SVEUČILIŠTE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKU

ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET OSIJEK

RFID BACKSCATTER MODULACIJA

SEMINARSKI RAD

Osijek 24.Svibanj.2012.

SADRŽAJ:

1. UVOD.............................................................................................1

2. POJAM MODULACIJE.............................................................3

3. POVIJEST I RAZVOJ RFID (eng. radio frequency

identification) TEHNOLOGIJE.......................................................4

4. POJAM RFID TEHNOLOGIJE.................................................6

4.1. TAGOVI / LABELE / MATIČNE PLOČE..............................6

4.2. ANTENE..................................................................................7

4.3. KONTROLORI........................................................................8

5. GDJE KORISTITI RFID TEHOLOGIJU?...............................9

5.1. READ –ONLY..........................................................................9

5.2. READ / WRITE.....................................................................10

6. RFID PERFORMANSE SUSTAVA.........................................12

6.1. MEMORIJSKI KAPACITET TAGOVA...............................12

6.2. BRZINA PRIJENOSA PODATAKA....................................12

6.3. RADNI DOMET / OPSEG....................................................13

6.4. MOGUĆNOST OPERACIJA S VIŠE TAGOVA U POLJU. 13

6.5. RADNA TEMPERATURA...................................................13

6.6. RF FREKVENCIJA NA RELACIJI TAG – ANTENA.........13

7. RFID – Backscatter modulacija................................................15

7.1. KONSTRUKCIJA..................................................................16

7.2. RFID BACKSCATTER MODULACIJA U REALNOM

SVIJETU........................................................................................17

7.3. FREKVENCIJA KAO NOSITELJ BACKSCATTER

MODULACIJE..............................................................................19

7.4. LINK BUDGET.....................................................................20

8. ZAKLJUČAK.............................................................................22

LITERATURA.................................................................................23

1. UVODRFID, odnosno radio frekvencijska identifikacija, je opći naziv za tehnologije koje koriste radio

valove za automatsku identifikaciju ljudi ili objekata. U zadnje vrijeme nalazi široku primjenu

u svakodnevno životu. Primjene RFID tehnologije su brojne, na primjer, elektronska

identifikacija, praćenje ljudi, stvari i životinja, označavanje proizvoda, maloprodajni objekti,

sigurnosni sustavi, sustavi za potrebe vojske, automatska naplata cestarina (ENC) i dr.

RFID tehnologija omogućava identifikaciju bez potrebe da se pronalazi identifikator, odnosno

kartica, pri čemu je dovoljno da se kartica nađe u polju čitača i identifikacija je obavljena.

Bezkontaktna razmjena podataka doprinosi da radni vijek RF čitača i RF identifikatora bude

duži nego što je slučaj sa čitačima i identifikatorima drugih tehnologija.

U RFID sustavima nema oštećenja kontakata kao kod sustavi sa kontaktnim karticama, nema

oštećenja glave čitača kao kod sustava sa magnetskim karticama, nema problema sa

prljavštinom i ogrebotinama kao kod sustava sa bar kodom i magnetskim zapisom. RF čitač i

RF identifikator su otporniji na sabotažu.

Prijenosom podataka putem radio frekvencija, nije potrebna direktna vidljivost između čitača i

RF identifikatora. Takvu osobinu nema ni jedna do sada razvijena identifikacijska tehnologija.

Za klasifikaciju i označavanje proizvoda do sada su bili u primjeni 12-bitne oznake poznate pod

nazivom UPC (eng. universal product code) koji je definirala neprofitna organizacija za

normizaciju UCC (kratica od engl. Uniform code council) u SAD ili 13-bitni EAN broj (eng.

European article number) u Europi i ostatku svijeta, koji je propisala organizacija  EAN-

International u obliku prikazanom na slici 1.1. Taj postupak je koristan ali ima jedno važno

ograničenje: čitanje takve oznake se ne da u potpunosti automatizirati. Čitač etiketu mora

"vidjeti", tj. mora postojati za svjetlost nesmetani put između čitača i oznake. Da bi se to

ograničenje izbjeglo, razvijena je tehnologija RFID (eng. radio frequency identification) oznaka

koja se može automatski pročitati s određene udaljenosti i bez optičke vidljivosti.

1

Slika 1.1: Prikaz EAN oznake čitljive optičkim čitačem

RFID tehnologija danas se koristi i za praćenje i lokalizaciju objekata, ljudi, identifikaciju

kućnih ljubimaca, kod izgradnje pametnih okruženja, praćenja ljudskih navika, itd.

Backscatter modulacija (princip refleksije) koristi se u pasivnim RFID sustavima za prijenos

podataka. Pasivne i polupasivne RFID oznake ne koriste radio predajnik, umjesto toga, koriste

modulaciju reflektirane snage iz označene antene. Radio valovi koji se odbijaju od objekta

predmet su istraživanja još od otkrića radara 1930. godine, a od 1949. godine se koristi za

komunikaciju.

