CN101359363A - 采用反向散射调制技术的射频识别系统中防侦听的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了无线通信的射频识别技术领域中，一种采用反向散射调制技术的射频识别系统中防侦听的方法。其技术方案是，当读写器向标签发送指令时，将载波信号的固定频率改变成变化频率，或者将载波信号的固定相位改变成变化相位；当读写器接收标签应答而向标签发送信号时，将载波信号的固定频率改变成变化频率，或者将载波信号的固定相位改变成变化相位；同时将载波信号的恒定幅度改变成变化幅度。通过改进读写器与标签的通信方式，能够防止第三方接收端解调出正确信号，实现射频识别系统传输过程的加密，有效提高了射频识别系统的防侦听能力，增强了射频识别系统的安全性。

Description

采用反向散射调制技术的射频识别系统中防侦听的方法

技术领域

本发明属于无线通信的射频识别技术领域，尤其是一种采用反向散射调制技术的射频识别系统中防侦听的方法。

背景技术

通信领域的RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)技术，是利用射频方式进行远距离通信达到识别物品的一种自动化物品识别技术。RFID技术与传统的条码技术相比具有数据存储量大、识读距离远、识别速度快、使用寿命长、可读写、环境适应性强、防水防磁等特点。这些优点使得其应用前景非常广阔，可以应用于工业制造、商业供应链管理、公共交通管理、商品防伪、身份识别、动物识别、门禁管理以及安全和军事物流等众多领域。随着其应用范围的扩大，数据安全是必须要解决的一个问题，目前使用的安全算法主要是在芯片端进行一定的密钥认证，对通信过程没有任何加密措施。如图1所示，一个典型的射频识别系统包括标签(射频卡)、读写器(射频收发机)和主机控制系统。远距离无源射频识别系统中的标签从读写器发射的电磁波中恢复电源，并利用反向散射调制技术实现向读写器传送数据，该通信过程是完全开放的。

现有的通过反向散射调制技术进行通信的射频识别系统中，读写器在向标签发送指令时，其信号的频率是固定的。通过这种方式发送信号，载波的频率和相位是固定不变的。这样就给第三方接收端的解调提供了方便，它可以采用相干解调方式解调出读写器与标签之间的通信信号。比如，读写器欲发送的原始信号是A，载波是cos(wt+θ)，调制后的信号是Acos(wt+θ)；第三方解调时，引入相干信号，即本地同频同相载波cos(wt+θ)，利用乘法器，经过运算： $A\cos (\mathrm{wt}+\mathrm{\θ})\cos (\mathrm{wt}+\mathrm{\θ})=A\frac{1+\cos (2\mathrm{wt}+2\mathrm{\θ})}{2}=\frac{A}{2}+\frac{A+\cos (2\mathrm{wt}+2\mathrm{\θ})}{2},$ 再利用低通滤波器将高频信号滤除，即可得到原始信号A。

同时，现有的通过反向散射调制技术进行通信的射频识别系统中，读写器在接收标签的应答信号时，会向标签发送恒幅载波，这时第三方接收端的解调更加方便，采用相干或非相干方式解调，都可以获得标签的应答信号。

综上所述，如果不对读写器和标签的传输过程进行加密处理，其信号很容易被侦听，而目前针对射频识别系统的加密技术都是基于读写器与标签相互认证的方法，无法解决传输过程中第三方侦听的问题。

发明内容

本发明的目的是，现有的通过反向散射调制技术进行通信的射频识别系统中，通过对读写器与标签的通信方式进行改进，从而防止第三方接收端解调出正确信号，实现采用反向散射调制技术进行通信的射频识别系统传输过程的保密。

