第七章 編碼及調(diào)制--1

1、第七章 編碼與調(diào)制 RFID RFID系統(tǒng)的核心功能是實(shí)現(xiàn)讀寫器與電子標(biāo)簽之間系統(tǒng)的核心功能是實(shí)現(xiàn)讀寫器與電子標(biāo)簽之間的信息傳輸。以讀寫器向電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸為例，被的信息傳輸。以讀寫器向電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸為例，被傳輸?shù)男畔⒎謩e需要經(jīng)過讀寫器中的信號編碼、調(diào)制，傳輸?shù)男畔⒎謩e需要經(jīng)過讀寫器中的信號編碼、調(diào)制，然后經(jīng)過傳輸介質(zhì)（無線信道），以及電子標(biāo)簽中的解然后經(jīng)過傳輸介質(zhì)（無線信道），以及電子標(biāo)簽中的解調(diào)和信號解碼。本章將具體介紹調(diào)和信號解碼。本章將具體介紹RFIDRFID系統(tǒng)常用的編碼和系統(tǒng)常用的編碼和調(diào)制方法。調(diào)制方法。7.1 RFID系統(tǒng)的通信過程 數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳輸信息的

2、通信系統(tǒng)，如圖所示。數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳輸信息的通信系統(tǒng)，如圖所示。 信源編碼與信源譯碼的目的是提高信息傳輸?shù)挠行砸约巴瓿尚旁淳幋a與信源譯碼的目的是提高信息傳輸?shù)挠行砸约巴瓿赡Ｄ? /數(shù)轉(zhuǎn)換等；信道編碼與信道譯碼的目的是增強(qiáng)信號的抗干擾能數(shù)轉(zhuǎn)換等；信道編碼與信道譯碼的目的是增強(qiáng)信號的抗干擾能力，提高傳輸?shù)目煽啃?；?shù)字調(diào)制是改變載波的某些參數(shù)，使其按力，提高傳輸?shù)目煽啃?；?shù)字調(diào)制是改變載波的某些參數(shù)，使其按照將要傳輸信號的特點(diǎn)變化而變化的過程，通過將數(shù)字基帶信號的照將要傳輸信號的特點(diǎn)變化而變化的過程，通過將數(shù)字基帶信號的頻譜搬移到高頻處，形成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘?。頻譜搬移到高

3、頻處，形成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘枴?7.1 RFID系統(tǒng)的通信過程 在在RFIDRFID系統(tǒng)中，讀寫器和電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸方式與基本系統(tǒng)中，讀寫器和電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸方式與基本的數(shù)字通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類似。讀寫器與電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸是雙的數(shù)字通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類似。讀寫器與電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸是雙向，這里以讀寫器向電子標(biāo)簽傳輸數(shù)據(jù)為例說明其通信過程。讀寫向，這里以讀寫器向電子標(biāo)簽傳輸數(shù)據(jù)為例說明其通信過程。讀寫器中信號經(jīng)過信號編碼、調(diào)制器及傳輸介質(zhì)（無線信道），以及電器中信號經(jīng)過信號編碼、調(diào)制器及傳輸介質(zhì)（無線信道），以及電子標(biāo)簽中的解調(diào)器和信號譯碼等處理，如圖所示子標(biāo)簽中的解調(diào)器和信號

4、譯碼等處理，如圖所示。 RFID系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)框圖（以讀寫器向電子標(biāo)簽發(fā)送數(shù)據(jù)為例） 7.1 RFID系統(tǒng)的通信過程1.解碼與編碼 信號編碼的作用是對發(fā)送端要傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行編碼，使傳輸信號與信道相匹配，防止信息受到干擾或發(fā)生碰撞。根據(jù)編碼目的不同，可分為信源編碼和信道編碼。1）信源編碼與信源解碼 信源編碼是對信源輸出的信號進(jìn)行變換，信源解碼是信源編碼的逆過程。在RFID系統(tǒng)中，當(dāng)電子標(biāo)簽是無源標(biāo)簽時(shí)，經(jīng)常要求基帶編碼在每兩個(gè)相鄰數(shù)據(jù)位元間具有跳變的特點(diǎn)，相鄰數(shù)據(jù)間的碼跳變不僅可以在連續(xù)出現(xiàn)“0”時(shí)保證對電子標(biāo)簽的能量供應(yīng)，且便于電子標(biāo)簽從接收碼中提取時(shí)鐘信息。2）信道編碼與信道解碼 信道編碼是對

5、信源編碼器輸出的信號進(jìn)行再變換，目的是前向糾錯(cuò)，是為了區(qū)分通路、適應(yīng)信道條件以及提高通信可靠性而進(jìn)行的編碼。數(shù)字信號在信道傳輸時(shí)會受到噪聲等因素影響引起差錯(cuò)，為了減少差錯(cuò)，發(fā)送端的信道編碼器對信號碼元按一定的規(guī)則加入保護(hù)成分（監(jiān)督元），組成抗干擾編碼。接收端的信道編碼器按相應(yīng)的逆規(guī)則進(jìn)行解碼，從而發(fā)現(xiàn)或糾正錯(cuò)誤，提高傳輸可靠性。7.1 RFID系統(tǒng)的通信過程2.調(diào)制與解調(diào) 調(diào)制器用于改變高頻載波信號，使得載波信號的振幅、頻率或相調(diào)制器用于改變高頻載波信號，使得載波信號的振幅、頻率或相位與要發(fā)送的基帶信號相關(guān)。解調(diào)器的作用是解調(diào)獲取到的信號，位與要發(fā)送的基帶信號相關(guān)。解調(diào)器的作用是解調(diào)獲取到的信

