ГОСТ Р ИСО/МЭК 18000-62-2014. Национальный стандарт Российской Федерации. Информационные технологии. Идентификация радиочастотная для управления предметами. Часть 62. Параметры радиоинтерфейса для связи в диапазоне частот 860 - 960 МГц, тип B

6. Система радиочастотной идентификации типа B

6.1. Физический уровень и кодирование данных

6.1.1. Форма сигнала при включении устройства опроса

Форма сигнала при включении устройства опроса должна соответствовать рисунку 1 и таблице 5.

Рисунок 1 - Форма сигнала при включении устройства опроса

Таблица 5

Значения параметров сигнала при включении устройства опроса

Параметр	Минимальное значение	Максимальное значение
Tcs	-	1500 мкс
Tcr	1 мкс	500 мкс
Cht	-	10%
Clt	-	1%

6.1.2. Форма сигнала при выключении устройства опроса

При падении уровня несущей частоты ниже допустимого для Cht предела форма сигнала выключения устройства опроса должна монотонно убывать в течение времени Tcf как показано на рисунке 2 и согласно таблице 6.

Рисунок 2 - Форма огибающей сигнала

при выключении устройства опроса

Таблица 6

Временные характеристики формы сигнала

при выключении устройства опроса

Параметр	Минимальное значение	Максимальное значение
Tcf	1 мкс	500 мкс
Cht	-	+/- 5% от установившегося уровня (100%)
Clt	-	1%

6.1.3. Время нарастания и спада скачков несущей частоты

Когда устройство опроса работает в режиме FHSS, время нарастания и спада сигнала несущей должно соответствовать характеристикам, приведенным на рисунке 3 и в таблице 7. Время выполнения скачка частоты устройства опроса должно быть не более 30 мкс (для гарантии того, что скачок частоты не вызовет изменения состояния радиочастотной метки). Длительность скачка частоты измеряется от начала интервала времени Tfhf до конца интервала времени Tfhr.

Примечание - Пульсация должна быть в пределах +/- 5% от установившегося уровня (100%).

Рисунок 3 - Характеристики нарастания и спада несущей

в режиме FHSS

Таблица 7

Временные характеристики нарастания и спада несущей

в режиме FHSS

Параметр	Минимальное значение	Максимальное значение
T_fhr	-	30 мкс
T_fhs	400 мкс	-
T_fhf	-	30 мкс

6.1.4. Двухуровневое кодирование с переходом на нуле (FM0) в обратной линии связи

6.1.4.1 Общие сведения о кодировании FM0 в обратной линии связи

Радиочастотная метка передает информацию с помощью модуляции энергии сигнала, поступающего от устройства опроса, и отражения ее в направлении устройства опроса (обратное рассеяние).

6.1.4.2 Модуляция

Отражательная способность радиочастотной метки переключается между двумя состояниями. Нормальным является состояние "space", в котором радиочастотная метка питается энергией устройства опроса и может получать и декодировать сигналы прямого канала связи. Состояние "mark" является альтернативным, создаваемым изменением конфигурации или нагрузки антенны.

6.1.4.3 Скорость передачи данных

Скорость передачи данных по обратной линии связи "радиочастотная метка - устройство опроса", 40 или 160 Кбит/с, выбирают при настройке радиочастотной метки. Устройство опроса должно принимать и декодировать ответ радиочастотной метки независимо от скорости передачи данных, не получая предварительной информации о настройках радиочастотной метки, что необходимо для обработки неоднородного множества радиочастотных меток.

6.1.4.4 Кодирование данных

Данные кодируются методом, называемым двухуровневым кодированием с переходом на нуле (кодированием FM0).

Период передачи каждого символа имеет постоянную длительность Trlb, указанную в таблице 8. При кодировании FM0 изменение уровня сигнала происходит на каждой границе бита, а при передаче сигнала логического '0' также и в середине бита.

Таблица 8

Параметры обратной линии связи

Скорость передачи данных	Trlb	Погрешность	Примечание
40 Кбит/с	25 мкс	+/- 15%	Радиочастотная метка настроена на передачу данных по обратной линии связи со скоростью 40 Кбит/с
160 Кбит/с	6,25 мкс	+/- 15%	Радиочастотная метка настроена на передачу данных по обратной линии связи со скоростью 160 Кбит/с

Кодирование данных начинается со старшего бита (MSB). На рисунке 4 приведено кодирование 8 бит байта B1 (шестнадцатеричное представление).

