chap07-編碼與調(diào)制第七章

1、第七章 編碼與調(diào)制 RFID系統(tǒng)的核心功能是實現(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)簽中的解調(diào)和信號解碼。本章將具體介紹RFID系統(tǒng)常用的編碼和調(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砸约巴瓿赡?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

2、移到高頻處，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RFID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），以及電子標(biāo)簽中的解調(diào)器和信號譯碼等處理，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

3、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，經(jīng)常要求基帶編碼在每兩個相鄰數(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鐘信息。2）信道編碼與信道解碼 信道編碼是對信源編碼器輸出的信號進(jìn)行再變換，目的是前向糾錯，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會受到噪聲等因素影響引起差錯，為了減少差錯，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

4、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，以重現(xiàn)基帶信號。信號需要調(diào)制的因素包括： 1）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，需要較高的振蕩頻率方能使電場和磁場迅速變化。 2）工作頻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，天線才能有效地輻射或接收電磁波。波長和頻率f的關(guān)系為 c= m/s7.1 RFID系統(tǒng)的通信過程 如果信號的頻率太低，則無法

5、產(chǎn)生迅速變化的電場和磁場，同時它們的波長又太大，如20 000 Hz頻率下波長仍為15 000 m，實際中是不可能架設(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。常用的一種方法是將信號“搭乘”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。 3）信道復(fù)用 一般每個需要傳輸?shù)男盘栒加玫膸挾夹∮谛诺缼挘虼?，一個信道可由多個信號共享。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基帶信號分別搬移到不同的載頻處，從而實現(xiàn)在一個信道里同時傳輸許多信號，提高信道利用率。7.2 RFID信源編碼方法 信源編碼是指將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字

6、信號，或?qū)?shù)字信號編碼成更適合傳輸?shù)臄?shù)字信號。RFID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，本書介紹編碼均為數(shù)字信號編碼。 在實際應(yīng)用的RFID系統(tǒng)中，選擇編碼方法的考慮因素有很多。如無源標(biāo)簽需要在與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中斷讀寫器對電子標(biāo)簽的能量供應(yīng)。 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。7.2 RFID信源編碼方法典型的編碼方式 7.2 RFID信源編碼方法1.反向不歸零編碼 反向不歸零編碼（NRZ）用高電平表示二進(jìn)制“1”，低電平表示二進(jìn)制

7、“0”。反向不歸零碼一般不宜用于實際傳輸，主要有以下原因： （1）存在直流分量，信道一般難以傳輸零頻附近的頻率分量； （2）接收端判決門限與信號功率有關(guān)，使用不方便； （3）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； （4）要求傳輸線中有一根接地。 在RFID系統(tǒng)應(yīng)用中，為了能很好地解決讀寫器和電子標(biāo)簽通信時的同步問題，往往不使用數(shù)據(jù)的反向不歸零編碼直接對射頻信號進(jìn)行調(diào)制，而是將數(shù)據(jù)的反向不歸零碼進(jìn)行某種編碼后再對射頻信號進(jìn)行調(diào)制，所采用的編碼方法主要有曼徹斯特編碼、密勒碼和修正密勒碼等。7.2 RFID信源編碼方法2.曼徹斯特編碼 曼徹斯特編碼也稱為分相編碼，某位的值

8、由半個位周期（50%）的電平變化（上升/下降）來表示。在半個位周期時的負(fù)跳變（即電平由1變?yōu)?）表示二進(jìn)制“1”，正跳變表示二進(jìn)制“0”。 在采用副載波的副載調(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(biāo)簽到讀寫器方向的數(shù)據(jù)傳輸，這有利于發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e誤。比如，當(dāng)多個電子標(biāo)簽同時發(fā)送的數(shù)據(jù)位有不同值時，接收的上升邊和下降邊互相抵消，導(dǎo)致在整個位長度副載波信號是不跳變的，但由于該狀態(tài)是不允許的，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。 曼徹斯特編碼是一種自同步的編碼方式，其時鐘同步信號隱藏在數(shù)據(jù)波形中。在曼徹斯特編碼中，每一位的中間跳變既可作為時鐘信號，又可作為數(shù)據(jù)信號，因此具

9、有自同步能力和良好的抗干擾性能。7.2 RFID信源編碼方法3密勒（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“0”還是連續(xù)“0”予以不同的處理，單個“0”時，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“0”，則使連續(xù)兩個“0”的邊界處發(fā)生電平跳變。Bit i1 Bit i 編碼規(guī)則 00Bit i的起始位置發(fā)生跳變，中間位置不跳變 01Bit i的起始位置不跳變，中間位置發(fā)生跳變 10Bit i的起始位置不跳變，中間位置也不跳變 11Bit i的起