6、號，以重現(xiàn)基帶信號。信號需要調(diào)制的因素包括：以重現(xiàn)基帶信號。信號需要調(diào)制的因素包括： 1 1）工作頻率越高帶寬越大）工作頻率越高帶寬越大 要使信號能量能以電場和磁場的形式向空中發(fā)射出去傳向遠(yuǎn)方，要使信號能量能以電場和磁場的形式向空中發(fā)射出去傳向遠(yuǎn)方，需要較高的振蕩頻率方能使電場和磁場迅速變化。需要較高的振蕩頻率方能使電場和磁場迅速變化。 2 2）工作頻率越高天線尺寸越?。┕ぷ黝l率越高天線尺寸越小 只有當(dāng)饋送到天線上的信號波長和天線的尺寸可以相比擬時(shí)，天只有當(dāng)饋送到天線上的信號波長和天線的尺寸可以相比擬時(shí)，天線才能有效地輻射或接收電磁波。波長線才能有效地輻射或接收電磁波。波長和頻率和頻率f f的

7、關(guān)系為的關(guān)系為 c c= = m/s m/s/cf83 107.1 RFID系統(tǒng)的通信過程 如果信號的頻率太低，則無法產(chǎn)生迅速變化的電場和磁場，同時(shí)它們的如果信號的頻率太低，則無法產(chǎn)生迅速變化的電場和磁場，同時(shí)它們的波長又太大，如波長又太大，如20 000 Hz20 000 Hz頻率下波長仍為頻率下波長仍為15 000 m15 000 m，實(shí)際中是不可能架設(shè)，實(shí)際中是不可能架設(shè)這么長的天線。因此，要把信號傳輸出去，必須提高頻率，縮短波長。常用這么長的天線。因此，要把信號傳輸出去，必須提高頻率，縮短波長。常用的一種方法是將信號的一種方法是將信號“搭乘搭乘”在高頻載波上，即高頻調(diào)制，借助于高頻電磁

8、在高頻載波上，即高頻調(diào)制，借助于高頻電磁波將低頻信號發(fā)射出去。波將低頻信號發(fā)射出去。 3 3）信道復(fù)用）信道復(fù)用 一般每個(gè)需要傳輸?shù)男盘栒加玫膸挾夹∮谛诺缼挘虼?，一個(gè)信道一般每個(gè)需要傳輸?shù)男盘栒加玫膸挾夹∮谛诺缼挘虼?，一個(gè)信道可由多個(gè)信號共享。但是未經(jīng)調(diào)制的信號很多都處于同一頻率范圍內(nèi)，接收可由多個(gè)信號共享。但是未經(jīng)調(diào)制的信號很多都處于同一頻率范圍內(nèi)，接收端難以正確識別，一種解決方法是將多個(gè)基帶信號分別搬移到不同的載頻處，端難以正確識別，一種解決方法是將多個(gè)基帶信號分別搬移到不同的載頻處，從而實(shí)現(xiàn)在一個(gè)信道里同時(shí)傳輸許多信號，提高信道利用率。從而實(shí)現(xiàn)在一個(gè)信道里同時(shí)傳輸許多信號，提

9、高信道利用率。7.2 RFID信源編碼方法 信源編碼信源編碼是指將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，或?qū)?shù)字信是指將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，或?qū)?shù)字信號編碼成更適合傳輸?shù)臄?shù)字信號。號編碼成更適合傳輸?shù)臄?shù)字信號。RFIDRFID系統(tǒng)中讀寫器和電子系統(tǒng)中讀寫器和電子標(biāo)簽所存儲的信息都已經(jīng)是數(shù)字信號了，本書介紹編碼均為標(biāo)簽所存儲的信息都已經(jīng)是數(shù)字信號了，本書介紹編碼均為數(shù)字信號編碼。數(shù)字信號編碼。 數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼一般又稱為基帶數(shù)據(jù)編碼，常用的數(shù)據(jù)編碼方一般又稱為基帶數(shù)據(jù)編碼，常用的數(shù)據(jù)編碼方法有反向不歸零編碼、曼徹斯特編碼、密勒編碼、修正密勒法有反向不歸零編碼、曼徹斯特編碼、密勒編碼、修正密勒編碼等。編碼等

