(完整版)射频识别(RFID)原理与应用(第2版)课后双数题答案

第1章RFID概论1.2简述RFID的基本原理答：1.4简述RFID系统的电感耦合方式和反向散射耦合方式的原理和特点。答：原理：①电感耦合:应用的是变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律。②反向散射耦合:应用的是雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律特点：①通过电感耦合方式一般适合于中，低频工作的近距离射频识别系统，典型的工作频率有125khz,225khz和13.56mhz。识别作用距离小于1m,典型作用距离为10~20cm。②反向射散耦合方式一般适合于高频，微波工作的远距离射频识别系统，典型的工作频率有433mhz,915mhz,2.45ghz，5.5ghz,识别作用距离大于1m,典型作用的距离为3~10m。1.6什么是1比特应答器?它有什么应用?有哪些实现方法?答：①1比特应答器是字节为1比特的应答器。②应用于电子防盗系统。③射频标签利用二极管的非线性特性产生载波的谐波。1.8RRFTD系统中阅读器应具有哪些功能?答：①以射频方式向应答器传输能量。②以应答器中读出数据或向应答器写入数据。③完成对读取数据的信息处理并实现应用操作。④若有需要，应能和高层处理交互信息。1.10RFID标签和条形码各有什么特点?它们有何不同?答：特点：RFID标签：①RFID可以识别单个非常具体的物体。②RFID可以同时对多个物体进行识读。③RFID采用无线射频，可以透过外部材料读取数据。④RFID的应答器可存储的信息量大，并可以多次改写。⑤易于构成网络应用环境。条形码：①条形码易于制作，对印刷设备和材料无特殊要求，条形码成本低廉、价格便宜。②条形码用激光读取信息，数据输入速度快，识别可靠准确。③识别设备结构简单、操作容易、无须专门训练。不同点：技术信息载体信息量读/写性读取方式保密性智能化寿命成本条形码纸、塑料薄膜金属表面大只读CCD或激光束差无较短最低RFIDEEPROM等小读/写无线通信好有最长较高条形码是“可视技术”，识读设备只能接收视野范围内的条形码；而RFID不要求看见目标，RFID标签只要在阅读器的作用范围内就可以被读取。1.12参阅有关资料，对RFID防伪或食品安全追溯应用进行阐述。答：随着科技的进步及高新技术在标签印刷制作领域的应用，一种全新、多功能、有良好防伪效果的RFID标签已开始在酒、食品、药品、票证等许多领域应用，它将为标签印制带来新的生机和活力。RFID标签主要有如下特点。一、RFID标签的功能1.产品的追溯功能2.数据的读写功能3.小型化和多样化的形状4.耐环境性5.可重复使用6.穿透性7.数据的记忆容量大二、RFID标签的应用及防伪特点应用1：2009年五粮液集团投入2亿元的巨资购买RFID系统，以满足五粮液高端产品对安全防伪和产品追溯管理等功能的需求，构建一个完整的RFID整体解决平台。应用2：RFID在食品（如农产品）包装防伪和追溯安全方面也有很大的用处。如：欧盟及美国、日本等发达国家和地区，都要求对出口到当地的食品必须能够进行跟踪和追溯。防伪特点：集多项专利技术的超高频电子标签，具有全球唯一码、数字签名、防转移、防复制等特性；它采用易碎纸基材的金属天线生产加工工艺，既保证了对标签高读写性能要求，又能满足防转移特性和大规模生产的经济性要求。第2章电感耦合方式的射频前端2.2画出图2.26中P点处的电压波形，并进一步比较图2.26所示电路与图2.28(a)所示电路的不同点。答：图2.26所示电路与图2.28（a）所示电路的不同点：图2.26所示的电路里面加入了滤波电路和跟随电路，而图2.28（a）没有。并且图2.28有二极管，来进行确定导通哪个三极管，但是图2.28（a）没有，这就使得图2.28（a）变成了标准正弦波。2.4画出图2.30中中心点C处的电压波形图和晶体管VT1电流i1和晶体管VT2;电流i2的波形图。