10、始位置不跳變，中間位置發(fā)生跳變 7.2 RFID信源編碼方法3密勒（Miller）編碼 密勒解碼方法：以2倍時鐘頻率讀入位值后再判決解碼。首先，讀出01的跳變后，表示獲得了起始位，然后每兩位進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換：01和10都譯為1，00和11都譯為0。密勒碼停止位的電位隨前一位的不同而變化，即可能為00，也可能為11，因此，為保證起始位的一致，停止位后必須規(guī)定位數(shù)的間歇。此外，在判別時若結(jié)束位為00，后面再讀入也為00，則可判知前面一個00為停止位。但若停止位為11，則再讀入4位才為0000，而實際上，停止位為11，而不是第一個00。解決此問題的辦法就是預(yù)知傳輸?shù)奈粩?shù)或以字節(jié)為單位傳輸，這兩種方法在R

11、FID系統(tǒng)中均可實現(xiàn)。7.2 RFID信源編碼方法4.修正密勒碼 修正密勒碼是ISO/IEC 14443（Type-A）規(guī)定使用的從讀寫器到電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸編碼。以ISO/IEC 14443（Type-A）為例，修正密勒碼的編碼規(guī)則為：每位數(shù)據(jù)中間有個窄脈沖表示“1”，數(shù)據(jù)中間沒有窄脈沖表示“0”，當(dāng)有連續(xù)的“0”時，從第二個“0”開始在數(shù)據(jù)的起始部分增加一個窄脈沖。該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定起始位的開始處也有一個窄脈沖，而結(jié)束位用“0”表示。如果有兩個連續(xù)的位開始和中間部分都沒有窄脈沖，則表示無信息。 該規(guī)則描述為：Type-A首先定義如下三種時序： 時序X：在64/f處產(chǎn)生一個凹槽； 時序Y：在整個位

12、期間（128/f）不發(fā)生調(diào)制； 時序Z：在位期間的開始處產(chǎn)生一個凹槽。 其中，f為載波頻率，即13.56 MHz，凹槽脈沖的時間長度為0.53.0 s，用這三種時序?qū)?shù)據(jù)幀進(jìn)行編碼即修正密勒碼。7.2 RFID信源編碼方法4.修正密勒碼 修正密勒碼編碼規(guī)則： （1）邏輯1為時序X。 （2）邏輯0為時序Y。 但兩種情況除外：若相鄰有兩個或者更多的0，則從第二個0開始采用時序Z；直接與起始位相連的所有0，用時序Z表示。 （3）數(shù)據(jù)傳輸開始時用時序Z表示。 （4）數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時用邏輯0加時序Y表示。 （5）無信息傳輸時用至少兩個時序Y表示。 假設(shè)輸入數(shù)據(jù)為011010，則圖（a）所示原理圖中有關(guān)部分

13、的波形如圖（b）所示。其中，波形c實際上是曼徹斯特編碼的反相波形，用它的上升沿輸出便產(chǎn)生了密勒碼，而用其上升沿產(chǎn)生一個凹槽就是修正密勒碼。7.2 RFID信源編碼方法7.3 差錯控制編碼（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)錯誤。 為了提高數(shù)字傳輸系統(tǒng)的可靠性，有必要采用差錯控制編碼，對可能或者已經(jīng)出現(xiàn)的差錯進(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)目煽啃?，從而使?shù)據(jù)保持完整性。 差錯控制編碼的基本實現(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，這些多余的碼元與信息碼元之間以某種確定的規(guī)則

14、相互關(guān)聯(lián)（約束）。 接收端則按照既定規(guī)則校驗信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系，差錯會導(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)錯誤乃至糾正錯誤。7.3 差錯控制編碼（信道編碼）差錯控制編碼的相關(guān)概念1.信息碼元與監(jiān)督碼元 信息碼元又稱為信息序列或信息位，這是發(fā)送端由信源編碼得到的被傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)比特，通常用K來表示。在二元碼的情況下，由信息碼元組成的信息碼組為k個，不同信息碼元取值的組合共有2k個。 監(jiān)督碼元又稱為監(jiān)督位或者附加數(shù)據(jù)比特，這是為了檢糾錯碼而在信道編碼時加入的判斷數(shù)據(jù)位。監(jiān)督碼元通常以r來表示，即有如下關(guān)系:n=k+r 式中，經(jīng)過分組編碼后的總長為n位，其中信息碼長（碼