10、。選擇編碼方法的考慮因素1 1、編碼方式的選擇要考慮電子標(biāo)簽?zāi)芰康膩碓?、編碼方式的選擇要考慮電子標(biāo)簽?zāi)芰康膩碓丛赗EID系統(tǒng)中使用的電子標(biāo)簽常常是無源的，而無源標(biāo)簽需要在讀寫器的通信過程中獲得自身的能量供應(yīng)。為了保證系統(tǒng)的正常工作，信道編碼方式必須保證不能中斷讀寫必須保證不能中斷讀寫器對電子標(biāo)簽的能量供應(yīng)器對電子標(biāo)簽的能量供應(yīng)。在RFID系統(tǒng)中，當(dāng)電子標(biāo)簽是無源標(biāo)簽時(shí)，經(jīng)常要求基帶編碼在每兩個(gè)相鄰數(shù)據(jù)位元間具有跳變的特點(diǎn)，這種相鄰數(shù)據(jù)間有跳變的碼，不僅可以保證在連續(xù)出現(xiàn)“0”時(shí)對電子標(biāo)簽的能量供應(yīng)，而且便于電子標(biāo)簽從接收到的碼中提取時(shí)鐘信息。7.2 RFID信源編碼方法 2 2、編碼方式的選擇

11、要考慮電子標(biāo)簽的檢錯(cuò)的能力、編碼方式的選擇要考慮電子標(biāo)簽的檢錯(cuò)的能力出于保障系統(tǒng)可靠工作的需要，還必須在編碼中提供數(shù)據(jù)一級的校驗(yàn)保護(hù)，編碼方式應(yīng)該提供這種功能。可以根據(jù)碼型的變化來判斷是否發(fā)生誤碼或有電子標(biāo)簽沖突發(fā)生。在實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸中，由于信道中干擾的存在，數(shù)據(jù)必然會在傳輸過程中發(fā)生錯(cuò)誤，這時(shí)要求信道編碼能夠提供一定程度的檢測錯(cuò)誤的能力。曼徹斯特編碼、差動雙向編碼、單極性歸零編碼具有較強(qiáng)的編碼檢錯(cuò)能力。7.2 RFID信源編碼方法 3、編碼方式的選擇要考慮電子標(biāo)簽時(shí)鐘的提取在電子標(biāo)簽芯片中，一般不會有時(shí)鐘電路，電子標(biāo)簽芯片一般需要在讀寫器發(fā)來的碼流中提取時(shí)鐘。曼徹斯特編碼、密勒編碼、差動雙向

12、編碼容易使電子標(biāo)簽提取時(shí)鐘。7.2 RFID信源編碼方法 7.2 RFID信源編碼方法n典型的編碼方式 1、反向不歸零編碼（NRZ，Non Return Zero）n反向不歸零編碼用高電平表示二進(jìn)制“1”，低電平表示二進(jìn)制“0”，如下圖所示：n此碼型不宜傳輸，有以下原因有直流，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?yàn)镹RZ中不含有位同步信號頻率成分；a)要求傳輸線有一根接地。注：ISO14443 TYPE B協(xié)議中電子標(biāo)簽和閱讀器傳遞數(shù)據(jù)時(shí)均采用NRZ7.2 RFID信源編碼方法 2、曼徹斯特編碼（Manchester）n曼

13、徹斯特編碼也被稱為分相編碼（Split-Phase Coding）。n某比特位的值是由該比特長度內(nèi)半個(gè)比特周期時(shí)電平的變化（上升或下降）來表示的，在半個(gè)比特周期時(shí)的負(fù)跳變表示二進(jìn)制“1”，半個(gè)比特周期時(shí)的正跳變表示二進(jìn)制“0”，如下圖所示：曼徹斯特編碼7.2 RFID信源編碼方法曼徹斯特編碼器電路 7.2 RFID信源編碼方法曼徹斯特編碼的特點(diǎn)n曼徹斯特編碼通常用于從電子標(biāo)簽到讀寫器的數(shù)據(jù)傳輸通常用于從電子標(biāo)簽到讀寫器的數(shù)據(jù)傳輸，因?yàn)檫@有利于發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e(cuò)誤。這是因?yàn)樵诒忍亻L度內(nèi)，“沒有變化”的狀態(tài)是不允許的。當(dāng)多個(gè)標(biāo)簽同時(shí)發(fā)送的數(shù)據(jù)位有不同值時(shí)，則接收的上升邊和下降邊互相抵消，導(dǎo)致在整個(gè)比

14、特長度內(nèi)是不間斷的負(fù)載波信號，由于該狀態(tài)不允許，所以讀寫器利用該錯(cuò)誤就可以判定碰撞發(fā)生的具體位置。n曼徹斯特編碼由于跳變都發(fā)生在每一個(gè)碼元中間，接收端可以方便地利用它作為同步時(shí)鐘。因此具有自同步能力和良好的抗干擾性能。注：ISO14443 TYPE A協(xié)議中電子標(biāo)簽向閱讀器傳遞數(shù)據(jù)時(shí)采用曼徹斯特編碼。 ISO18000-6 TYPE B 讀寫器向電子標(biāo)簽傳遞數(shù)據(jù)時(shí)采用的是曼徹斯特編碼7.2 RFID信源編碼方法1 10 01 11 10 00 00 00 01 11 1射頻卡射頻卡1射頻卡射頻卡21 10 0?讀寫器譯碼讀寫器譯碼7.2 RFID信源編碼方法7.2 RFID信源編碼方法3密勒（