2

2. POJAM MODULACIJE

Mada postoji više modulacijskih postupaka prema vrstama prijenosnog signala (kao npr.

periodičnim impulsima ili npr. digitalni modulacijski postupak) onaj najpoznatiji i najrašireniji

jest postupak modulacije sinusnog signala. Na tom postupku se temelji većina modulacija

vezanih uz radio tehniku i tu prije svega mislimo na AM i FM modulaciju. Modulacijom

sinusnog signala premješta se informacijski signal iz osnovnog pojasa frekvencija u područje

viših frekvencija.

Pojam modulacije podrazumijeva mijenjanje parametara pomoćnog signala ovisno o signalu

koji sadrži informaciju. Pomoćni signal naziva se još i val nosioca (carrier), a signal koji sadrži

informaciju te vrši promjenu vala nosioca naziva se modulacijski signal. Kao rezultat

modulacije nastaje signal koji zovemo modulirani signal. Sklop u kojemu se obavlja

modulacija naziva se modulator.

Objasnimo to sljedećim primjerom. U radio stanici, dok govorimo kroz mikrofon, naš glas se

pretvara u električki signal koji sadržava informaciju. To je modulacijski signal. Nakon toga

modulacijski signal ulazi u modulator gdje će se pomiješati sa valom nosiocem koji je također

ušao u modulator i kao rezultat na izlazu iz modulatora dobiti ćemo modulirani signal visoke

frekvencije[2].

Slika 2.1: Prikaz sinusnog signala

3

3. POVIJEST I RAZVOJ RFID (eng. radio frequency identification) TEHNOLOGIJE

U SAD-u 1948. godine mogućnost komuniciranja na način kako to čine današnji RFID-tag-ovi

prvi spominje Harry Stockman u svom članku „Komunikacija pomoću reflektirane snage“ (eng.

Communication by means of reflected power). Kako se u nekim člancima spominju engleski

RAF avioni koji su navodno u drugom svjetskom ratu mogli odgovoriti svojim kodom na

radarske signale i tako signalizirati da su prijateljski, odnosno da su prvi radovi na tom polju

ostvareni u isto doba u Njemačkoj, ostaje povjesničarima da to područje rasvijetle i odrede

autora RFID ideje.

U pedesetim godinama prošlog stoljeća je počeo razvoj sustava za automatsko prepoznavanje

prijateljskih vojnih aviona (eng. identification, friend or foe), a istodobno se objavljuju radovi

koji po prvi puta spominju pasivne odašiljače (eng. responder), npr. D. B. Harris, „Radio

transmission systems with modulatable passive responder“[3].

U šezdesetim godinama prošlog stoljeća niz radova obilježava značajna istraživačka nastojanja

da se RFID tehnologija pripremi za masovniju uporabu, npr. J. H. Vogelman, „Passive data

transmission techniques utilizing radar beams“[3] iz 1969. godine.

Tvrtka Knogo u to doba uvodi prve komercijalno korištene i kasnije vrlo rasprostranjene RFID

oznake (eng. electronic article surveillance, EAS) za sprečavanje krađe robe u dućanima. Te su

oznake mogle induktivnim ili mikrovalovima prenijeti samo jedan bit – dakle ukazati svoju

prisutnost na mjestu detekcije. Međutim, to je dovoljno da se ustanovi da li netko napušta

dućan s neplaćenom robom s koje blagajnica nije odstranila zaštitnu RFID oznaku. Tu vrstu

zaštite i danas vrlo često srećemo na tekstilnim robama, CD-ima itd.

U sedamdesetim godinama prošlog stoljeća se RFID pojavljuje sve češće u znanstvenim

radovima širom svijeta (Švedska npr.), od kojih je važan rad grupe Alfreda Koellea, Stevena

Deppa i Roberta Freymana, „Short-range radio-telemetry for electronic identification using

modulated backscatter“[3] objavljen 1975. Uz to je zabilježena aktivnost velikih tvrtki kao što

su Raytheon, RCA, Fairchild i drugih.

U osamdesetim godinama prošlog stoljeća, gotovo 40 godina poslije prvih zamisli o takvom

proizvodu, je nastalo doba široke primjene RFID oznaka u raznim područjima i u mnogim

4

zemljama. Važnije primjene su označavanje životinja, automatska naplata cestarina, kontrola

pristupa ljudi u područja pod zaštitom, kontrola roba itd.