答:书上给出了VT1电压VA和晶体管VT2电压VA’的波形图。所以v=ixR。2.6给出E类功率放大器的电路图，并简述各电路元件的作用。答：其中L1、C1构成谐振回路，电容C2进行滤波，L2为晶体管VT1提供一个稳定的集电极电压。2.8在电感耦合方式中，有效工作距离和哪些因素有关?答：其工作距离与工作频率电感耦合方式等因素有关。2.10设计并调试一个满足ISO/IEC1443标准要求的E类功率放大器。答：第3章编码和调制3.2信道带宽为3kHz,波特率可以达到8kbaud吗?若能请给出实现方法?答：能达到，用八相位调制。3.4画出0110010110的密勒码波形。答：3.6装调一个NRZ码和曼彻斯特码的副载波调制电路。答：3.8什么是调制和解调?有哪些调制和解调技术，它们各有什么特点?答：①调制是实现绝对码和相对码之间的相互转换。解调是阅读器正确将PSK调制信号转换为NRZ的关键电路。②有PSK和副载波方式。○③直接相位法和选择相位法，3.10简述在射频识别中载波的作用。答：载波为携带了RFID信息的无线电波，作用是通过无线电波传递信息；对于无源RFID系统来说，载波的作用还可以传递能量，其驱动RFID标签内的芯片工作，并将反馈信息发送给RFID读写器。第4章数据校验和防碰撞算法4.2讨论线性分组码的检纠错能力。答：编码中各个码字间距离的最小值称为最小码距d，最小码距是衡量码组检错和纠错能力的依据，其关系如下：（1）为了检测e个错码，则要求最小码距de+1;（2）为了纠正t个错码，则要求最小码距d2t+1;（3）为了纠正t个错码，同时检测e个错码，则要求最小码距de+t+1,et。4.4简述ALOHA算法和时隙ALOHA算法的基本原理和它们之间的区别。答：纯ALOHA算法在RFID系统中仅用于只读系统。当应答器进入射频能量场被激活以后，它就发送存储在应答器中的数据，且这些数据在一个周期性的循环中不断发送，直至应答器离开射频能量场。时隙ALOHA算法是把时间分为离散的时间段（时隙），每段时间对应一帧，在RFID系统中，所有应答器的同步由阅读器控制，应答器只在规定的同步时隙开始才传送器数据帧，并在该时隙内完成传送。时隙ALOHA算法在纯ALOHA算法的基础上将系统的利用率提高了一倍，信道的吞吐量也达到了纯ALOHA算法的两倍。4.6在题图4.1中，防碰撞协议采用ISO/IEC14443标准中的TYPEA。设阅读器（PCD）射频能量场内有两个应答器PICC#1和PICC#2，其UIDCL，分别为CL1和CL2。请解释图示的防碰撞过程。答：4.8在ISO/IEC4443标准TYPEB中，处于Ready-Declared状态的PICC对哪些命令的接收会使其状态发生转换，转换的下一个状态是什么？答：当接收到ATTRIB,HLTB,REQB/WUPB这3种命令后会发生状态改变。当接收到的是ATTRIB后，进入激活状态；当接收到的是HLTB后，进入终止（等待）状态；当接收的是REQB/WUPB后重新进行AFI匹配。第5章RFID系统数据传输的安全性5.2简述对称密码体制与非对称密码体制的特点和区别。答：特点：对称密码体制：对称加密系统中，加密和解密采用相同的密钥，特点是计算开销小，算法简单，加密速度快。非对称加密体制：也叫公钥加密技术，在公钥加密系统中，加密和解密是相对独立的，加密和解密密钥不相同，加密密钥（公开密钥）向公众公开，谁都可以使用，解密密钥（秘密密钥）只有解谜人自己知道，特点是保密所需的密钥组和数量很小，密钥发布不成问题，公开密钥系统可实现数字签名。区别：对称加密的加密和解密密钥都是一样的，非对称加密的加密和解密密钥是不一样的，它们的算法也是不同的。5.4m序列有何特点?什么是同宗m序列?试设计一个本原多项式f(x)=1+x+x2的m序列产生器，测试其周期值。答：m序列是最长线性移位寄存器序列的简称，是一种伪随机序列、伪噪声(PN)码或伪随机码。