15、Miller）編碼 密勒編碼規(guī)則：對于原始符號“1”，用碼元起始不跳變而中心點(diǎn)出現(xiàn)跳變來表示，即用10或01表示；對于原始符號“0”，則分成單個(gè)“0”還是連續(xù)“0”予以不同的處理，單個(gè)“0”時(shí)，保持“0”前的電平不變，即在碼元邊界處電平不跳變，在碼元中間點(diǎn)電平也不跳變;對于連續(xù)兩個(gè)“0”，則使連續(xù)兩個(gè)“0”的邊界處發(fā)生電平跳變。7.2 RFID信源編碼方法4、修正密勒碼 n TYPE A中定義了如下三種時(shí)序：（1）時(shí)序X：該時(shí)序?qū)⒃?4fc處產(chǎn)生一個(gè)“pause”（凹槽）；（2）時(shí)序Y：該時(shí)序在整個(gè)位期間（128fc）不發(fā)生調(diào)制；（3）時(shí)序Z：這種時(shí)序在位期間的開始時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)“pause”。

16、在上述時(shí)序說明中，fc為載波1356MHz，pause凹槽脈沖的底寬為0530s，90幅度寬度不大于45s。用這三種時(shí)序即可對幀進(jìn)行編碼，即修正的密勒碼。n 邏輯邏輯“1”1”選擇時(shí)序選擇時(shí)序X X；邏輯；邏輯“0”0”選擇時(shí)序選擇時(shí)序Y Y。但有兩種情況除外，第一種是在相鄰有兩個(gè)或更多的“0”時(shí)，此時(shí)應(yīng)從第二個(gè)“0”開始采用時(shí)序Z；第二種是在直接與起始位相連的所有位為“0”時(shí)，此時(shí)應(yīng)當(dāng)用時(shí)序Z表示。另外，通信開始時(shí)，用時(shí)序Z表示。通信結(jié)束則用邏輯“0”加時(shí)序Y表示。無信息時(shí)，通常應(yīng)用至少兩個(gè)時(shí)序Y來表示。注：在ISO/IEC 14443標(biāo)準(zhǔn)（近耦合非接觸式IC卡標(biāo)準(zhǔn)），TYPE A中閱讀器向

17、電子標(biāo)簽傳遞數(shù)據(jù)時(shí)采用修正密勒碼方式對載波進(jìn)行調(diào)制。假設(shè)輸入數(shù)據(jù)為01 1010波形C實(shí)際上是曼徹斯特的反相波形，用它的上升沿輸出變便產(chǎn)生了密勒碼，而用其上升沿產(chǎn)生一個(gè)凹槽就是修正密勒碼起始用時(shí)序Z直接與起始位相連的0用時(shí)序Z相鄰多個(gè)或更多0，則從第二格0開始用時(shí)序Z通信結(jié)束用邏輯0加時(shí)序Y注：由于負(fù)脈沖的時(shí)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(biāo)簽提供能量。變形米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(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸。5、脈沖間歇編碼n對于脈沖間歇編碼來說，在下一脈沖前的暫停持續(xù)時(shí)間t表示二進(jìn)制“1”，而下一脈沖前的暫停持續(xù)時(shí)間2t則表示二進(jìn)制“0”，如下圖所示。圖

18、13 脈沖間歇編碼n這種編碼方法在電感耦合的射頻系統(tǒng)中用于從讀寫器到電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸，由于脈沖轉(zhuǎn)換時(shí)間很短，所以就可以在數(shù)據(jù)傳輸過程中保證從讀寫器的高頻場中連續(xù)給射頻標(biāo)簽供給能量。7.2 RFID信源編碼方法6、脈沖位置編碼（PPM，Pulse Position Modulation）n脈沖位置編碼與上述的脈沖間歇編碼類似，不同的是，在脈沖位置編碼中，每個(gè)數(shù)據(jù)比特的寬度是一致的。其中，脈沖在 第一個(gè)時(shí)間段表示“00”， 第二個(gè)時(shí)間段表示“01”， 第三個(gè)時(shí)間段表示“10”， 第四個(gè)時(shí)間段表示“11”， 如右圖所示。注：ISO15693協(xié)議中，數(shù)據(jù)編碼采用PPM7.2 RFID信源編碼方法7、

19、FM0編碼FM0（即Bi-Phase Space）編碼的全稱為雙相間隔碼編碼，工作原理是在一個(gè)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(gè)位窗的持續(xù)時(shí)間是25s。 注：ISO18000-6 typeA 由標(biāo)簽向閱讀器的數(shù)據(jù)發(fā)送采用FM0編碼 7.2 RFID信源編碼方法8、PIE編碼PIE（Pulse interval encoding）編碼的全稱為脈沖寬度編碼，原理是通過定義脈沖下降沿之間的脈沖下降沿之間的不同時(shí)間寬度來表示數(shù)據(jù)不同時(shí)間寬度來表示數(shù)據(jù)。在該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定中，由閱讀器發(fā)往標(biāo)簽的數(shù)據(jù)