Slika 3.1: Prikaz RFID tag-a za automatsku naplatu cestarine

U devedesetim godinama prošlog stoljeća je postalo moguće napraviti diode s vrlo malim

padom napona na diodi u vodljivom stanju (Schottky dioda, pad napona ovisan o struji i iznosi

kod malih struja od 0,1 do 0,2 V). Te su diode integrirane na istom integriranom krugu zajedno

s CMOS elektronikom, tako da su postale moguće jeftine UHF primjene. Trebalo je dakle

gotovo 60 godina da se od prvih zamisli stvore dovoljno jeftini proizvodi koji se mogu

masovno primjenjivati.

Zadnjih godina je u mnogim zemljama odobren frekventni pojas oko 5,8 GHz za RFID

uporabu. Na tom području se već danas vide važne primjene prije svega u transportu i

sustavima za automatsku naplatu cestarina a razvoj nije završen. Kratki pregled povijesti RFID

prikazuje slika 3.2[3].

Slika 3.2: Prikaz povijesnih razdoblja u razvoju RFID tehnologije

5

4. POJAM RFID TEHNOLOGIJE

RFID je tehnologija koja koristi radio frekvenciju kako bi se razmjenjivale informacije između

prijenosnih uređaja/memorija i host računala. RFID sustav obično se sastoji od Taga/Labele/

koja sadrži podatke, antena koja komunicira s tagovima, i kontroler koji upravlja i nadzire

komunikacijom između antene i pc računala.

Tagovi/Labele/PCB nalaze se na ambalaži ili na samom proizvodu i predstavljaju bazu

podataka koja putuje zajedno s proizvodom.

RFID sistem sastoji se od 3 primarne komponente:

Tagovi/Labele/Matične ploče Antene Kontrolori

4.1. TAGOVI / LABELE / MATIČNE PLOČE

RFID tag / labela / sadrži zavojnicu, programirani silicijski čip i aktivni Read / Write sistem

kao bateriju, ako je riječ o aktivnom tagu. Tagovi dolaze u različitim dimenzijama, oblicima,

kapacitetom memorije, i različitom otpornošću na vanjske utjecaje.

Tagovi mogu biti toliko mali da ih je moguće ubrizgati pod kožu životinje, zaliveni u plastiku,

a mogu biti izrađeni sa ciljem da budu otporni na temperaturu, zaštićeni od mehaničkih

oštećenja, kemikalija, tekućine ili prašine. Iako su tagovi imuni na većinu vanjskih utjecaja, na

njihovu sposobnost pisanja / čitanja može utjecati izloženost metalima ili elektromagnetskim

smetnjama.

Tagovi se mogu napajati putem interne baterije ( ovakvi tagovi često se nazivaju „Aktivni

tagovi“), ili putem indukcije („Pasivni tagovi“). Pasivni tagovi su izrazito zahvalni za

održavanje i njihov vijek trajanja je gotovo beskonačan. Radni vijek aktivnih tagova je

ograničen trajanjem baterije, iako neki tagovi imaju mogućnost zamjene baterija ili dolaze

opremljeni s izrazito dugotrajnim kapacitetom baterije. RFID se može naći i u obliku

naljepnice. U tom slučaju RF zavojnica se nalazi na samom papiru / poliesteru (s donje strane)

zajedno s memorijskim čipom. Iako su manje otporne na vremenske utjecaje nego li

enkapsulirani tagovi, labele su cijenom povoljnije i omogućavaju značajne uštede u open-loop

6

aplikacijama. U ovakvom slučaju labela je prilijepljena za proizvod i prati ga u cijelom lancu

opskrbe. Kada proizvod bude kupljen labela izlazi iz sustava u kojem se primjenjuje. Za razliku

od labela, postoje tagovi koji se više puta upotrebljavaju npr. praćenje paleta pri čemu tag

ostaje u sustavu neograničeno dugo. Niske cijene bi trebale činiti laele izrazito pogodnima za

primjenu kod aplikacija velikog volumena.

Jeftini tagovi mogu biti izrađeni kao tiskane pločice u tehnici tankog filma, PCB.

PCB ( tiskane pločice) namijenjene su ugradnji u proizvode ili nosače / ambalažu. Iako su

nepropusne i otporne na visoke temperature zahtijevaju neki oblik inkapsuliranja ili izolacije

kako bi se zaštitile od atmosferskih utjecaja ( kiša, vlaga i sl.).

Proizvodnja plastičnih paleta je dobar primjer uporabe RFID PCB-ova. Ugradnja PCB-a

pretvara paletu u „pametnu paletu“, a podaci se mogu čitati i upisivati u paletu tijekom cijelog

proizvodnog procesa.

Slika 4.1: Prikaz RFID-taga veličine nokta

4.2. ANTENE

Antena je uređaj koji koristi radio valove putem kojim se prenose podaci. Neki sustavi koriste

odvojene antene i kontrolore, dok drugi sustavi integriraju antenu i kontroler u jedan sklop

(čitač ili čitač/pisač). Antene dolaze u svim oblicima i veličinama, uključujući antene koje

7

mogu stati u vrlo skučene prostore i veće antene koje omogućuju veću prostornu pokrivenost.

