RFID高頻ISO18000-3標準介紹

2011年9月，有關EPC Gen2 的標準就已經出來了，作為ISO15693(ISO1800-3 M1)的升級版，ISO18000-3 M3也在NXP等巨頭的推動下，具備了和ISO1800-3 M2（PJM）的相抗衡的性能，不出所料，PJM只是作為“第二”的位置存在。ISO18000-3 M3協議作為目前新的高頻RFID技術協議，已經在行業保密文件管理、證照管理、印鑒卡管理、合格證管理中大規模應用起來了。

RFID高頻ISO/IEC18000-3 M3協議讀寫器HR3728，遵循ISO/IEC18000-3  EPC Class-1協議，作為比第二代的PJM技術更快的高頻RFID，理論識別速度可達700張/秒，另外對標簽層疊讀取效果好，對于層疊在一起的檔案，印鑒卡，證照，保密文件有良好的識別效果。采用軟件調整輸出功率（0.5-7W），可適應各種應用場合，可廣泛用于檔案管理（每頁檔案都貼標簽），印鑒卡層疊讀取、銀行抵押證件管理、汽車合格證管理、行業保密文件管理、智能文件柜、生物血樣采集卡管理等RFID標簽重疊識別應用領域。

 RFID高頻ISO/IEC18000-3 M3協議讀寫器HR3728

1、 ISO18000-3標準范圍

2、 Conformance

2.1 ClAIming Conformance
2.2 General Conformance Requirements
2.2.1 閱讀器（Interrogators）
2.2.2 標簽（Tags）
2.3 命令結構和擴展
允許四種命令類型：1）強制；2）可選；3）專有命令；4）定制
2.4 保留（RFU）

3、 Normative參考

ISO/IEC 3309
ISO/IEC7816-6
ISO/IEC15693
ISO/IEC15961
ISO/IEC15962
ISO/IEC15963
ISO/IEC18000-1
ISO/IEC18000-3
ISO/IEC18000-6
EPC
ISO/IEC TR18047-3
ISO/IEC19762
ESTI EN 300 330
CFR title 47
EPCglobal Tag Data Standards
EPCglobal FMCG RFID
EPCglobal ILT JRG Protocol Requirements

           RFID電子保密文件HT8427

4、 ISO18000-3標準術語定義

4.1 Cover-coding
4.2 Cover-Coded Text
4.3 全雙工通信/Full-duplex communications
4.4 半雙工通信/Half-duplex communications
4.5 句柄/Handle，16位認證數（Authentication Number）
4.6 負載調制/Load Modulation
4.7 Packet CRC，16位CRC校驗，標簽使用非零的XI動態計算PC/XPC/EPC，清點過程中使用
4.8 Packet PC，協議控制信息，標簽使用非零的XI動態計算，用于清點過程
4.9 Permalock，存儲，其鎖（Lock）狀態時不可改變的
4.10 相位抖動調制（Phase-Jitter-Modulation）
4.11 物理層/Physical layer
4.12 Pivot，R=>T數據符號的平均長度：pivot=(data-0 symbol length+data-1symbol length)/2
4.13 Plaintext，非Cover-編碼的信息
4.14 協議/Protocol，物理層和標簽識別層的規格
4.15 Recommisioning，A significant altering of a Tag’s functionality and/or memory contents, as commanded by an Interrogator, typically in response to a change in the Tag’s usage model or purpose
4.16 槽/Slot，在清點循環中標簽響應的點，槽是標簽草計數器輸出的值，當標簽的槽為零的時候，標簽應答
4.17 StoredCRC，16位CRC代碼，上電后標簽計算StoredPC和EPC，存儲在EPC存儲中，可能在清點過程中通過負載調制提供
4.18 StoredPC，EPC存儲中的協議控制信息，標簽在清點過程中零值XI通過負載調提供
4.19 Tari，閱讀器到標簽信號的數據0參考時間間隔
4.20 字/Word，16位