20、幀由SOF（幀開始信號）、EOF（幀結(jié)束信號）、數(shù)據(jù)0和1組成。在標(biāo)準(zhǔn)中定義了一個(gè)名稱為“Tari”的時(shí)間間隔，也稱為基準(zhǔn)時(shí)間間隔，該時(shí)間段為相鄰兩個(gè)脈沖下降沿的時(shí)間寬度，持續(xù)為25s。 注：ISO18000-6 typeA 由閱讀器向標(biāo)簽的數(shù)據(jù)發(fā)送采用PIE編碼 7.2 RFID信源編碼方法7.3 差錯(cuò)控制編碼（信道編碼） 在讀寫器與電子標(biāo)簽的無線通信中，最主要的干擾因素是信道噪聲和多標(biāo)簽操作，這些干擾會導(dǎo)致傳輸?shù)男盘柊l(fā)生畸變，從而使傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤。 為了提高數(shù)字傳輸系統(tǒng)的可靠性，有必要采用差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制編碼編碼，對可能或者已經(jīng)出現(xiàn)的差錯(cuò)進(jìn)行控制。采用恰當(dāng)?shù)男诺谰幋a，能顯著提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽?/p>

21、性，從而使數(shù)據(jù)保持完整性。 差錯(cuò)控制編碼的基本實(shí)現(xiàn)方法是在發(fā)送端將被傳輸?shù)男畔⒏缴弦恍┍O(jiān)督碼元監(jiān)督碼元，這些多余的碼元與信息碼元之間以某種確定的規(guī)則相互關(guān)聯(lián)（約束）。 接收端則按照既定規(guī)則校驗(yàn)信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系，差錯(cuò)會導(dǎo)致信息碼元與監(jiān)督碼元的關(guān)系受到破壞，因而接收端可以發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤乃至糾正錯(cuò)誤。25n檢糾錯(cuò)碼 q信息碼元與監(jiān)督碼元 信息碼元 k 監(jiān)督碼元r 差錯(cuò)的控制方式差錯(cuò)的控制方式前向糾錯(cuò)接收端通過糾錯(cuò)解碼自動糾正傳輸中出現(xiàn)的差錯(cuò)，所以該方法不需要重傳。這種方法需要采用具有很強(qiáng)糾錯(cuò)能力的編碼技術(shù) 。檢錯(cuò)重發(fā)中，在發(fā)送端加入少量的監(jiān)督碼元，在接收端根據(jù)編碼規(guī)則對收到的信號進(jìn)行檢查，當(dāng)發(fā)

22、現(xiàn)有錯(cuò)碼時(shí)，即向發(fā)送端發(fā)出詢問信號，要求重發(fā)。發(fā)送端收到詢問信號后，立即重發(fā)，直到信息正確接收為止?；旌霞m錯(cuò)是ARQ和FEC的結(jié)合，設(shè)計(jì)思想是對出現(xiàn)的錯(cuò)誤盡量糾正，糾正不了則需要通過重發(fā)來消除差錯(cuò)。n常用的差錯(cuò)控制編碼 最常用的差錯(cuò)控制編碼有最常用的差錯(cuò)控制編碼有奇偶校驗(yàn)法奇偶校驗(yàn)法、循環(huán)冗余校驗(yàn)循環(huán)冗余校驗(yàn)法法和漢明碼等。這些方法用于識別數(shù)據(jù)是否發(fā)生傳輸錯(cuò)誤，和漢明碼等。這些方法用于識別數(shù)據(jù)是否發(fā)生傳輸錯(cuò)誤，并且可以啟動校正措施，或者舍棄傳輸發(fā)生錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，并且可以啟動校正措施，或者舍棄傳輸發(fā)生錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，要求重新傳輸有錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)塊。要求重新傳輸有錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)塊。7.3 差錯(cuò)控制編碼（信道編碼

23、） 1 1、奇偶校驗(yàn)、奇偶校驗(yàn)n奇偶校驗(yàn)碼是一種奇偶校驗(yàn)碼是一種最簡單而有效最簡單而有效的數(shù)據(jù)校驗(yàn)方法。的數(shù)據(jù)校驗(yàn)方法。n實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法: : 在每個(gè)被傳送碼的左邊或右邊加上在每個(gè)被傳送碼的左邊或右邊加上1 1位奇偶校驗(yàn)位位奇偶校驗(yàn)位0 0或或1, 1, 若采用奇校驗(yàn)位若采用奇校驗(yàn)位, , 只需把每個(gè)編碼中只需把每個(gè)編碼中1 1的個(gè)數(shù)湊成奇數(shù)的個(gè)數(shù)湊成奇數(shù); ; 若若采用偶校驗(yàn)位采用偶校驗(yàn)位, , 只要把每個(gè)編碼中只要把每個(gè)編碼中1 1的個(gè)數(shù)湊成偶數(shù)。的個(gè)數(shù)湊成偶數(shù)。n檢驗(yàn)原理檢驗(yàn)原理: : 這種編碼能發(fā)現(xiàn)這種編碼能發(fā)現(xiàn)1 1個(gè)或奇數(shù)個(gè)錯(cuò)個(gè)或奇數(shù)個(gè)錯(cuò), , 但因碼距較小但因碼距較小, , 不

