RFID 负载调制和反向散射调制

我用我质朴的语言概述一下我的理解，射频识别系统中，阅读器和标签之间的通信通过电磁波来实现。按照通信距离，可以划分为近场和远场；按照频率又分：低频、高频、超高频……。相应的，阅读器和电子标签之间的数据交换方式也被划分为负载调制和反向散射调制，对应射频模块分别有：电感耦合型射频模块和电磁反向散射耦合性射频模块。

一般来说，低频和高频我们用电感耦合，适用于近场通信；超高频用电磁反向散射耦合，适用于远场通信，接下来就我看的资料总结一下标签到阅读器的上行链路通信过程。

一、近场通信

1.电感耦合型射频模块：

利用法拉第电磁感应定律，通过电感耦合给射频标签提供能量。类似于变压器，当射频标签进入阅读器产生的磁场区域后，射频标签的线圈上会产生感应电压。采用整流器把交变感应电压转换为直流电压，经过电压滤波之后，就可以给射频标签供电了。

2.负载调制

近距离低频射频识别系统是通过准静态场的耦合来实现的。在这种情况下，读写器和电子标签之间的天线能量交换方式类似于变压器模型，称之为负载调制。负载调制实际是通过改变电子标签天线上的负载电阻的接通和断开，来使读写器天线上的电压发生变化，实现近距离电子标签对天线电压的振幅调制。如果通过数据来控制负载电压的接通和断开，那么这些数据就能够从电子标签传输到读写器了。这种调制方式在125kHz和13.56MHz射频识别系统中得到了广泛的应用。

二、远场通信

1.电磁反向散射耦合型射频

在典型的远场中，RFID读写器和RFID电子标签之间的距离有几米，而载波波长仅有几到几十厘米。读写器和电子标签之间的能量传输方式为反向散射调制。电磁反向散射耦合方式一般用于超高频或微波RFID标签，读取距离较远，典型的作用距离一般大于1 m，最大可达10 m以上，典型工作频率通常为433 MHz、800/900 MHz、2.45 GHz和5.8 GHz。

电磁反向散射这种通信方式利用的是电磁场，当电子标签进入到电磁场时，电子标签的天线将产生感应电流。不同于电磁感应需要感应线圈，这里的线圈大多是单偶极子或者双偶极子。电磁反向散射耦合的实质是读写器天线辐射出的电磁波到达射频标签天线表面后形成反射回波，反射回波再被读写器天线所接收。在耦合过程中利用的是读写器天线辐射出的交变电磁能，这相当于天线的远场情况，如图7-16所示。从雷达技术中得知，电磁波可以被外形尺寸大于其波长一半的物体所反射，因此标签天线的尺寸需要满足波长的一半，即L>λ/2。

电磁反向散射的原理图如图所示，读写器和标签构成一个完整的收发通信系统。图中功率P1是从读写器天线发射出来的，只有一部分（由于自由空间衰减）到达标签天线。到达标签的功率P1′为标签天线提供电压，整流后为标签芯片供电。到达功率P1′的一部分被天线反射，其反射功率为P2。反射功率P2经自由空间后再到达读写器，被读写器天线接收。读写器接收的信号经收发耦合器电路传输至收发器，放大后经电路处理获得有用信息。

2. 电磁反向散射中的调制方法
电磁反向散射调制是指射频识别系统中无源电子标签将数据发送回读写器时所采用的通信方式。标签天线的反射性能受到连接到天线的负载变化的影响，因此可以采用负载调制方法实现反射调制。通过与天线并联一个附加负载电阻，传输的数据流控制该电阻的接通和断开，从而完成对标签反射功率的振幅调制。标签反射功率在空间自由辐射，其中一部分被读写器天线接收，被收发耦合器解耦合后，送到读写器的接收入口。

RFID电子标签返回数据的方式是控制天线的阻抗，其原理图如图所示。要发送的数据是具有两种电平的信号，可以通过一个简单的“阻抗开关”表示（开关闭合表示“1”，开关断开表示“0”）。由阻抗开关控制电阻（（a））或电容（（b）），进而改变天线的发射系数，完成对载波信号的调制。

这种数据调制方式和普通的数据通信方式有很大的区别，电子标签根据要发送的数据通过控制天线开关，从而改变匹配程度。这样，从标签返回的数据就被调制到了返回的电磁波幅度上。这与ASK调制有些类似。

参考链接：

RFID系统数据传输原理-基础电子-维库电子市场网 (dzsc.com)

反射通信与RFID介绍 - 知乎 (zhihu.com)

RFID电磁反向散射耦合与调制 - 深圳市芯创益技术有限公司 (hysrfid.com)

顺便附送一个PIE、FM0和米勒 Miller调制副载波是怎样编码的？ - 知乎 (zhihu.com)编码：
Miller调制副载波是怎样编码的？ - 知乎 (zhihu.com)