         RFID電子保密文件盤點天線HA6623

5、 ISO18000-3標準符號/縮略語

ISO/IEC18000-1，ISO/IEC19762

5.1 ISO18000-3標準符號/Symbol

DR - ASK方法：比值
PJM方法：應答通道選擇的Bit 0
Fc – 載頻
M(ASK) – 標簽應答調制類型
Mh – 射頻信號包絡的Ripple（Overshoot）
MI -射頻信號包絡的Ripple（Undershoot）
M(PJM) – 應答通道選擇的Bit1和Bit2
Ms – OFF時射頻信號的水平
Q – 槽技術參數（閱讀器用于調整標簽應答概率的參數）
R – 閱讀器
R=>T – 閱讀器到標簽
RTcal – 閱讀器到標簽的校準符號
T1 – 閱讀器發送到標簽應答的時間
T2 – 標簽應答到閱讀器發送的時間
T3 – 閱讀器等待時間，T1之后，處理另一命令之前的時間
T4 – 最小閱讀器命令的間隔
Tf或者Tf,10-90% - 射頻信號包絡的下降時間
Tpri – Link Pulse-repetition interval (Tpri=1/LF)
Tr或者Tr,10-90% - 射頻信號包絡上升時間
TRext – ASK方法，choose whether the T=R preamble is prefixed with a pilot tone
 PJM方法，應答通道的Bit3
Ts- 射頻信號的建立時間
T=>R – 標簽到閱讀器
TRcal –標簽到閱讀器的校準符號
Xfp – 浮點值
Xxxx2 – 二進制表示
XXXXh – 十六進制表示

         RFID電子保密文件天線HAHA2008

5.2 ISO18000-3標準縮略語

AM – 幅度調制
CRC – 循環冗余校驗，使用兩種CRC算法：CRC-5（5 bit）和CRC16（16 Bit），三個不同的CRC-16邏輯：StoredCRC、PacketCRC和CRC-16c。
CW – 連續波
dBch – dB表示的參考通道功率
DSB – 雙邊帶
DSB-ASK – 雙邊帶幅移鍵控
DR – Divide ratio
EPC – 電子物品代碼
FCC – 聯邦通信委員會
FT – 頻率容差（Tolerance）
LF- Link Frequency (LF= 1/Tpri)
MFM – 修正/改進的頻率調制
N/A
NSI- Numbering System Identifier
PIE-脈沖間隔編碼
PJM – 相位抖晃調制
Ppm – 百萬分之一
PC – 協議控制
RF – 射頻
RFU – 保留
RN16 – 16位隨機數或者偽隨機數
RNG – 隨機數或者偽隨機數發生器
TDM – 時分
TID – 標簽識別，依賴于上下文
UMI – 用戶存儲指示
XI – XPC_W1指示
XPC- 擴展的協議控制
XPC_W1 – XPC字1
XPC_W2 – XPC字2
XEB – XPC擴展位

相關解決方案：RFID電子保密文件管理解決方案(內有視頻演示）

6、需求：物理層，抗沖突管理系統和協議值

6.1 協議概要

6.1.1 物理層
閱讀器通過脈沖間隔編碼（PIE-Pulse-Interval Encoding）雙邊帶幅度調制（DSB-ASK）調制射頻載波向一個或者多個標簽發送送信息。標簽從同一射頻載波獲取能量。
閱讀器通過發送無調制的射頻載波監聽負載調制應答接收標簽的信息。標簽通過射頻載波的幅度和/或相位負載調制傳送信息。
應答編碼方式，根據閱讀器的命令，可以是曼徹斯特編碼、密勒編碼子載波調制或者是FM0基帶（這是什么？）閱讀器和標簽之間的通信為半雙工，就是說標簽在負載調制應答時，無需解調閱讀器的命令，標簽不響應全雙工通信的強制或可選的命令。
閱讀器和標簽可以具有改進頻率調制（MFM-Modified Frequency Modulation）編碼的PJM調制物理層實現閱讀器向標簽的通信（R=>T），MFM編碼，二進制相移鍵控（BPSK）調制的子載波調制實現標簽向閱讀器的通信（T=>R）。
6.1.2 標簽識別層
閱讀器管理標簽使用三個基本操作：
1）選擇/Select；
2）清點/Inventory，這是識別標簽的操作：閱讀器的清點，從發送BeginRound命令開始，一個或多個標簽可能響應；閱讀器檢測單個標簽的響應并且如果得到標簽的packet CRC-16，就請求PC/XPC字，EPC。清點包括多個命令，清點循環每次僅在一個session操作。
3）訪問/Access。操作僅和一個標簽通信。

6.2 General

6.2.1 EPCTMClass-1高頻RFID的互操作性
所有EPCTM Class-1的高頻RFID空口（Air Interface - AI）都在13.56MHz工作，和ISO18000-3 M1(ISO15693)、ISO18000-3 M2不可互操作，但是可以工作在通信環境。

