編碼、調(diào)制和解調(diào)資料.ppt

2020 4 21 3 編碼 調(diào)制和解調(diào) 2020 4 21 3 1概述 1 編碼的分類 信源編碼和信道編碼 1 信源編碼 對信源信息進行加工處理 模擬數(shù)據(jù)要經(jīng)過采樣 量化和編碼變換為數(shù)字數(shù)據(jù) 為降低所需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量 在信源編碼中往往還采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù) 以提高信息傳輸?shù)挠行?2 信道編碼 將數(shù)字數(shù)據(jù)編碼成適合于在數(shù)字信道上傳輸?shù)臄?shù)字信號 并具有所需的抵抗差錯的能力 即通過相應的編碼方法使接收端能具有檢錯或糾錯能力 增強其抗干擾能力 2020 4 21 3 1概述 2 RFID系統(tǒng)的信息傳輸方向通信信息的傳輸包括讀寫器到標簽 前向鏈路 以及標簽到讀寫器 反向鏈路 兩個通信方向 3 RFID中常用的編碼方式 1 曼徹斯特 Manchester 碼 2 密勒 Miller 碼 3 脈沖間隔編碼 PulseIntervalEncoding PIE 4 FM0碼 2020 4 21 3 1概述 4 數(shù)字基帶信號常用編碼波形 2020 4 21 1 曼徹斯特碼編碼方法曼徹斯特碼也被稱為分相編碼 Split PhaseCoding 某比特位的值是由該比特長度內(nèi)半個比特周期時電平的變化 上升或下降 來表示的 在半個比特周期時的負跳變表示二進制 1 半個比特周期時的正跳變表示二進制 0 UHF頻段ISO IEC18000 6B前向鏈路采用該編碼方式 3 2曼徹斯特碼 2020 4 21 3 2曼徹斯特碼 2 曼徹斯特碼波形比較 2020 4 21 NRZ 反向不歸零編碼 NonReturnZero 用高電平表示二進制 1 低電平表示二進制 0 此碼型不宜在信道中傳輸 有直流 一般信道難于傳輸零頻附近的頻率分量 接收端判決門限與信號功率有關(guān) 不方便使用 不能直接用來提取位同步信號 因為NRZ中不含有位同步信號頻率成分 要求傳輸線有一根接地 3 2曼徹斯特碼 2020 4 21 3 曼徹斯特碼在RFID中的應用特點曼徹斯特編碼在比特長度內(nèi) 沒有變化 的狀態(tài)是不允許的 所以 在采用負載波的負載調(diào)制或者反向散射調(diào)制時 曼徹斯特編碼通常用于從電子標簽到讀寫器的數(shù)據(jù)傳輸 以利于發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e誤 當多個標簽同時發(fā)送的數(shù)據(jù)位有不同值時 則接收的上升邊和下降邊互相抵消 導致在整個比特長度內(nèi)是不間斷的負載波信號 由于該狀態(tài)不允許 所以讀寫器利用該錯誤就可以判定碰撞發(fā)生的具體位置 3 2曼徹斯特碼 2020 4 21 4 曼徹斯特編碼器 編碼器電路 3 2曼徹斯特碼 2020 4 21 曼徹斯特碼編碼器時序波形圖 3 2曼徹斯特碼 2020 4 21 3 3密勒碼 1 密勒碼編碼方法密勒 Miller 編碼在半個比特周期內(nèi)的任意邊沿表示二進制 1 而經(jīng)過下一個比特周期中不變的電平表示二進制 0 UHF頻段ISO IEC18000 6B反向鏈路可采用該編碼方式 密勒碼編碼規(guī)則 2020 4 21 密勒碼波形及與NRZ碼 曼徹斯特碼的波形關(guān)系 3 3密勒碼 2020 4 21 2 密勒編碼器 用曼徹斯特碼產(chǎn)生密勒碼的電路 3 3密勒碼 2020 4 21 3 修正的密勒碼 ISO