本发明的技术方案是，一种采用反向散射调制技术的射频识别系统中防侦听的方法，其特征是，所述方法包括：

当读写器向标签发送指令时，将载波信号的固定频率改变成变化频率；或者将载波信号的固定相位改变成变化相位；

当读写器接收标签应答而向标签发送信号时，将载波信号的固定频率改变成变化频率，或者将载波信号的固定相位改变成变化相位；同时将载波信号的恒定幅度改变成变化幅度。

所述当读写器向标签发送指令时，将载波信号的固定频率改变成变化频率，是通过读写器的基带电路，控制本振模块，使本振模块产生的载波信号的固定频率变成变化的频率。

所述当读写器向标签发送指令时，将载波信号的固定相位改变成变化相位，是通过读写器的基带电路，控制本振模块，使本振模块产生的载波信号的固定相位变成变化的相位；

或者通过读写器的基带电路，控制调制器中的上变频模块，使上变频模块中的载波信号的固定相位变成变化的相位。

所述当读写器接收标签应答而向标签发送信号时，将载波信号的固定频率改变成变化频率，是通过读写器的基带电路，控制本振模块，使本振模块产生的载波信号的固定频率变成变化的频率。

所述当读写器接收标签应答而向标签发送信号时，将载波信号的固定相位改变成变化相位，是通过读写器的基带电路，控制本振模块，使本振模块产生的载波信号的固定相位变成变化的相位；

或者通过读写器的基带电路，控制调制器中的上变频模块，使上变频模块中的载波信号的固定相位变成变化的相位。

所述将载波信号的恒定幅度改变成变化幅度，是通过读写器的基带电路，控制调制器中的上变频模块，使上变频模块中的载波信号的恒定幅度变成变化的幅度。

本发明在采用反向散射调制技术进行通信的射频识别系统中，通过改进读写器与标签的通信方式，避免了第三方接收端采用相干或者非相干解调方式获得传输信息的风险，实现了射频识别系统传输过程的保密，增强了射频识别系统的安全性，有效提高了射频识别系统的防侦听能力。

附图说明

图1是射频识别系统的结构图。图1中，读写器101、收发隔离模块102、天线103、发射信号104、应答信号105。

图2是射频识别系统读写器工作原理图。图2中，基带电路201、本振模块202、调制器203、功率放大器204、收发隔离205、解调器206，增益控制信号211、原始信号212、解调信号213、调制信号214、射频信号215、应答信号216、载波信号217、本振控制信号218。

图3是本发明的仿真结果对比图。图3中，(a)为标签应答信号(b)为本地读写器发射的频率或者相位不断变化的干扰信号(c)为第三方接收端可能解调出的信号(d)为本地读写器解调出的标签应答信号。

具体实施方式

下面结合附图，对具体实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图1是射频识别系统的结构图。图中，读写器101包括发射电路和接收电路，发射电路和接收电路被收发隔离模块102隔离，天线103用于向标签发送发射信号104和接收从标签返回的应答信号105，读写器通过RS232、RS485等接口与主机控制系统相连接。

图2是射频识别系统读写器工作原理图。图中，基带电路201通过本振控制信号218控制本振模块202。本振模块202产生载波信号，可以通过频率综合器实现。本振模块202产生的载波信号217，一路进入调制器203，一路进入解调器206。基带电路201将原始信号212送入调制器203，调制器203将原始信号212加入载波信号217生成调制信号214；同时，基带电路201，通过增益控制信号211，对调制器和功率放大器的增益进行控制；调制信号214，经功率放大器204放大，转成射频信号215经收发隔离模块205，从读写器发送出去。收发隔离模块205将收到的应答信号216，送入解调器206；解调器结合载波信号217，对应答信号216解调；之后，将处理的解调信号213送入基带电路201，进行还原处理。在读写器向标签发送指令时，载波信号217的频率和相位是固定的，这使得读写器通过收发隔离模块205，发送的射频信号215的频率和相位也是固定的，这为第三方接收端采用相干方式解调射频信号215提供了可能。另外，在读写器接收标签应答信号216时，读写器要向标签发送恒幅载波，这时的射频信号215，不但其频率和相位是固定的，而且其振幅也是固定的，这使得第三方可以使用相干或者非相干的方式解调出应应答信号。