15、元數(shù)）為k位，監(jiān)督碼長（碼元數(shù)）為r位，通常稱其為n的碼字。2.許用碼組與禁用碼組 若碼組中的碼元數(shù)位為n，在二元碼的情況下，總碼組數(shù)位2n個。其中被傳輸?shù)男畔⒋a組為2k個，稱為許用碼組，其余的2n2k個碼組不予傳輸，稱為禁用碼組。尋求某種規(guī)則從總碼組中選出許用碼組是發(fā)送端編碼的主要任務(wù)，而接收端解碼的任務(wù)是利用相應(yīng)的規(guī)則來判斷及校正收到的碼字符合許用碼組。3.編碼效率 編碼效率是衡量編碼性能好壞的一個重要參數(shù)，具體表示為碼字中信息位占總碼元數(shù)的比例。編碼效率的高低，直接影響信道中用來傳輸信息碼元的有效利用率。編碼效率的計算公式為 編碼效率是衡量糾錯碼性能的一個重要指標(biāo)，一般情況下，監(jiān)督位越多

16、（即r越大），檢糾錯能力越強(qiáng)，但相應(yīng)的編碼效率也隨之降低了。7.3 差錯控制編碼（信道編碼） 4.碼字、碼組、碼長、碼重與碼距 碼字由若干個碼元組成，如10011001。碼組是多個碼字構(gòu)成的集合，如001100，001010，011101，001011，101011。碼長是指碼組中編碼的總位數(shù)，例如，碼組“01001”的碼長為5，碼組“100101”的碼長為6。碼組中非“0”碼元的數(shù)目，即“1”碼元的個數(shù)，稱為碼組的重量，簡稱碼重，常用W表示，如碼組“11101”的碼重為4W，碼組“110101”的碼重也為4W，它反映一個碼組中“0”和“1”的比重。 所謂碼元距離就是兩個等長碼組之間對應(yīng)碼位上

17、碼元不同的個數(shù)，簡稱碼距，也稱為漢明距。碼距反映的是碼組之間的差異程度，如00和01兩組碼的碼距為1，011和100的碼距為3。那么，多個碼組之間相互比較，可能會有不同的碼距，其中的最小值被稱為最小碼距（用d0表示），它是衡量編碼糾/檢錯能力的重要依據(jù)。例如，010、101、110三個碼組相比較，碼距有1、2和3三個值，則最小碼距為d0=1。7.3 差錯控制編碼（信道編碼） 5.系統(tǒng)碼與非系統(tǒng)碼 在線性分組碼中，所有碼組的k位信息碼元在編碼前后保持原來形式的碼稱為系統(tǒng)碼，反之就是非系統(tǒng)碼。系統(tǒng)碼與非系統(tǒng)碼在性能上大致相同，而且系統(tǒng)碼的編/譯碼都相對比較簡單，因此得到了廣泛的應(yīng)用。6.糾正隨機(jī)錯

18、誤碼和糾正突發(fā)錯誤碼 前者用于糾正因信道中出現(xiàn)的隨機(jī)獨(dú)立干擾引起的誤碼。后者主要對付信道中出現(xiàn)的突發(fā)錯誤。7.3 差錯控制編碼（信道編碼） 常用的差錯控制編碼 最常用的差錯控制編碼有奇偶校驗法、循環(huán)冗余校驗法和漢明碼等。這些方法用于識別數(shù)據(jù)是否發(fā)生傳輸錯誤，并且可以啟動校正措施，或者舍棄傳輸發(fā)生錯誤的數(shù)據(jù)，要求重新傳輸有錯誤的數(shù)據(jù)塊。1.奇偶校驗法 奇偶校驗法是一種很簡單并且廣泛使用的校驗方法，這種方法是在每一字節(jié)中加上一個奇偶校驗位，并被傳輸，即每個字節(jié)發(fā)送9位數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸以前通常會確定是奇校驗還是偶校驗，以保證發(fā)送端和接收端采用相同的校驗方法進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗。若校驗位不符，則認(rèn)為傳輸出錯。奇

19、偶校驗法又分為奇校驗法和偶校驗法。7.3 差錯控制編碼（信道編碼） 1.奇偶校驗法 奇偶校驗的編碼規(guī)則：把信息碼先分組，形成多個許用碼組，在每一個許用碼組最后（最低位）加上1位監(jiān)督碼元，加上監(jiān)督碼元后使該碼組1的數(shù)目為奇數(shù)的編碼稱為奇校驗碼，為偶數(shù)的編碼則稱為偶校驗碼。根據(jù)編碼分類，可知奇偶校驗碼屬于一種檢錯、線性、分組系統(tǒng)碼。 奇偶校驗碼的監(jiān)督關(guān)系可以用以下公式進(jìn)行表述。假設(shè)一個碼組的長度為n（在計算機(jī)通信中，常為1個字節(jié)），表示為A=（，a0），其中前n1位是信息碼，最后一位a0為校驗碼（或監(jiān)督碼），那么，對于偶校驗碼必須保證 a0=0校驗碼元（或監(jiān)督碼元）a0的取值（0或1）可由下式?jīng)Q定