IEC14443標準規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為106kbps 數(shù)據(jù)時鐘頻率為載波頻率的128分頻 從PCD ProximityCouplingDevice 近耦合讀寫器 向PICC ProximityIntegratedCircuitCard 近耦合集成電路卡 傳輸數(shù)據(jù)時 若使用TYPEA模式 則應采用修正的密勒碼 而用TYPEB則可直接使用NRZ 不歸零 碼 在這兩種編碼中 修正的密勒碼比較復雜 修正密勒編碼相對于米勒編碼來說 將其每個邊沿都用負脈沖代替 由于負脈沖的時間很短 可以保證在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中從高頻場中連續(xù)給電子標簽提供能量 修正密勒編碼在電感耦合的射頻識別系統(tǒng)中用于從讀寫器到電子標簽的數(shù)據(jù)傳輸 3 3密勒碼 2020 4 21 3 3密勒碼 2020 4 21 3 3密勒碼 TYPEA中定義了如下三種時序 1 時序X 該時序?qū)⒃?4 fc處產(chǎn)生一個 pause 凹槽 2 時序Y 該時序在整個位期間 128 fc 不發(fā)生調(diào)制 3 時序Z 該時序在位期間的開始時 產(chǎn)生一個 pause 2020 4 21 3 3密勒碼 其中 使能信號e用于激活編碼器電路以使其開始工作 波形a為數(shù)據(jù)時鐘 b為數(shù)據(jù)輸入端波形 它的第一位為起始位 用于送出不歸零碼0 第二位至第七位為數(shù)據(jù)信息 其后是結(jié)束位 也應以不歸零碼輸出 編碼電路要將00110100變換成修正的密勒碼編碼 從圖中可以發(fā)現(xiàn) a和b異或 模2加 后形成的波形c有一個特點 即其上升沿正好對應于X Z時序所需的 pause 的起始位置 因此 可以用c波形控制計數(shù)器的開始 以對13 56MHz時鐘計數(shù) 若按模8計數(shù) 則d波形中的 pause 脈寬應為8 13 56即0 59 s 因而可滿足TYPEA中 pause 凹槽脈沖底寬的要求 這樣 通過波形d中輸出的相應時序ZZXXYXYZY即可完成修正密勒碼的編碼 當送完數(shù)據(jù)后 拉低使能電平 編碼器停止工作 2020 4 21 4 修正密勒碼解碼器 修正密勒碼解碼器原理框圖 3 3密勒碼 2020 4 21 修正密勒碼解碼時序圖 3 3密勒碼 2020 4 21 讀寫器向電子標簽傳輸?shù)臄?shù)據(jù)編碼采用脈沖間隔編碼 PulseIntervalEnconding PIE 在PIE編碼中 通過定義脈沖下降沿之間的不同時間寬度來表示4種符號 0 1 SOF EOF Tari時間段稱為基本時間段 它為符號0的相鄰兩個脈沖之間的時間寬度 基準值為20us 100ppm UHF頻段ISO IEC18000 6C前向鏈路可采用該編碼方式 3 4脈沖間隔編碼 2020 4 21 FM0 即Bi phaseSpace 編碼的全稱為雙相間隔碼編碼 編碼原理是在一個位窗內(nèi)采用電平變化來表示邏輯 如果電平從位窗的起始處翻轉(zhuǎn) 則表示邏輯 1 如果電平除了在位窗的起始處翻轉(zhuǎn) 還在位窗中間翻轉(zhuǎn)則表示邏輯 0 一個位窗的持續(xù)時間25 s UHF頻段ISO IEC18000 6B 6C反向鏈路可采用該編碼方式 3 5FM0碼 2020 4 21 3 5FM0碼 2020 4 21 將編碼數(shù)據(jù)變換為更高頻率的脈沖串 該脈沖串的脈沖波形參數(shù)受編碼數(shù)據(jù)0和1調(diào)制 主要的調(diào)制方式為頻移鍵控FSK和相移鍵控PSK 3 6脈沖調(diào)制與解調(diào) 1 FSK FSK脈沖調(diào)制波形 2020 4 21 FSK實現(xiàn)的原理框圖 