Antene se mogu primjenjivati na način da tvore prolaz, tj. vrata kroz koja prolazi transport

proizvoda, ili kao jednostavna „single“ antena. Antene čitaju ili pišu na tagove, labele, PCB-

ove u prolazu.

4.3. KONTROLORI

Kontrolor upravlja komunikacijom između antene i računala, PLC-a, servera ili mrežnog

modula. Host sistem se povezuje s kontrolorom putem paralelne, serijske ili bus komunikacije.

RFID kontrolori mogu se programirati da obavljaju kontrolu izravno iz podataka u tag

memoriji. Neki kontrolori imaju izravne I/O portove koji mogu biti aktivirani od kontrolora i na

taj način smanjiti opterećenje host sustava.

8

5. GDJE KORISTITI RFID TEHOLOGIJU?

5.1. READ –ONLY

U svojem najjednostavnijem obliku (samo čitanje) RFID se koristi kao zamjena za bar-kod

tehnologiju. Prednosti koje nudi je 100% točnost čitanja, sposobnost da izdrži različite

vremenske uvjete te isključuje potrebu da proizvod bude u vidnom polju čitača.

Točnost čitanja često je odlučujući čimbenik za izbor RFID. U usporedbi s fiksno postavljenim

barkod čitačima, u ovom prijelazu točnost čitanja iznosi od 95% do 98%, što je odličan rezultat.

Ovisno o vremenskim uvjetima i održavanju, učinkovitost barkod čitača često pada ispod 90%.

u većini vremenskih uvjeta RFID može postići 99.5% do 100% pri prvom prolazu. Nadalje,

važna činjenica je da nema pokretnih dijelova tako da je održavanje pojednostavljeno, a sam

hardware je robusniji.

Zahtjevi u današnjoj industriji također favoriziraju RFID. U nekim slučajevima je potrebno

sakupljati podatke u uvjetima kad je uređaj uronjen u tekućinu, kemikalije, prašinu ili pri

visokim temperaturama.

Vrijednost RFID tehnologije dodatno se potvrđuje činjenicom da tagovi ne trebaju biti u

vidnom polju čitača. Sposobnost da prodire u većinu ne- metalnih materijala omogućuje da

RFID tagovi mogu biti zapečaćeni u ambalaži bez ikakvih posljedica za čitanje. Velika

prednost RFID tehnologije je da se u jednom čitanju, istovremeno, može pročitati više različitih

tagova, čime se postižu značajnije vremenske uštede.

Slika 5.1: Prikaz RFID oznake i uređaja za čitanje (vidljiva je antena čitača)

9

5.2. READ / WRITE

U naprednijem obliku (čitanje i pisanje) RFID može biti upotrjebljen kao dinamički promjenjiv

medij koji omogućuje korisnicima da prema potrebi sadržaj zapisa mijenjaju kada i koliko puta

to žele.

Kao primjer možemo navesti proizvodnju motora u autoindustriji. Tag je pričvršćen na nosač

motora, a sadrži informacije o tijeku proizvodnje i same industrije o gradnji. Kako se motor i

nosač približavaju prvoj stanici, čitač prima informacije s taga kako bi dobio informaciju dali

motor treba biti na određenoj stanici. Ako je informacija potvrdna, čitač čita instrukcije o

gradnji koje se prosljeđuju lokalnom procesoru koji daje instrukcije robotiziranoj opremi koja

izvršava konkretnu radnju. Nakon što su operacije završile na tag se zapisuju podaci o

proizvodnji, kvaliteti itd. U slučaju greške, potrebna proizvodna operacija nije izvršena u

skladu sa standardima, pa se i to također zapisuje na tag.

Prije nego što motor dođe do sljedeće stanice u proizvodnom lancu, skida se s linije, te se

preusmjerava u radionicu u kojoj se podaci o greški čitaju s taga te se na taj način ubrzava i

olakšava popravak motora.

5.3. READ / WRITE ( DISPOSABLE )

U još naprednijem stanju labele su pričvršćene proizvodima tijekom proizvodnje i koriste se u

cijelom procesu opskrbe ( od proizvodnje, preko prodaje do krajnjeg korisnika ). RFID labele

se koriste kako bi stvorili „pametan proizvod“ koji može komunicirati sa svojom okolinom.