针对本发明提出的具体实施方案是：在读写器向标签发送指令时，通过基带电路201，控制本振模块202，使其产生频率不断变化的载波信号，或者使其产生相位不断变化的载波信号；还可以通过基带电路201，控制调制器203中的上变频模块，使载波信号217的固定相位改变成不断变化的相位。这样就使得原始信号212在加入载波信号217后，形成频率或者相位不断变化的调制信号214，调制信号214经功率放大器204放大，从读写器发送出去的射频信号215的频率或者相位也是在不断变化的。

另一方面，在读写器接收标签应答信号216时，通过基带电路201，控制本振模块202，使其产生频率不断变化的载波信号217，或者使其产生相位不断变化的载波信号217；还可以通过基带电路201，控制调制器203中的上变频模块，使载波信号217的固定相位改变成不断变化的相位；同时，通过基带电路201，控制调制器203中的上变频模块，使载波信号217的恒定幅度改变成不断变化的幅度。这样就使得原始信号在加入载波信号217后，形成频率或者相位不断变化且幅度也不固定的调制信号214，调制信号214经功率放大器204放大，从读写器发送出去的射频信号215的频率或者相位也是在不断变化，并且幅度也不固定。

图3是本发明的仿真结果对比图。图3中，(a)是标签的应答信号，也就是需要正确接收的信号，(b)为按照本发明提供的方法中，本地读写器发射的频率或者相位不断变化的干扰信号，它起到了防止第三方接收端解调出正确信号。(c)为第三方接收端可能解调出的信号，这个信号与标签发射的信号有非常大的差别，就是说标签的发射信号已经不可知了。(d)为本地读写器解调出的标签应答信号，这是本地接收端在消除掉了本地发送的干扰信号之后得到的标签应答信号，与标签发射信号相近，也就是说本地发送的频率或者相位变化的干扰信号在防止第三方解调出有效信号的同时没有影响到本地的正确接收。仿真证明：本发明能够在不影响本地接收的情况下有效防止第三方接收端解调出正确信号。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1、一种采用反向散射调制技术的射频识别系统中防侦听的方法，其特征是，所述方法包括：

当读写器向标签发送指令时，将载波信号的固定频率改变成变化频率；或者将载波信号的固定相位改变成变化相位；

当读写器接收标签应答而向标签发送信号时，将载波信号的固定频率改变成变化频率，或者将载波信号的固定相位改变成变化相位；同时将载波信号的恒定幅度改变成变化幅度。

2、根据权利要求1所述的一种采用反向散射调制技术的射频识别系统中防侦听的方法，其特征是，所述当读写器向标签发送指令时，将载波信号的固定频率改变成变化频率，是通过读写器的基带电路，控制本振模块，使本振模块产生的载波信号的固定频率变成变化的频率。

3、根据权利要求1所述的一种采用反向散射调制技术的射频识别系统中防侦听的方法，其特征是，所述当读写器向标签发送指令时，将载波信号的固定相位改变成变化相位，是通过读写器的基带电路，控制本振模块，使本振模块产生的载波信号的固定相位变成变化的相位；

或者通过读写器的基带电路，控制调制器中的上变频模块，使上变频模块中的载波信号的固定相位变成变化的相位。

4、根据权利要求1所述的一种采用反向散射调制技术的射频识别系统中防侦听的方法，其特征是，所述当读写器接收标签应答而向标签发送信号时，将载波信号的固定频率改变成变化频率，是通过读写器的基带电路，控制本振模块，使本振模块产生的载波信号的固定频率变成变化的频率。

5、根据权利要求1所述的一种采用反向散射调制技术的射频识别系统中防侦听的方法，其特征是，所述当读写器接收标签应答而向标签发送信号时，将载波信号的固定相位改变成变化相位，是通过读写器的基带电路，控制本振模块，使本振模块产生的载波信号的固定相位变成变化的相位；

或者通过读写器的基带电路，控制调制器中的上变频模块，使上变频模块中的载波信号的固定相位变成变化的相位。

6、根据权利要求1所述的一种采用反向散射调制技术的射频识别系统中防侦听的方法，其特征是，所述将载波信号的恒定幅度改变成变化幅度，是通过读写器的基带电路，控制调制器中的上变频模块，使上变频模块中的载波信号的恒定幅度变成变化的幅度。

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