20、，即a0a1對于奇校驗來說，要求必須保證a0=1校驗碼元（或監(jiān)督碼元）a0的取值（0或1）可由下式?jīng)Q定，即a0a117.3 差錯控制編碼（信道編碼） 2.循環(huán)冗余校驗 循環(huán)冗余校驗（Cyclic Redundancy Check，CRC）法由分組線性碼的分支而來，主要應(yīng)用于二元碼組，是數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中最常見的一種差錯校驗方法，它是利用除法及余數(shù)的原理來進(jìn)行錯誤檢測的，是一種較為復(fù)雜的校驗方法，它不產(chǎn)生奇偶校驗碼，而是將整個數(shù)據(jù)塊當(dāng)成一個連續(xù)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)M(x)，在發(fā)送時將多項式M(x)用另一個多項式（被稱為生成多項式G(x)）來除，然后利用余數(shù)進(jìn)行校驗。7.3 差錯控制編碼（信道編碼） 7.4

21、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?；鶐盘栆簿褪窃夹盘?，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，由一個載波來運(yùn)載基帶信號，調(diào)制就是使載波信號的某個參量隨基帶信號的變化而變化，從而實現(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。 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（ASK）、移頻鍵控（FSK）和移相鍵控（PSK）。7.4 RFID系統(tǒng)調(diào)

22、制方法1.振幅鍵控 目前電感耦合RFID系統(tǒng)常采用ASK調(diào)制方式，如ISO/IEC 14443及ISO/IEC 15693標(biāo)準(zhǔn)均采用ASK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)制序列（二進(jìn)制數(shù)字基帶信號）與正弦載波的乘積，即 其中， 為載波，S(t)為二進(jìn)制序列，即 式中，Ts為碼元持續(xù)時間，g(t)為基帶脈沖波形，假設(shè)是高度為1，寬度等于Ts的矩形脈沖；an表示第n個符號的電平取值。7.4 RFID系統(tǒng)調(diào)制方法載波振幅在0、1兩種狀態(tài)之間切換（鍵控）： 2ASK信號產(chǎn)生與波形圖如圖所示：7.4 RFID系統(tǒng)調(diào)制方法振幅鍵控解調(diào) 二進(jìn)制移幅鍵控信號有兩種解調(diào)方法：非

23、相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)。非相干解調(diào)的過程如圖（a）所示，輸入信號為調(diào)制后的信號v(t)，依次經(jīng)過帶通濾波器、全波整流器、低通濾波器和抽樣判決器，最后輸出解調(diào)后的信號,其波形如圖（b）所示.7.4 RFID系統(tǒng)調(diào)制方法 相干解調(diào)的原理框圖如圖所示，輸入信號為調(diào)制后的信號v(t)，依次經(jīng)過帶通濾波器、相乘器、低通濾波器和抽樣判決器，最后輸出解調(diào)后的信號。與非相關(guān)不同的是，此次用到了與調(diào)制時的載波信號cosct，因此被稱為相干解調(diào)。2ASK信號相干解調(diào)原理圖7.4 RFID系統(tǒng)調(diào)制方法2.頻移鍵控數(shù)字頻移鍵控是用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

24、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號。二進(jìn)制頻移鍵控記為2FSK 7.4 RFID系統(tǒng)調(diào)制方法3.相移鍵控數(shù)字相位調(diào)制又稱為相移鍵控調(diào)制（Phase Shift Keying，PSK）。二進(jìn)制移相鍵控方式2PSK是鍵控的載波相位按基帶脈沖序列的規(guī)律而改變的一種數(shù)字調(diào)制方式，即根據(jù)數(shù)字基帶信號的兩個電平（或符號）使載波相位在兩個不同的數(shù)值之間切換的一種相位調(diào)制方法2PSK信號波形圖7.4 RFID系統(tǒng)調(diào)制方法4.副載波調(diào)制 在實際的RFID應(yīng)用中，電子標(biāo)簽首先將要發(fā)送的基帶編碼信（通常采用曼徹斯特編碼）調(diào)制到副載波上，此時得到的