Korištenje RFID labela direktno na kućištu tv prijemnika najbolje ilustrira pojam „pametni

proizvod“. Tijekom proizvodnje RFID labele su pričvršćene unutar kućišta. Nakon proizvodnje

proizvodi se otpremaju u skladište. Tamo se labele koriste kako bi se locirali određeni modeli

proizvoda ili kako bi se otpremili u određeni dio skladišta. Nadalje, kako čitači/pisači imaju

mogućnost čitanja više labela u istom polju na sve labele se može upisati ili pročitati

informacija kako roba izlazi iz skladišta, neovisno da li su proizvodi smješteni na palete ili su

pakirani odvojeni. Ovo omogućuje korisnicima da primjerice upisuju odredišne destinacije za

proizvode i bilježe koja je roba otpremljena.

10

Nakon što proizvod dobro dođe do maloprodajnog skladišta „pametni proizvodi“ se čitaju

prilikom ulaska u zgradu što omogućuje da se roba automatski unosi u inventurnu listu i sl.

Nakon skladištenja „pametni proizvodi“ dolaze na police prodavaonica, a labele se koriste kao

zaštita od krađe ili za inventuru u realnom vremenu. Na kraju, prilikom prodaje u RFID labelu

se upisuju podaci o kupcu i konfiguracija proizvoda. Ako kupac uslijed kvara donese televizor

u servis, svi podaci o proizvodu ispisuju se na monitoru prije nego što je kupac došao do šaltera

što pridonosi kvaliteti usluge.

Ovaj primjer pokazuje kako pametni uređaji ne samo da štede novac već i dodaju novu

vrijednost sustavu.

11

6. RFID PERFORMANSE SUSTAVA

Performanse RFID sustava određeni su sljedećim kriterijima:

Memorijskim kapacitetom tagova

Brzinom prijenosa podataka

Radni domet

Mogućnost operacija s više tagova u polju

Radne temperature

RF frekvencija na relaciji Tag – Antena

Mogućnost povezivanja

6.1. MEMORIJSKI KAPACITET TAGOVA

Osnovno pravilo kod svakog sistema koji se temelji na memoriji oduvijek je bilo da bez obzira

kolika je količina memorije ona je uvijek premala. Količina memorije dostupna na read-only

tagovima je 20 bita. Aktivni read/write tagovi variraju od 64 byta do 32 KB, što u prijevodu

znači da se u ove tagove meže spremiti nekoliko stranica teksta. Ovo je obično dovoljno za

funkcioniranje sustava, a ostavlja prostora za unaprjeđenje i rast sustava u budućnosti. Količina

memorije pasivnih read/write tagova se kreće u opsegu od 48 byta do 736 byta.

6.2. BRZINA PRIJENOSA PODATAKA

Brzina je bitan čimbenik za većinu podatkovnih sustava. Kako se proizvodni ciklusi sve više

smanjuju tako si i vrijeme za pristup ili promjenu podataka RFID sustava skraćuje:

Read-only Brzina read-only RFID sustava određena je duljinom koda, brzinom

protoka podataka s tagova, radni opseg i o tehnologiji modulacije koja se koristi za

prijenos podataka. Brzina varira ovisno o pojedinom proizvodu i aplikaciji ( npr. EMS

read-only sustav prenosi podatke brzinom 8750 bita/s)

Pasivni read/write Brzina pasivnih read/write RFID sustava temeljena je na

jednakim kriterijima kao i kod read-only sustava osim što ovdje imamo dvosmjeran

12

protok podataka, na tag i s taga. Brzina i ovdje ovisi o konkretnom proizvodu i

aplikaciji ( npr. EMS HMS sustav prenosi podatke brzinom od 1000 byta/s)

Aktivni read/write Brzina aktivnih read/write sustava se temelj na istim

kriterijima kao i kod pasivnih sustava

6.3. RADNI DOMET / OPSEG

Read/write radni opseg se kreće u rasponu od 2.5 cm pa sve do 72.5 cm, a domet se može i

povećati korištenjem više frekvencije od 13.56 MHz. Često se u RFID aplikacijama potreba za

velikim read/write opsegom postiže izborom primjene antene.

6.4. MOGUĆNOST OPERACIJA S VIŠE TAGOVA U POLJU

Ovisno o konfiguraciji tagova i antene, čitanje i zapisivanje na više tagova u polju moguće je s

FastTrack linijom proizvoda. FastTrack Tunnel antena je posebno dizajnirana da čita više

tagova istovremeno. U aplikaciji za poštanske urede, FastTrack labele sastavljaju se u kuverte

koje se zatim stavljaju s tagovima u obilježene vreće. Kako vreće prolaze kroz Tunnel antenu

podaci se istovremeno upisuju i čitaju sa svih tagova.

6.5. RADNA TEMPERATURA

Pasivni read-only ES-Series tagovi su dizajnirani tako da izdrže temperature od -40°C do

240°C. Patentirana tehnologija izrade FastTrack LRP250HT-FLX tagova čini ove fleksibilne

labele najboljim rješenjem za bilo koju temperaturu.