均衡特性(平衡性)m序列每一周期中1的个数比0的个数多1个游程特性（游程分布的随机性）M序列中，状态“0”或“1”连续出现的段称为游程。游程中“0”或“1”的个数称为游程长度。m序列的一个周期(p=2^n-1)中，游程总数为2^n-1，“0”、“1”各占一半。移位可加性2个彼此移位等价的相异M序列，按模2相加所得的序列仍为M序列，并与原M序列等价。5.6给出基于素域GF()的特征值不等于2和3的椭圆曲线方程，并简述椭圆曲线密钥的生成方法。答：椭圆曲线定义和关键点曲线方程为：modp(moduloprimenumberp)表示该曲线位于素数阶p的有限域上，那么曲线形状可以近似为下图：在椭圆曲线数学中，有一个称为“无穷远处的点”的点，它大致对应于零的作用。还有一个名为“加法”的+运算符，它具有一些类似于传统实数加法的属性。给定椭圆曲线上的两个点P1和P2，有第三个点P3=P1+P2，P3也位于椭圆曲线上。从几何角度，可以通过在P1和P2之间画线来计算P3。该线将在一个额外的位置与椭圆曲线相交。称此点为P3'=（x，y）。然后在x轴上反射得到P3=（x，-y）如果P1和P2是相同的点，则P1和P2之间的线应该延伸到点P1的切线。切线会和曲线相交。在某些情况下（即，如果P1和P2具有相同的x值但y值不同），则切线将完全垂直，在这种情况下P3=“无穷远处的点”。如果P1是“无穷远处的点”，然后P1+P2=P2。类似地，如果P2是无穷远处的点，那么P1+P2=P1。事实证明，+是相互关联的，这意味着（A+B）+C=A+（B+C）。这意味着我们可以在没有括号的情况下编写A+B+C而且没有歧义现在我们已经定义了加法，我们可以用扩展加法的标准方式定义乘法。对于椭圆曲线上的点P，如果k是整数，则kP=P+P+P+...+P（k次）生成公钥随机生成数字k作为私钥，我们将其乘以曲线上称为生成点G的预定点，在曲线上的其他位置产生另一个点，即相应的公钥K.生成器点G被指定为secp256k1标准的一部分，并且对于所有密钥始终相同5.8说明射频识别中阅读器与应答器的三次认证过程。答：三次认证过程阅读器发送查询口令的命令给应答器，应答器作为应答响应传送所产生的一个随机数RB给阅读器。阅读器产生一个随机数RA，使用共享的密钥K和共同的加密算法EK，算出加密数据块TOKENAB，并将TOKENAB传送给应答器。TOKENAB＝EK(RA,RB)应答器接受到TOKENAB后，进行解密，将取得的随机数与原先发送的随机数RB进行比较，若一致，则阅读器获得了应答器的确认。应答器发送另一个加密数据块TOKENBA给阅读器，TOKENBA为TOKENBA＝EK(RB1,RA)阅读器接收到TOKENBA并对其解密，若收到的随机数与原先发送的随机数RA相同，则完成了阅读器对应答器的认证。5.10为什么要对密钥进行分层管理?何谓主密钥、二级密钥和初级密钥?答：初级密钥用来保护数据，即对数据进行加密和解密；二级密钥是用于加密保护初级密钥的密钥；主密钥则用于保护二级密钥。这种方法对系统的所有秘密的保护转化为对主密钥的保护。主密钥永远不可能脱离和以明码文的形式出现在存储设备之外。第6章RFID的ISOIEC标准6.2RFID标准的作用是什么?它主要涉及哪些内容?答：标准的作用：确保协同工作的进行，规模经济的实现，工作实施的安全性以及其他许多方面RFID标准化的主要目的在于通过制定、发布和实施标准，解决编码、通信、空中接口和数据共享等问题，最大程度的促进RFID技术及相关系统的应用标准采用过早，有可能会制约技术的发展和进步；采用过晚，可能会限制技术的应用范围。RFID标准涉及的主要内容包括：技术（接口和通信技术，如空中接口、防碰撞方法、中间件技术、通信协议）一致性（数据结构、编码格式及内存分配）电池辅助及与传感器的融合应用（如不停车收费系统、身份识别、动物识别、物流、追踪、门禁等）6.4简述ISO/IEC的动物识别标准的特点。答：ISO/IEC11784规定动物识别的代码结构IS