Кодирование данных FMO

Кодирование начинается со старшего бита (MSB)

для байта 10110001 = 'B1'

Рисунок 4 - Кодирование данных в обратной линии связи

"радиочастотная метка - устройство опроса"

6.1.4.5 Формат сообщения

Сообщение обратного канала связи состоит из n бит данных, которым предшествует заголовок (преамбула). Передача данных начинается со старшего бита (MSB).

Заголовок позволяет устройству опроса синхронизироваться с тактовой частотой радиочастотной метки и начать декодирование сообщения. Заголовок состоит из 16 бит (см. рисунок 5) и имеет многочисленные нарушения кода (последовательности переходов уровней сигнала не соответствуют правилам кодирования FM0), которые действуют как маркер фрейма при переходе от заголовка к данным.

Примечание - Верхний уровень сигнала соответствует высокой отражательной способности радиочастотной метки, а нижний - низкой отражательной способности.

Рисунок 5 - Форма сигнала заголовка

6.1.4.6 Заголовок сообщения обратной линии связи

Заголовок сообщения обратной линии связи - это последовательность модулированных сигналов обратного рассеяния (см. рисунок 5).

Переключение модулятора радиочастотной метки из состояния высокого импеданса в состояние низкого импеданса вызывает изменение энергии сигнала обратного рассеяния (см. рисунок 6).

Рисунок 6 - Кодирование битов в обратной линии связи

На рисунке показан сигнал обратного рассеяния, состоящий из такта низкого и такта высокого уровня отраженной меткой мощности.

6.1.4.7 Контроль циклическим избыточным кодом (CRC)

6.1.4.7.1 Общие сведения о коде CRC

После получения команды от устройства опроса радиочастотная метка проверяет правильность значения контрольной суммы или кода CRC. Если контрольная сумма или код CRC оказались неправильными, радиочастотная метка игнорирует данный фрейм, не отвечая и не выполняя никаких действий.

6.1.4.7.2 16-битовый код CRC-16 линии связи "устройство опроса - радиочастотная метка"

6.1.4.7.2.1 Общие сведения о коде CRC-16 линии связи "устройство опроса - радиочастотная метка"

16-битовый код CRC вычисляется по всем битам передаваемой команды, начиная с первого бита после начала фрейма (SOF) до первого бита кода CRC.

Для вычисления кода CRC используется полином: x¹⁶ + x¹² + x⁵ + 1. В 16-битовый регистр предварительно загружается начальное шестнадцатеричное значение 'FFFF'. Окончательное значение кода CRC инвертируется, присоединяется к концу пакета данных и передается.

Старший байт передается первым. Старший бит каждого байта передается первым.

Примечание - Возможная схема реализации приведена в приложении A.

Контроль избыточным циклическим кодом может быть реализован одним из двух приведенных ниже способов.

6.1.4.7.2.2 Прием радиочастотной меткой битов кода CRC с инверсией

Радиочастотная метка инвертирует полученные биты кода CRC, которые затем вводятся в регистр. После ввода в регистр младшего бита кода CRC, 16-битовый CRC-регистр должен содержать только нули.

6.1.4.7.2.3 Прием радиочастотной меткой битов кода CRC без инверсии

Если до ввода в регистр полученные биты кода CRC не инвертированы, то после ввода в регистр младшего бита кода CRC, 16-битовый CRC-регистр будет содержать значение 0x1D0F (шестнадцатеричное представление).

6.1.4.7.3 16-битовый код CRC-16 линии связи "радиочастотная метка - устройство опроса"

6.1.4.7.3.1 Общие сведения о коде CRC-16 линии связи "радиочастотная метка - устройство опроса"

16-битовый код CRC вычисляется по всем битам данных до первого бита кода CRC.

Для вычисления кода CRC применяется полином x¹⁶ + x¹² + x⁵ + 1. 16-битовый регистр предварительно загружается значением FFFF_h (шестнадцатеричное представление). Полученное значение кода CRC инвертируется, присоединяется к концу пакета данных и передается.

Старший байт передается первым (см. таблицу 9). Старший бит каждого байта передается первым.

Таблица 9

Правила передачи битов и байтов кода CRC-16

Старший байт (MSByte)		Младший байт (LSByte)
MSB	LSB	MSB	LSB
Код CRC-16 (8 бит)		Код CRC-16 (8 бит)
первый передаваемый бит инвертированного кода CRC

Рекомендуется, чтобы после получения ответа радиочастотной метки устройство опроса проверяло правильность значения кода CRC. Разработчик устройства опроса должен предусмотреть соответствующие корректирующие действия на случай, если значение кода CRC окажется неправильным.