6.3 EPCTMClass-1高頻RFID空口：物理層，沖突管理系統和協議

6.3.1 規范：物理和介質控制（MAC）參數
（閱讀器15個條目，有分條目：Int1-Int15）
（標簽16個條目，有分條目：Tag1-Tag16）
6.3.2 邏輯操作步驟參數
標簽清點和訪問參數：P1-P11
沖突管理參數：A1-A3
A1 – 類型（概率或者確定性）
A2 – 線性，在閱讀器射頻場中，線性至215個標簽
A3 – 標簽清點容量，〉215標簽
6.3.3 操作步驟描述

操作步驟描述了閱讀器先說、隨機槽抗沖突的13.56MHz射頻識別系統的物理和邏輯需求。
兩個操作方式：
> ASK方式（強制）
> 閱讀器使用ASK調制的PIE信令和一個/多個標簽通信，標簽采用規范的方式應答，在這個過程中，標簽不能改變調制方式和數據速率；
> PJM方式（可選）
6.3.3.1 信令/Signaling
閱讀器和標簽之間的信令借口可以看成網絡通信系統的物理層。接口定義了：頻率、調制、數據編碼、RF包絡、數據碼率和射頻通信需要的其他參數。
6.3.3.1.1 工作頻率

13.56MHz
6.3.3.1.2 R=>T通信
ASK方法，PIE編碼，固定的調制方式和碼率。
PJM方法：MFM編碼，PJM調制，數據速率：212Kbps
6.3.3.1.2.1 閱讀器頻率精度 –本地無線規范
6.3.3.1.2.2 調制
ASK方式，附錄H
PJM方式，附錄G

相關解決方案：RFID應用于智能書架微型圖書館

6.3.3.1.2.3 數據編碼
ASK方法：R=>T，PIE編碼，Tari是閱讀器->標簽的參考時間間隔，是data-0的持續時間；“高”表示發射連續波；“低”值表示衰減連續波；容差+/-1%。
data-0/data-1的調制深度、上升時間、下降時間定義，在清點過程中，閱讀器使用固定的調制深度、上升時間、下降時間、PW和Tari。
PJM方法：
R=>T使用MFM編碼，PJM調制，212Kbps碼率。命令編碼的Bit間隔為4.72us（64個13.56MHz載波），相位變化的規格見圖6.4，在清點過程中閱讀器的相位變化是固定的。
使用狀態變定義位的值，位編碼采用MFM編碼規則。規則如下：
> Data-1定義為位間隔中間的狀態變化；
> Data-0定義為位間隔開始的狀態變化；
> 當數據0后跟隨Data-1時，沒有狀態變化。
其邊緣表示小的相位變化（+/-3度）。典型的，圖6.2的邊緣應該和載波同步。如果不同步，閱讀器產生的這些邊緣應該在載波的+/-1個周期內（如何理解）。
6.3.3.1.2.4 ASK方法：Tari值
閱讀器訪問標簽的Tari值應該在8~25us范圍內（包含邊界）。在清點循環中，閱讀器使用固定的data-0和data-1長度。Tari的取值和本地法規相關（為什么？）。
注：需要在8~25us之間至少一個值評估閱讀器的本地法規兼容性，x=1.5Tari和x=2.0Tari
6.3.3.1.2.5 R=>T的包絡
ASK方法：R=>T的RF保羅需要滿足圖6.3和表格6.5。場強A以A/m度量對應RF保羅的最大幅度。Tari定義如圖6.1，脈沖寬度在50%處測量。

RFID高頻ISO/IEC18000-3 M3協議讀寫器HR3768，遵循ISO/IEC18000-3  EPC Class-1協議，作為比第二代的PJM技術更快的高頻RFID技術，理論識別速度可達700張/秒，另外對標簽層疊讀取效果好，對于疊放在一起的檔案，印鑒卡，證照，保密文件有良好的識別效果。采用軟件調整輸出功率（0.5-7W），可適應各種應用場合，可廣泛用于檔案管理（每頁檔案都貼標簽），印鑒卡層疊讀取、銀行抵押證件管理、汽車合格證管理、行業保密文件管理、智能文件柜、生物血樣采集卡管理等RFID標簽重疊識別應用領域。