6.6. RF FREKVENCIJA NA RELACIJI TAG – ANTENA

Iznimno važan čimbenik u izboru RFID sustava je frekvencijski opseg kojim se prijenose

informacije između taga i antene. FCC ograničava radni opseg ili na izrazito niske frekvencije

(50 – 500 kHz), srednje frekvencije (13.56 MHz), ili mikrovalove (0.9 – 2.5 GHz). Sustavi koji

13

rade na mikrovalovima imaju veliki radni opseg, no pate od fenomena „Standing wave nulls“.

„Standing wave nulls“ su mrtva područja unutar radnog opsega unutar kojega se može

pristupiti tagu. Sustavi koji rade na niskoj frekvenciji ne pate od ovog nedostatka. Nadalje, na

ove sustave vlaga nema utjecaja. Visoka tolerancija na različite radne uvijete čini niske i

srednje frekvencije najoptimalnijim izborom za većinu aplikacija[5].

14

7. RFID – Backscatter modulacija

Backscatter modulacija (princip refleksije) koristi se u pasivnim RFID sustavima za prijenos

podataka. Pasivne i polupasivne RFID oznake ne koriste radio predajnik, umjesto toga, koriste

modulaciju reflektirane snage iz označene antene. Radio valovi koji se odbijaju od objekta

predmet su istraživanja još od otkrića radara 1930. godine, a od 1949. godine se koristi za

komunikaciju. Vrlo jednostavan način za razumijevanje backscatter modulacije prikazan je na

slici 1. Struja koja protječe kroz predajnik dovodi do indukcije napona u prijamniku. Ako je

antena pojena na opterećenje što predstavlja malu prepreku trenutnom tok i inducira se struja u

prijamniku.

Slika 7.1: Pojednostavljen izgled Backscatter signala

Na slici je prikazan najmanje moguće opterećenje, kratki spoj. Inducirana struja u prijamniku

jednaka je struji u predajniku u kojem je protekla struja prva i to vodi do zračenja valova.

(Princip elektromagnetske teorije gotovo uvijek važi u stvarnom svijetu, teorija uzajamnosti

govori da ono sto val prima val može i prenijeti.) Izlazni val se može vratiti u prijamnik i

inducirati napon i proizvesti signal koji se može otkriti: backscatter signal. S druge strane, ako

umjesto opterećenja koje dozvoljava male struje (opterećenje s velikom impedancijom)

spojimo antenu s tlom, očito je da ce se inducirati malo ili nimalo struje. Na slici 1. prikazan je

i najveći mogući spojeni teret odnosno prazni hod (nema veze uopće): Budući da je struja ta

15

koja dovodi do zračenja valova ovdje neće biti reflektirajućeg vala (backscatter signal). Dakle

signal kojeg odašiljemo sa predajnika je osjetljiv na opterećenje koje je spojeno na prijemniku.

7.1. KONSTRUKCIJAZa izradu praktične komunikacijske veze koristeći ovu shemu Slika 7.2. , možemo spojiti

tranzistor kao opterećenu antenu. Kad su kontakti vrata tranzistora spojeni tako da se tranzistor

upali, tok struje kroz kanal sličan je onom kod kratkog spoja. Kad su vrata isključena, kanal

postaje znatno manje vodljiv . Budući da je struja inducirana na anteni, i čitač je dobio odbijeni

val, ovisno o opterećenju spojenom na anteni ova shema stvara modulirani backscatter val kod

čitača.

Slika 7.2: Modulirani Backscatter pomoću tranzistora kao sklopke

Imajte na umu da je modulirani signal predstavljen tranzistoru je signal niske frekvencije od

svega par stotina kHz, a reflektirani signal na čitaču može biti na 915 MHz. Upotreba

Backscatter veze znači da modulacija za prebacivanje strujnih krugova u oznake treba raditi na

malim frekvencijama usporedivim sa podatcima, a ne na prijenosnoj frekvenciji zbog uštede u

novcu i energiji.

Imati na umu da bi se mogla provesti backscatter shema čitač mora poslati signal. U mnogim

radijskim sustavima odašiljač se isključuje kad prijemnik treba primiti signal: u ovoj shemi

predajnik i prijemnik mogu raditi u isto vrijeme.

16

7.2. RFID BACKSCATTER MODULACIJA U REALNOM SVIJETU

U pasivnim RFID sustavima, odašiljač se ne isključi nego umjesto toga šalje CW za vrijeme

koje prijamnik prima označeni signal. RFID radio koristi specijalizirane komponente poznate

kao skretnice kako bi se omogućilo da samo reflektirani signal dođe do prijamnika, koji bi

inače mogao biti zasićen velikim brojem poslanih signala. Međutim u sustavima sa jednom

antenom, poslani signal čitača odbija se o vlastitu antenu natrag u prijemnik, a prijenosni val

antene odbija se od bilo kakvi objekt u blizini kao što su stolovi, ljudi, šalice za kavu, metalne

kutije itd. Pored male loše označene antene koju pokušavamo vidjeti. (Slika 7.3.)