Примечание - Возможная схема реализации приведена в приложении A.

Контроль избыточным циклическим кодом может быть реализован одним из двух приведенных ниже способов.

6.1.4.7.3.2 Прием устройством опроса битов кода CRC с инверсией

Поступающие на вход устройства опроса биты кода CRC инвертируются, а затем вводятся в регистр. После ввода в регистр младшего бита кода CRC 16-битовый регистр CRC должен содержать только нули.

6.1.4.7.3.3 Прием устройством опроса битов кода CRC без инверсии

Если до ввода в регистр полученные биты кода CRC не были инвертированны, то после ввода в регистр младшего бита кода CRC 16-битовый регистр кода CRC будет содержать значение 1D0F_h (шестнадцатеричное представление).

6.1.5. Манчестерское кодирование в прямой линии связи

6.1.5.1 Модуляция сигнала несущей частоты

Передача данных от устройства опроса к радиочастотной метке реализуется за счет модуляции сигнала несущей методом амплитудной манипуляции (ASK). Кодирование данных выполняется путем генерации импульсов, которые образуют манчестерский код (см. рисунки 7 и 8, таблицы 10 и 11).

Рисунок 7 - 100%-ная модуляция

(пример сигнала при скорости передачи 40 Кбит/с)

Таблица 10

Параметры для 100%-ной модуляции

Параметр	Минимальное значение	Номинальное значение	Максимальное значение
Mi = (A - B)/(A + B)	90%	100%	100%
Ma	0	-	0,03 (A - B)
Mb	0	-	0,03 (A - B)
Tr	0 мкс	1,8 мкс	0,1/f_Datarate <1>
Tf	0 мкс	1,8 мкс	0,1/f_Datarate
Примечание - Tr и Tf измеряются от 10% (A - B) до 90% (A - B).

--------------------------------

<1> f_Datarate - частота передачи данных.

Рисунок 8 - 18%-ная модуляция

(пример сигнала при скорости передачи 8 Кбит/с)

Таблица 11

Параметры для 18%-ной модуляции

Параметр	Минимальное значение	Номинальное значение	Максимальное значение
Mi = (A - B)/(A + B)	15%	18%	20%
Ma	0	-	0,05 (A - B)
Mb	0	-	0,05 (A - B)
Tr	0 мкс	-	0,17/f_Datarate <1>
Tf	0 мкс	-	0,17/f_Datarate
Примечание - Tr и Tf измеряются от 10% (A - B) до 90% (A - B).

--------------------------------

<1> f_Datarate - частота передачи данных.

6.1.5.2 Кодирование бита данных в прямой линии связи

Манчестерское кодирование данных выполняется в соответствии с рисунком 9.

Логический '0' = '0' манчестерского кода, переход от 0 к 1

Логическая '1' = '1' манчестерского кода, переход от 1 к 0

Рисунок 9 - Кодирование бита данных в прямой линии связи

6.1.6. Концепция протокола

Данные кодируются и представляются в виде сигналов с несколько отличающейся структурой. В прямой линии связи ("устройство опроса - радиочастотная метка") данные передаются с использованием полной амплитудной манипуляции OOK (on-off keying). Включенное радиочастотное поле соответствует значению '1', а выключенное - значению '0'. Коэффициент модуляции Mi определен в 6.1.5.1. В манчестерском кодировании единица представляется переходом от '1' к '0', а ноль - переходом от '0' к '1'.

Для осуществления связи по обратной линии ("радиочастотная метка - устройство опроса") данные передаются за счет обратного рассеяния. При этом необходимо, чтобы устройство опроса обеспечивало стабильное питание радиочастотной метки, которая периодически изменяет эффективное входное сопротивление (импеданс) своих входных цепей, меняя тем самым свою общую отражательную способность, воспринимаемую устройством опроса. Во время сеанса связи по обратной линии устройство опроса не модулирует несущий сигнал. Во время интервала ожидания, когда радиочастотная метка записывает данные в свою память, устройство опроса также обеспечивает ее стабильное питание и не модулирует сигнал несущей.

Порядок обмена командами и данными между устройством опроса и радиочастотной меткой в обоих направлениях определяется протоколом обмена данными.

Протокол основан на схеме "устройство опроса инициирует связь" ("interogator talks first"), согласно которому ни одна радиочастотная метка не начинает передачу (модулирование сигнала) до получения и правильного декодирования команды устройства опроса.