3 6脈沖調(diào)制與解調(diào) 2020 4 21 FSK解調(diào)電路原理圖 3 6脈沖調(diào)制與解調(diào) 2020 4 21 FSK解調(diào)工作原理如下 觸發(fā)器D1將輸入FSK信號變?yōu)檎}沖 觸發(fā)器D1采用74HC74 當端為高時 FSK上跳沿將Q端置高 但由于此時為低 故CL端為低 又使Q端回到低電平 Q端的該脈沖使十進計數(shù)器4017復零并可重新計數(shù) 3 6脈沖調(diào)制與解調(diào) 2020 4 21 2 PSK1和PSK2 采用PSK1調(diào)制時 若在數(shù)據(jù)位的起始處出現(xiàn)上升沿或下降沿 即出現(xiàn)1 0或0 1交替 則相位將于位起始處跳變180 而PSK2調(diào)制時 相位在數(shù)據(jù)位為1時從位起始處跳變180 在數(shù)據(jù)位為0時則相位不變 3 6脈沖調(diào)制與解調(diào) 2020 4 21 PSK調(diào)制電路 選擇相位法電路框圖 3 6脈沖調(diào)制與解調(diào) 2020 4 21 PSK解調(diào)電路 3 6脈沖調(diào)制與解調(diào) 2020 4 21 設(shè)PSK信號的數(shù)據(jù)速率為fc 2 fc為射頻載波頻率值125kHz 則加至解調(diào)器的PSK信號是125kHz 2 62 5kHz的方波信號 該PSK信號進入解調(diào)器后分為兩路 一路加至觸發(fā)器D3的時鐘輸入端 CLK 觸發(fā)器D3是位值判決電路 另一路用于形成相位差為90 的基準信號 觸發(fā)器D3的D輸入端加入的是由125kHz載波基準形成的62 5kHz基準方波信號 這樣 若觸發(fā)器的D3的時鐘與D輸入端兩信號相位差為90 或相位差不偏至0 或180 附近 則觸發(fā)器D3的Q端輸出信號即為NRZ碼 可供微控制器MCU讀入 3 6脈沖調(diào)制與解調(diào) 2020 4 21 PSK解調(diào)電路的相關(guān)波形 3 6脈沖調(diào)制與解調(diào) 2020 4 21 1 TYPEA中的副載波調(diào)制 標準幀的結(jié)構(gòu) 3 7副載波與副載波調(diào)制解調(diào) 副載波調(diào)制波形 2020 4 21 2 TYPEB中的副載波調(diào)制位編碼采用不歸零NRZ編碼 副載波調(diào)制采用BPSK方式 邏輯狀態(tài)的轉(zhuǎn)換用副載波相移180 來表示 0表示邏輯1 0 180 表示邏輯0 副載波頻率fs 847kHz 數(shù)據(jù)傳輸速率為106kbps 3 7副載波與副載波調(diào)制解調(diào) 副載波調(diào)制波形 2020 4 21 3 TYPEA中的副載波解調(diào) 1 相干解調(diào) 同步解調(diào) 2 非相干解調(diào)ASK調(diào)制時 其包絡(luò)線與基帶信號成正比 因此采用包絡(luò)檢波就可以復現(xiàn)基帶信號 這種方法無須同頻同相的副載波基準信號 3 7副載波與副載波調(diào)制解調(diào) 2020 4 21 1 正弦振蕩的載波信號調(diào)幅 調(diào)制信號 產(chǎn)生的調(diào)幅波 設(shè)上式v t 的相位角 0 積化和差 3 8正弦波調(diào)制解調(diào) 2020 4 21 2 振幅調(diào)制模型3 調(diào)幅波的頻域 3 8正弦波調(diào)制解調(diào) 2020 4 21 4 脈沖調(diào)幅波 3 8正弦波調(diào)制解調(diào) 2020 4 21 5 數(shù)字調(diào)制ASK方式的實現(xiàn)國際標準ISO14443的負