Slika 7.3: Realno okruženje stvara dodatan odbijene valove uz onaj koji želimo vidjeti

Ako koristimo dvije antene (jedna za slanje, druga za primanje) još uvijek se gubi jedan dio

energije na putu od jedne do druge i na već navedenim stvarima iz okoline zbog refleksije.

Ukupni signal na prijemniku je vektorski zbroj svih tih doprinosa, od kojih je većina znatno

veća od željenog označenog signala, s odgovarajućom amplitudom i fazom, koje su većinom

nepredvidive. Dakle, stvarni učinak određen promjenom opterećenja na označenoj nateni na

prijamnik signala je potpuno nepredvidiv i bez kontrole. Na primjer, modulirajući veličinu

struje označene antene (amplitudna modulacija) neće djelovati istom promjenom na čitač

signala.

17

Slika 7.4: Primljeni signal se ne povezuje s oznakom signala. AM slučaj pretpostavlja oznaka smanjuje svoju raspršenu veličinu bez mijenjanja faza, PSK slučaj pretpostavlja

fazne inverzije bez promjene amplitude

Na slici 7.4. Je prikazan slučaj gdje se promjena reflektirane oznake od velike amplitude (HI)

do male amplitude (LO) uzrokuje da primljeni signal poveća veličinu bez mijenjanja faze (AM

slučaj). Promjenom faze označenog signala bez mijenjanja veličine reflektiranog signala kako

bi simbolizirao lokalni oscilator (LO) stanje može promijeniti amplitudu signala na čitaču uz

konstantnu fazu (Slika 4, PSK slučaj). Jedino što možemo reći sa sigurnošću je da kad

promijenimo stanje označene antene, nešto u fazi ili amplitudi u signalu čitača će se

promijeniti. Kako bi backscatter veza radila, moramo odabrati način kodiranja podataka na taj

način da bi se promjene mogle tumačiti na temelju tih promjena, a ne na njihovu smjeru ili o

tome jesu li promjene u fazi ili amplitudi. Kao posljedica toga, svi pristupi kodiranju oznake

signala temelje se na broju promjena oznake stanja u danom vremenskom intervalu, ili

ravnopravno mijenjajući frekvenciju promjena oznake stanja. Stoga, sve oznake kodova su

varijacije frekvencije (modulacija FSK). Važno je napomenuti da se frekvencija o kojoj se

ovdje govori nije radi o nositelju radio frekvencije (recimo) 900MHz, nego je oko 100 ili 200

kHz. Binarno '1' može se kodirati tako da oznaka promijeni svoje stanje 100 puta u milisekundi,

a binarni '0' 50 puta u milisekundi.

18

7.3. FREKVENCIJA KAO NOSITELJ BACKSCATTER MODULACIJE

Budući da se mijenja frekvencija, frekvencija je ta gdje je nositelj amplitudno modeliran, takve

tehnike su poznate kao modulacije nosioca. Pogledajmo jedan specifičan primjer oznake

kodiranja, obično poznat kao FM0. Slika 7.5.

Slika 7.5: FM0 kodiranje oznake podatka

U FM0, oznaku stanja mijenjamo na početku i na kraju svakog simbola. Pored toga, binarna 0

ima dodatnu promjenu stanja u sredini simbola. Imati na umu da za razliku od OOK, prava

oznaka stanja nemao pouzdanu odgovarajuću vrijednost binarnog bita; na primjer, na slici s

lijeve strane dvije binarne '1' simbola imaju oznaku u LO stanju, a druga '1' simbola ima

oznaku stanja HI. Čitač ne može pouzdano odrediti stanja, ali može brojati prijelaze između

njih. Na desnoj strani slike pokazan je signal u osnovnom obliku koji odgovara nizu istih bitova

kako bi razjasnili korespondenciju binarne '0' sa dva puta većom frekvencijom od binarne '1'.

Različite oznake kodiranja mogu se koristiti da bi se podesilo odstupanje od prijenosne

frekvencije na kojoj je signal iz oznake nalazi. Čitači puno lakše vide oznaku signala kad je

odvojen od svoje prijenosne frekvencije, pa viša frekvencija prijenosa poboljšava sposobnost za

čitanje označenog signala. Međutim, ako je razdvajanje veće u odnosu na kanal,oznaka signala

može ležati na signalu drugog čitača u drugom kanalu. Kao i kod čitača, povećanjem brzine

prijenosa označenog signala teži širenju frekvencijskog spektra. Da bi imali fleksibilan izbor

brzine označenog podatka, uz minimalan šum, čitač se mora moći prilagoditi širem spektru

frekvencija koje pokušava primiti, što povećava cijenu i kompleksnost sklopa.