24、能不能實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤定位。實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤定位。n對奇偶校驗(yàn)碼的評價(jià)對奇偶校驗(yàn)碼的評價(jià): :它能發(fā)現(xiàn)一位或奇數(shù)個(gè)位出錯(cuò)，但無錯(cuò)它能發(fā)現(xiàn)一位或奇數(shù)個(gè)位出錯(cuò)，但無錯(cuò)誤定位和糾錯(cuò)能力。盡管奇偶校驗(yàn)碼的檢錯(cuò)能力較低，但對出誤定位和糾錯(cuò)能力。盡管奇偶校驗(yàn)碼的檢錯(cuò)能力較低，但對出錯(cuò)概率統(tǒng)計(jì)錯(cuò)概率統(tǒng)計(jì), , 其中其中70708080是是1 1位錯(cuò)誤位錯(cuò)誤, , 另因奇偶校驗(yàn)碼實(shí)現(xiàn)簡另因奇偶校驗(yàn)碼實(shí)現(xiàn)簡單單, , 故它還是一種應(yīng)用最廣泛的校驗(yàn)方法。故它還是一種應(yīng)用最廣泛的校驗(yàn)方法。n實(shí)際應(yīng)用中實(shí)際應(yīng)用中, , 多采用奇校驗(yàn)多采用奇校驗(yàn), , 因奇校驗(yàn)中不存在全因奇校驗(yàn)中不存在全“0”0”代碼代碼, , 在在某些場合下更便于

25、判別。某些場合下更便于判別。 000010001000100001110100001011011010111010000100111010110110110011101011100111117.3 差錯(cuò)控制編碼（信道編碼） 奇偶校驗(yàn)的校驗(yàn)方程奇偶校驗(yàn)的校驗(yàn)方程n設(shè)設(shè)7 7位信息碼組為位信息碼組為C C7 7C C6 6C C5 5C C4 4C C3 3C C2 2C C1 1, , 校驗(yàn)碼為校驗(yàn)碼為C C0 0 , ,則對偶校驗(yàn)則對偶校驗(yàn), , 當(dāng)滿足當(dāng)滿足 C C7 7CC6 6CC5 5CC4 4CC3 3CC2 2CC1 1CC0 00 0 （1 1） 時(shí)時(shí), , 為合法碼為合法碼;

26、; 對奇校驗(yàn)對奇校驗(yàn), , 當(dāng)滿足當(dāng)滿足 C C7 7CC6 6CC5 5CC4 4CC3 3CC2 2CC1 1CC0 0 1 1 （2 2） 時(shí)時(shí), , 為合法碼。這里的為合法碼。這里的表示模表示模2 2相加。相加。n對于偶校驗(yàn)對于偶校驗(yàn), , 合法碼字應(yīng)滿足合法碼字應(yīng)滿足 n n C Ci iCC0 00 0 （3 3） i-1i-1n對于奇校驗(yàn)對于奇校驗(yàn), , 合法碼字應(yīng)滿足合法碼字應(yīng)滿足 n n C Ci iCC0 01 1 （4 4） i-1i-1注意注意: :公式公式(1)(2)(1)(2)為奇偶校驗(yàn)位為奇偶校驗(yàn)位的生成方程的生成方程; ;公式公式(3)(4)(3)(4)為校驗(yàn)方

27、程。為校驗(yàn)方程。7.3 差錯(cuò)控制編碼（信道編碼） 2 2、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC) nCRCCRC碼是一種檢錯(cuò)、糾錯(cuò)能力很強(qiáng)的數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼碼是一種檢錯(cuò)、糾錯(cuò)能力很強(qiáng)的數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼, , 主要用于網(wǎng)絡(luò)、同主要用于網(wǎng)絡(luò)、同步通信及磁表面存儲器等應(yīng)用場合。步通信及磁表面存儲器等應(yīng)用場合。1 1循環(huán)冗余校驗(yàn)碼的編碼方法循環(huán)冗余校驗(yàn)碼的編碼方法n循環(huán)冗余校驗(yàn)碼由兩部分組成循環(huán)冗余校驗(yàn)碼由兩部分組成, , 左邊為信息位左邊為信息位, , 右邊為校驗(yàn)位。若信右邊為校驗(yàn)位。若信息位為息位為N N位位, , 校驗(yàn)位為校驗(yàn)位為K K位位, , 則該校驗(yàn)碼被稱為則該校驗(yàn)碼被稱為(N(NK, N)K,

28、N)碼。碼。n編碼步驟編碼步驟如下：如下：(1)(1)將待編碼的將待編碼的N N位有效信息位表示為一個(gè)位有效信息位表示為一個(gè)n n1 1階的多項(xiàng)式階的多項(xiàng)式M(X)M(X)。(2)(2)將將M(X)M(X)左移左移K K位位, , 得到得到M(X).XM(X).Xk k（K K由預(yù)選的由預(yù)選的K K1 1位的生成多項(xiàng)式位的生成多項(xiàng)式G(X)G(X)決定）。決定）。(3)(3)用一個(gè)預(yù)選好的用一個(gè)預(yù)選好的K K1 1位的位的G(X)G(X)對對M(X).XM(X).Xk k作模作模2 2除法。除法。(4)(4)把左移把左移K K位后的的有效信息位與余數(shù)作位后的的有效信息位與余數(shù)作模模2 2加法加