Обмен данными происходит при передаче команд устройства опроса радиочастотной метке и во время ответа радиочастотной метки устройству опроса.

Условия, при которых радиочастотная метка передает ответ, указаны в 6.2.7.

Каждая команда и ответ представляют собой фреймы данных, которые определены в 6.1.7 и 6.1.8.

Каждая команда состоит из следующих полей:

- признака заголовка (модуляция радиочастотной несущей отсутствует);

- заголовка;

- разделителя;

- кода команды;

- полей параметров (в зависимости от команды);

- полей данных применения (в зависимости от команды);

- кода CRC-16.

Каждый ответ радиочастотной метки состоит из следующих полей:

- паузы (модуляция радиочастотной несущей отсутствует);

- заголовка ответа;

- полей данных применения;

- кода CRC-16.

Протокол является бит-ориентированным. Количество битов, передаваемых во фрейме, кратно восьми (8), то есть соответствует целому числу байтов. При этом наличие в структуре фрейма целого числа байтов не является необходимым для его регистрации.

Передача любых байтовых полей должна осуществляться, начиная со старшего бита (то есть MSB передается первым) и заканчивая младшим битом (то есть LSB передается последним). При передаче полей данных, состоящих из 8-байтовых слов, первым передается старший байт (MSByte).

Место нахождения в памяти старшего байта (MSByte) указывает его адрес. Адрес младшего байта (LSByte) в памяти соответствует значению указанного адреса, увеличенному на 7 (то есть передача байтов осуществляется в порядке увеличения адреса передаваемого байта).

Порядок старшинства байтов соответствует порядку их передачи, а также порядку их сравнения ("больше чем" или "меньше чем") по командам GROUP_SELECT и GROUP_UNSELECT.

Старший байт (MSByte) байтовой маски соответствует старшему байту данных по указанному адресу.

В полях 8-байтовых слов адреса не должны соответствовать границам слов и могут указывать на произвольный байт.

Значения битов и байтов, зарезервированных для использования в будущем (RFU), должны быть установлены на ноль ('0').

6.1.7. Формат команды

6.1.7.1 Общие сведения о формате команды

Формат команды (см. рисунок 10) состоит из следующих полей:

- признака заголовка;

- заголовка;

- разделителя;

- кода команды;

- полей параметров и данных;

- кода CRC-16.

Признак заголовка

Заголовок

Разделитель

Код команды

Параметры

Данные

Код CRC-16

Рисунок 10 - Общий формат команды

6.1.7.2 Поле признака заголовка

Поле признака заголовка состоит из постоянного (немодулированного) сигнала несущей частоты, передаваемого в течение не менее 400 мкс, что соответствует времени передачи 16 бит со скоростью 40 Кбит/с.

6.1.7.3 Поле заголовка

Поле заголовка эквивалентно 9 битам манчестерского '0' в формате NRZ (без возврата к нулю).

010101010101010101

6.1.7.4 Ограничители

6.1.7.4.1 Общие сведения об ограничителях

Определены четыре ограничителя.

6.1.7.4.2 Начальный ограничитель 1

В формате NRZ с нарушениями манчестерского кода и игнорированием пробелов начальный ограничитель 1 имеет следующий вид:

11 00 11 10 10 - Ограничитель 1

6.1.7.4.3 Начальный ограничитель 2

В формате NRZ с нарушениями манчестерского кода и игнорированием пробелов начальный ограничитель 2 имеет следующий вид:

01 01 11 00 11 - Ограничитель 2

Указанный начальный ограничитель зарезервирован для использования в будущем.

6.1.7.4.4 Начальный ограничитель 3

В формате NRZ с нарушениями манчестерского кода и игнорированием пробелов начальный ограничитель 3 имеет следующий вид:

00 11 10 01 01 - Ограничитель 3

Указанный начальный ограничитель зарезервирован для использования в будущем.

6.1.7.4.5 Начальный ограничитель 4

В формате NRZ с нарушениями манчестерского кода и игнорированием пробелов начальный ограничитель 4 имеет следующий вид:

11 01 11 00 10 1 - Ограничитель 4

Ограничитель 4 поддерживает все команды, как и ограничитель 1, но при этом скорость передачи данных по обратной линии связи в четыре раза выше скорости передачи данных по прямой линии связи. Поддерживаемые скорости передачи данных указаны в разделе 5.

6.1.7.5 Код CRC-16

См. приложение A.