 RFID高頻ISO/IEC18000-3 M3協議讀寫器HR3768

ISO18000-3協議之PJM方法：

6.3.3.1.2.6 閱讀器上電波型

閱讀器上電射頻包絡應滿足圖6.5和表格6.7。當載波水平上升到10%水平，上電的包絡盈單調上升直到紋波限制MI。在間隔Ts，載波包絡不應低于90%或者超過110%；Ts之后，不低于99%或者不高于101%；在建立時間（表格6.7）結束之前，閱讀器不應處理命令。閱讀器應滿足頻率精度（6.3.3.1.2.1定義）。
注：進行法規測試，閱讀器電磁場中不應有移動的標簽（到底是沒有標簽，還是有標簽但不能移動呢）。

6.3.3.1.2.7 閱讀器下電波性

6.3.3.1.2.8 R=>T的同步碼和幀同步

ASK方法：閱讀器開始R=>T信令要么使用同步碼（preamble），或者幀同步。
同步碼（preamble）先于BeginRound命令，表示清點循環的開始。其他信令必須使用幀同步。Tari各參數的容差在+/-1%。標簽可以比較data-0和RTcal的長度來確認同步碼。
同步碼包含：和Data-0符號相同的調制，Data-0符號，R=>T校準（RTcal）符號，Dummy TRcal。
> RTcal：Data-0+Data-1，標簽計算Pivot=RTcal/2，標簽將閱讀器符號長度短于Pivot的解釋為Data-0，常于pivot的符號解釋為Data-1，大于4RTcal的符號為非法。在改變RTcal之前，閱讀器要發送至少8個RTcal的連續波（CW）；
> TRcal：對于高頻協議，TRcal不用于定義T=>R的返回數據速率。TRcal的值應該自阿1，1*RTcal和3*RTCal（1.1*RTcal<=TRCal<=3*RTcal）；
> 幀同步：幀同步比同步碼少一個TRcal符號，在清點過程中，閱讀器必須使用同步馬中長度相同的RTcal。

相關解決方案：RFID醫療耗材管理解決方案

協議之PJM方法：
6.3.3.1.3 標簽到閱讀器的通信（T=>R）
標簽到閱讀器的通信使用負載調制的方法。負載調制式一個通過改變標簽的電器負載（阻抗）疊加數據信號到載波的方法。標簽通過改變這個阻抗，從而改變閱讀器天線電壓來傳輸數據。閱讀器能夠把典雅的變化解釋為二進制信號。
負載調之可以使用下列辦法：
> 負載電阻；
> 并聯二極管；
> 天線調諧電容或者天線線圈的匝數。將調諧電容視為天線的部分，因此，應答過程中，從標簽天線看到的負載是固定不變的。同樣的，調諧電容和芯片負載對于多匝線圈是恒定的。
ASK方法：標簽在清點過程中，使用固定的負載調制模式、數據編碼、數據碼率，“清點過程”的定義見6.3.3.4.8。閱讀器通過BeginRound命令設置編碼和數據碼率。根據BeginRound命令，標簽選擇T=>R調制方式。
6.3.3.1.3.1 調制
對于后續的圖，低值表示標簽天線有等效于閱讀器數據發送結束后連續波期間的阻抗；高值對應連續波期間，標簽天線具有不同的阻抗。
ASK方法：標簽的應答可以是基帶（FM0編碼）或者調制的子載波（Miller或者曼徹斯特編碼），定義見6.3.3.1.3.2到6.3.3.1.3.10。
PJM方法：BPSK調制的子載波。
為了保障標簽在不同通道的應答被同時接收，所有標簽的應答頻帶應限制數據、子載波諧波水平。中間的負載調阻抗可以用于頻帶限制（什么意思？好像僅對PJM有效，因為PJM可以有8個應答通道）。
6.3.3.1.3.2 數據編碼
ASK方法：標簽數據負載調制編碼采用FM0的基帶編碼，或者曼徹斯特編碼的子載波，或者Miller編碼的子載波。閱讀器通過BeginRound命令選擇編碼的方式和碼率。
PJM方法：
6.3.3.1.3.3 ASK方法：FM0基帶
顯示FM0（二相空間）編碼的基本。FM0在每個符號的邊界反向基帶相違，Data-0在符號中間反相。
顯示了產生FM0基帶的符號和序列。00/11序列的占空比，在調制輸出端測量，應該是50%。FM0編碼器有存儲器，因此FM0序列的選擇取決于上一次的傳輸。FM0的信令應總是使用圖6.12的EOF結束。

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