29、法, , 形成長度為形成長度為N NK K的的CRCCRC碼。碼。 M(X).XM(X).Xk kR(X) R(X) Q(X).G(X) Q(X).G(X) 信息位校驗(yàn)位N位K位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼的格式M(X)XXk k G(X)Q(X)R(X)G(X)7.3 差錯(cuò)控制編碼（信道編碼） 舉例舉例例例: :選擇生成多項(xiàng)式為選擇生成多項(xiàng)式為G(X)G(X)X X4 4X X1(10011),1(10011),請把請把8 8位有效信息位有效信息1111011111110111編碼成編碼成CRCCRC碼。碼。 解：解：步驟步驟1 1：M(X) M(X) X X7 7X X6 6+ X+ X5 5X X4

30、4 + X+ X2 2X X1 1 +1 +1 11110111 11110111 步驟步驟2 2: M(X). X: M(X). X4 4 111101111111011100000000 ( ( 即左移即左移4 4位）位） 步驟步驟3 3：模：模2 2除，除，M(X)XM(X)X4 4G(X)G(X) 111101111111011100000000 10011100111110010111100101111111111001110011，即，即R(X)R(X)11111111步驟步驟4 4：模：模2 2加，得到循環(huán)冗余碼為加，得到循環(huán)冗余碼為M(X)XM(X)X4 4R(X) R(X)

31、111101111111011100000000 11111111 111101111111011111111111 糾錯(cuò)原理糾錯(cuò)原理 由于由于M(X).XM(X).Xk kQ(X). G(X)Q(X). G(X)R(X)R(X)，根據(jù)模，根據(jù)模2 2加的規(guī)則加的規(guī)則M(X). XM(X). Xk k R(X)R(X)Q(X).G(X)Q(X).G(X)R(X)R(X)R(X)R(X)Q(X).G(X)Q(X).G(X)上式表明上式表明, , 合法的合法的CRCCRC碼應(yīng)當(dāng)能被生成多項(xiàng)式整除。碼應(yīng)當(dāng)能被生成多項(xiàng)式整除。若若CRCCRC碼不能碼不能被生成多項(xiàng)式整除，說明出現(xiàn)了信息的傳送差錯(cuò)。被生

32、成多項(xiàng)式整除，說明出現(xiàn)了信息的傳送差錯(cuò)。 4672616E7A4672616E7AE580E5800發(fā)送數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)CRCCRC校驗(yàn)生成多項(xiàng)式的選擇生成多項(xiàng)式的選擇n生成多項(xiàng)式被用來生成生成多項(xiàng)式被用來生成CRCCRC碼碼, , 但并非任何一個(gè)但并非任何一個(gè)K K1 1位的多項(xiàng)式都位的多項(xiàng)式都能作為生成多項(xiàng)式用能作為生成多項(xiàng)式用, , 它它應(yīng)滿足下列要求：應(yīng)滿足下列要求：（1 1）任何一位出錯(cuò)都應(yīng)使余數(shù)不為）任何一位出錯(cuò)都應(yīng)使余數(shù)不為0 0。（2 2）不同位出錯(cuò)應(yīng)使余數(shù)不同。）不同位出錯(cuò)應(yīng)使余數(shù)不同。（3 3）對余數(shù)繼續(xù)作模）對余數(shù)繼續(xù)作模2 2除法，應(yīng)使余數(shù)循環(huán)。除法，應(yīng)使余數(shù)循環(huán)。n生成多

33、項(xiàng)式的選擇主要靠經(jīng)驗(yàn)，但已有生成多項(xiàng)式的選擇主要靠經(jīng)驗(yàn)，但已有3 3種多項(xiàng)式種多項(xiàng)式成為標(biāo)準(zhǔn)而被廣成為標(biāo)準(zhǔn)而被廣泛運(yùn)用泛運(yùn)用, , 它們都具有極高的檢錯(cuò)率它們都具有極高的檢錯(cuò)率, , 分別是分別是: :nCRC-12CRC-12X X1212X X1111X X3 3X X2 2X X1 1nCRC-16CRC-16X X1616X X1515X X2 21 1nCRC-CCITTCRC-CCITTX X1616X X1212X X5 51 1nCRC-32CRC-32= X= X3232X X2626X X23+ 23+ X X2222X X1616X X1212+ + X X1111X X

34、1010X X8+ 8+ X X7 7X X5 5X X4 4 +X+X2 2X X1 1注：在RFID標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC14443中，采用的是CRC-CCITT的生成多項(xiàng)式；但應(yīng)注意的是，該標(biāo)準(zhǔn)中的TYPE A計(jì)算時(shí)循環(huán)移寄存器的初始值為6363H；TYPE B循環(huán)位移寄存器的初始值為FFFFH。以CRC-CCITT為例, 通用的CRC串行編碼器采用LSFR CRC串行編碼器編碼前先將所有的寄存器置0 , 之后將信息序列從高位到低位依次從input 端輸入。信息序列全部輸入后, 寄存器中的值就是所要求的余數(shù), 即CRC校驗(yàn)碼。16位CRC適用于校驗(yàn)4000字節(jié)長的數(shù)據(jù)塊的完整性，超過此長度，