6.1.8. Формат ответа

6.1.8.1 Общие сведения о формате ответа

Ответ радиочастотной метки состоит из следующих полей (см. рисунок 11):

- паузы;

- заголовка ответа;

- данных;

- кода CRC-16.

Пауза

Заголовок ответа

Данные

Код CRC-16

Рисунок 11 - Общий формат ответа

Для передачи данных устройству опроса радиочастотная метка использует принцип обратного рассеяния. Во время сеанса связи с радиочастотной меткой устройство опроса постоянно передает ей энергию для питания и принимает ее ответ в виде сигнала обратного рассеяния. Так осуществляется передача всех полей ответа по обратной линии связи.

6.1.8.2 Пауза

Радиочастотная метка не должна модулировать сигнал обратного рассеяния в течение следующего интервала времени:

16 * T_{return data rate} - 0,75 * T_{forward data rate} <1>.

--------------------------------

<1> T_{return data rate} - период передачи данных по обратной линии связи;

T_{forward data rate} - период передачи данных по прямой линии связи.

Длительность паузы определяется, главным образом, скоростью передачи данных по обратной линии связи.

6.1.8.3 Код CRC-16

См. приложение A.

6.1.9. Ожидание (WAIT)

Получив команду записи, радиочастотная метка должна выполнить операцию записи информации (условия осуществления записи приведены в 6.2.7.9.11). При выполнении операции записи вся последовательность передаваемых полей всегда должна заканчиваться полем интервала ожидания.

Во время интервала ожидания, когда радиочастотная метка осуществляет процесс записи данных в память EEPROM <1>, устройство опроса должно обеспечивать питание метки постоянным сигналом. В это время не должно быть передачи данных в режиме полной амплитудной манипуляции OOK (on-off keying).

--------------------------------

<1> EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) - электрически стираемое перепрограммируемое программное запоминающее устройство (ЭСППЗУ).

6.1.10. Примеры пакетов команд

Примеры пакетов команд приведены на рисунках 12 и 13.

Рисунок 12 - Пример пакетов команды GROUP_SELECT

и ответа на команду (при скорости передачи данных

по прямой и обратной линиям связи 40 Кбит/с)

Рисунок 13 - Пример пакетов команды WRITE

и ответа на команду (при скорости передачи данных

по прямой и обратной линиям связи 40 Кбит/с)

6.1.11. Коммуникационный обмен на пакетном уровне

На рисунках 14 и 15 приведены примеры коммуникационного обмена на пакетном уровне. На рисунке 14 указана последовательность пакетов, включающая в себя команду записи WRITE. Последовательность содержит интервал ожидания, который предоставляет микросхеме время, необходимое для завершения операции записи. Кроме того, после окончания интервала ожидания устройство опроса посылает сигнал повторной синхронизации радиочастотной метки. Этот сигнал состоит из 10 последовательных сигналов '01'. Целью повторной синхронизации является инициализация цепей восстановления данных радиочастотной метки, так как во время интервала ожидания паразитные излучения устройства опроса могут вызвать сбои в настройках радиочастотной метки.

Действие	КОМАНДА	ОТВЕТ	ОЖИДАНИЕ ЗАПИСИ	ПОВТОРНАЯ СИНХРОНИЗАЦИЯ РАДИОЧАСТОТНОЙ МЕТКИ	КОМАНДА	ОТВЕТ
Действующий компонент	Устройство опроса	Радиочастотная метка	Устройство опроса	Устройство опроса	Устройство опроса	Радиочастотная метка
Примечания	-	-	Не менее 15 мс	Десять сигналов '01'	-	-

Рисунок 14 - Последовательность пакетов без скачка частоты,

включающая команду записи

Действие	КОМАНДА	ОТВЕТ	СКАЧОК	ПОВТОРНАЯ СИНХРОНИЗАЦИЯ РАДИОЧАСТОТНОЙ МЕТКИ	КОМАНДА	ОТВЕТ
Действующий компонент	Устройство опроса	Радиочастотная метка	Устройство опроса	Устройство опроса	Устройство опроса	Радиочастотная метка
Примечания	-	-	< 26 мкс	Десять сигналов '01'	-	-

Рисунок 15 - Последовательность пакетов команд

со скачком частоты между ответом и следующей командой

На рисунке 15 приведена последовательность пакетов, включающая в себя скачок частоты между командами, после которого требуется сигнал повторной синхронизации радиочастотной метки, так как во время скачка могут генерироваться паразитные сигналы.

Для гарантии того, что настройки радиочастотных меток не будут сбиты, следует избегать скачков частоты между командой и ответом.