. 187 z 187 –<br />
Krajowa Izbę Gospodarczą Elektroniki i Telekomunikacji przy współudziale <strong>Instytut</strong>u<br />
<strong>Łączności</strong> – PIB, w których znajdą się m.in. następujące bloki tematyczne:<br />
– Standardy <strong>RFID</strong>;<br />
– Możliwości systemów identyfikacji elektronicznej;<br />
– Budowa identyfikatorów;<br />
– Budowa czytników;<br />
– Standardy kodowania informacji, kompatybilność;<br />
przygotowywane na podstawie materiałów zgromadzonych dla potrzeb niniejszej pracy<br />
statutowej.<br />
W planie pracy zakładano również projekt i wykonanie wzorcowego czytnika laboratoryjnego<br />
i oprogramowanie go do testowania transponderów zgodnie z normami ISO 11784<br />
i ISO 11785. Zadanie to wpisano do planu zakładając, że zespół wykonawców będzie składał<br />
się z 5 osób, z łącznym zaangażowaniem na 1,45 etatu, w tym planowano zatrudnienie<br />
drugiego młodego inżyniera lub studenta Poli<strong>technik</strong>i. Ze względu na to, że nie udało się<br />
znaleźć osoby zainteresowanej pracą w Instytucie <strong>Łączności</strong>, projekt czytnika prowadziła<br />
tylko jedna osoba i jego wykonanie nie zostało skończone.<br />
________________________________ KONIEC ________________________________