35、性能下降。RFID中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊都比4000字節(jié)短，故也可用12位或8位的CRC。3、漢明碼 自學(xué)7.4 RFID系統(tǒng)調(diào)制方法 在通信中，通常會有基帶信號和頻帶信號。在通信中，通常會有基帶信號和頻帶信號?；鶐盘柣鶐盘栆簿褪窃夹盘?，也就是原始信號，通常具有較低的頻率成分，不適合在無線信道中進(jìn)行傳輸。在通信系統(tǒng)中，通常具有較低的頻率成分，不適合在無線信道中進(jìn)行傳輸。在通信系統(tǒng)中，由一個(gè)載波來運(yùn)載基帶信號，由一個(gè)載波來運(yùn)載基帶信號，調(diào)制調(diào)制就是使載波信號的某個(gè)參量隨基帶信號的就是使載波信號的某個(gè)參量隨基帶信號的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)基帶信號轉(zhuǎn)換成頻帶信號。在通信系統(tǒng)的接收端對應(yīng)變化而變化，從而實(shí)

36、現(xiàn)基帶信號轉(zhuǎn)換成頻帶信號。在通信系統(tǒng)的接收端對應(yīng)要有解調(diào)過程，其作用是將信道中的頻帶信號恢復(fù)為基帶信號。要有解調(diào)過程，其作用是將信道中的頻帶信號恢復(fù)為基帶信號。 數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制是指把數(shù)字基帶信號調(diào)制到載波的某個(gè)參數(shù)上，使得載波的參是指把數(shù)字基帶信號調(diào)制到載波的某個(gè)參數(shù)上，使得載波的參數(shù)（幅度、頻率、相位）隨數(shù)字基帶信號的變化而變化，因此數(shù)字調(diào)制信號數(shù)（幅度、頻率、相位）隨數(shù)字基帶信號的變化而變化，因此數(shù)字調(diào)制信號也稱鍵控信號。數(shù)字調(diào)制中的調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相分別稱為也稱鍵控信號。數(shù)字調(diào)制中的調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相分別稱為移幅鍵控移幅鍵控（ASKASK）、）、移頻鍵控移頻鍵控（FSKFSK）和）和移相鍵

37、控移相鍵控（PSKPSK）。）。注：在RFID系統(tǒng)中，正弦載波除了是信息的載體外，在無源電子標(biāo)簽中還具有提供能量的作用，這一點(diǎn)與其他無線通信有所不同。7.4 RFID系統(tǒng)調(diào)制方法n1.振幅鍵控 目前目前電感耦合電感耦合RFIDRFID系統(tǒng)常采用系統(tǒng)常采用ASKASK調(diào)制方式調(diào)制方式，如，如ISO/IEC ISO/IEC 1444314443及及ISO/IEC 15693ISO/IEC 15693標(biāo)準(zhǔn)均采用標(biāo)準(zhǔn)均采用ASKASK調(diào)制方式。調(diào)制方式。1.調(diào)制 二進(jìn)制振幅鍵控信號可以表示成具有一定波形的二進(jìn)制二進(jìn)制振幅鍵控信號可以表示成具有一定波形的二進(jìn)制序列（二進(jìn)制數(shù)字基帶信號）與正弦載波的乘積，

38、即序列（二進(jìn)制數(shù)字基帶信號）與正弦載波的乘積，即 其中，其中， 為載波，為載波，S(t)S(t)為二進(jìn)制序列，即為二進(jìn)制序列，即 式中，式中，T Ts s為碼元持續(xù)時(shí)間，為碼元持續(xù)時(shí)間，g g( (t t) )為基帶脈沖波形，假設(shè)為基帶脈沖波形，假設(shè)是高度為是高度為1 1，寬度等于，寬度等于T Ts s的矩形脈沖；的矩形脈沖；a an n表示第表示第n n個(gè)符號的電平個(gè)符號的電平取值。取值。 c( )cos()v ts tts( )()ns ta g tnTccos() t二進(jìn)制振幅鍵控信號時(shí)間波型載波信號2ASK信號s(t)1011Tb001ttt注：調(diào)幅技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來簡單，但容易受增益變化的影響，是一種低效的調(diào)制技術(shù)。 ASK41調(diào)制深度調(diào)制深度BAmA=（A-B）/（A+B）*100%42脈沖調(diào)副波的波形和頻譜7.4 RFID系統(tǒng)調(diào)制方法n2.頻移鍵控?cái)?shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來傳輸數(shù)字消息載波的頻率來傳輸數(shù)字消息，即用所傳輸?shù)臄?shù)字消息來控制載波的頻率。數(shù)字頻率調(diào)制又稱為頻移鍵控調(diào)制（Frequency Shift keying，F(xiàn)SK），即用不同的頻率來表示不同的符