U realnom prijemniku, šumovi i smetnje mogu biti prisutni kao i željeni signal. Potrebno je

odrediti minimalni signal-šum odnos (S/N) za svaku vrstu modulacije kako bi se mogla

19

pouzdano dekodirati na prijemniku. Točan (S/N) prag ovisi o tome koliko precizni želite biti i

smanjiti algoritme za demoduliranje/dekodiranje. Za RFID koristeći FM0 (S/N) od oko 10 ili

više (10dB ili više) je obično dovoljno. (Zahtjevi za demodulaciju od čitača simbola, kao PIE,

su općenito slični.)

7.4. LINK BUDGETZa prijenos oznake, čitač koristi amplitudnu modulaciju za slanje niza digitalnih simbola.

Simboli su kodirani da bi osigurali stalnu snagu prijenosa bez obzira o podatku sadržanom u

signalu. Primljeni signal se može demodulirati primjenom vrlo jednostavne sheme napajanja

koja daje osnovni napon, koji je onda dekodiran logičkom oznakom. Cijeli sustav je prikazan

na slici 7.6.

Slika 7.6: Shematski prikaz Reader-to-Tag podatkovne veze

Slika 7.7: Prikazuje odgovarajuće tag-to-reader aranžmane. Oznake kodiranih podataka koje se

žele poslati uzrokuju promjene u stanju impedancije antene. Čitačev CW signal se odbija od

označene antene (natječe se s ostalim refleksijama) i onda je demoduliran od strane čitača

prijemnika, a zatim dekodiran nazad u preneseni podatak.

20

Slika 7.7: Shematski prikaz tag-to-reader podatkovne veze

Iznos snage potreban za prijenos preko bežične veze kako bi se podatci uspješno prenijeli je

poznati kao link budžet. Budući da i čitač i oznaka komuniciraju, za RFID sustave postoje dva

odvojena link budžeta., jedan je povezan sa reder-to-tag komunikacijom (link budžet prema

naprijed), a jedan sa tag-to-reader (obrnuti link budžet)[6].

21

8. ZAKLJUČAK

RFID tehnologija će u mnogim privrednim granama donijeti mnoge uštede za par godina kad

postane dio svakidašnjice. Donijeti će mnogo praktičnosti i u privatni život svih ljudi kao što su

otvaranje vrata, plaćanje vozne karte, kupovina hrane i pića i cigara iz automata itd. Iako

postoji opravdani strah da ce to omogućiti laku dostupnost mnogih osobnih podataka o

korisnicima kao što su kupovne navike, podatci o kretanju skupljenih na osnovu plaćanja

voznih karata ili preko upotrebe biometrijske putovnice i mnoge druge. Zbog opasnosti

gubljenja privatnosti, poznate su mnoge grupe koje se zalažu za uporabu RFID tehnologije na

takav način da se ne može zlorabiti, odnosno da se dostojanstvo pojedinca sačuva.

22

LITERATURA[1]Neđeljko Lekić, Zoran Mijanović, Identifikacioni sistemi, osnovni udžbenik, Univerzitet

Crne Gore, Elektrotehnički fakultet, Podgorica, 2008.

[2] http://www.astro.hr/ucionica/radioastronomy/modulacije/

[3]http://info.biz.hr/typo3/typo3_01/dummy-3.8.0/index.php?id=492

[4]http://en.wikipedia.org/wiki/Radio-frequency_identification

[5]http://hr.wikipedia.org/wiki/RFID

[6] http://rfidtribe.com/index.php?option=com_content&view=article&id=423&Itemid=102

[7] http://www.cert.hr/sites/default/files/CCERT-PUBDOC-2007-01-179.pdf

[8] http://www.cisco.com/web/YU/events/expo_07/pdfs/Cisco-WiFi-based-solution.A.Vulovic.pdf

[9]Petar Šolić, Protokoli RFID EPCglobal C1G2 sustava, kvalifikacijski doktorski ispit, Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje, Sveučilište u splitu, 2001.

http://www.fesb.hr/Portals/0/docs/nastava/kvalifikacijski/kvalifikacijski_solic.pdf

[10] Ivan Parać, Planiranje naplata cestarine primjenom RFID mreže, Seminarski rad, Fakultet prometnih znanosti, Sveučilište u Zagrebu, 2010.

http://bs.scribd.com/doc/38690423/RFID-MRE%C5%BDE

[11] Krunoslav Žubrinić, Korištenje sustava za radiofrekvencijsku identifikaciju u poslovanju, Znanstveni člank, Dubrovnik, 2004.

http://bib.irb.hr/datoteka/578624.KZubrinic-Koristenje_RFID_sustava.pdf

23