25、已調(diào)信號通常叫做副載波調(diào)制信號。接著將副載波調(diào)制信號再次用更高頻的載波信號進(jìn)行二次調(diào)制，實現(xiàn)向讀寫器傳輸消息。 就射頻識別系統(tǒng)而言，用副載波的調(diào)制法主要用在頻率為6.78 MHz、13.56 MHz或27.125 MHz的電感耦合系統(tǒng)中，而且都是從電子標(biāo)簽到讀寫器的數(shù)據(jù)傳輸。電感耦合式射頻識別系統(tǒng)的負(fù)載調(diào)制有著與讀寫器天線上高頻電壓的振幅鍵控（ASK）調(diào)制相似的效果。代替在基帶編碼信號節(jié)拍中對負(fù)載電阻的切換，用基帶編碼的數(shù)據(jù)信號首先調(diào)制低頻率的副載波?？梢赃x擇振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）或相移鍵控（PSK）調(diào)制作為對副載波調(diào)制的方法。通常，副載波一般是通過對載波的二進(jìn)制分頻而產(chǎn)生，如

26、在13.56 MHz的系統(tǒng)中，副載波的頻率大部分是847 kHz、424 kHz、212 kHz（分別對應(yīng)于13.56 MHz的16、32、64分頻）。7.4 RFID系統(tǒng)調(diào)制方法副載波調(diào)制 RFID系統(tǒng)采用副載波調(diào)制的好處包括： （1）電子標(biāo)簽是無源的，其能量靠讀寫器的載波提供，采用副載波調(diào)制信號進(jìn)行負(fù)載調(diào)制時，調(diào)試管每次導(dǎo)通時間較短，對電子標(biāo)簽電源的影響較?。?（2）調(diào)制器的總導(dǎo)通時間減少，總功率損耗下降； （3）有用信息的頻譜分布在副載波附近而不是在載波附近，便于讀寫器對傳輸數(shù)據(jù)信息的提取，但射頻耦合回路應(yīng)有較寬的頻帶。 觀察頻譜變化可以更好地理解使用副載波帶來的好處，如圖所示。采用副載

27、波進(jìn)行負(fù)載調(diào)制時，首先在圍繞工作頻率副載波fH的距離上產(chǎn)生兩條譜線。真實的信息隨著基帶編碼的數(shù)據(jù)流對副載波的調(diào)制被傳輸?shù)絻蓷l副載波譜線的邊帶中。另一方面，如果采用的是在基帶中進(jìn)行負(fù)載調(diào)制時，數(shù)據(jù)流的邊帶將直接圍繞著工作頻率的載波信號。 通過采用ASK調(diào)制的副載波進(jìn)行負(fù)載調(diào)制逐步形成多重調(diào)制7.5 RFID系統(tǒng)的耦合方式與調(diào)制 在射頻識別系統(tǒng)中，讀寫器和電子標(biāo)簽之間的通信是通過電磁波來實現(xiàn)的，而且無源電子標(biāo)簽的能量也需要通過電磁場進(jìn)行傳輸。按照電子標(biāo)簽與閱讀器之間的耦合方式，RFID系統(tǒng)可以分為電感耦合系統(tǒng)和電磁反向散射耦合系統(tǒng)，如圖所示，電感耦合方式適用于近距離系統(tǒng)，而電磁反向散射耦合方式適用

28、于遠(yuǎn)距離系統(tǒng)。7.5 RFID系統(tǒng)的耦合方式與調(diào)制電感耦合與負(fù)載調(diào)制 1電感耦合 這種耦合方式利用的是讀寫器天線線圈產(chǎn)生的未輻射出的交變磁能，相當(dāng)于天線近場情況。 如圖，讀寫器中的電容Cr與天線線圈并聯(lián)，一起構(gòu)成并聯(lián)振蕩回路，其諧振頻率與讀寫器的發(fā)射頻率一致。該回路的諧振將使得讀寫器天線線圈產(chǎn)生非常大的電流，由此可以產(chǎn)生能夠給電子標(biāo)簽工作所需磁場強(qiáng)度。同樣，電子標(biāo)簽的天線線圈和電容Ci一起構(gòu)成振蕩回路，諧振頻率也與讀寫器的發(fā)射頻率一致。通過該回路的諧振，電子標(biāo)簽線圈上的電壓可達(dá)到最大值。7.5 RFID系統(tǒng)的耦合方式與調(diào)制 電感耦合方式普遍應(yīng)用于低頻和高頻電子標(biāo)簽，適合于讀取距離較短的場合，一

29、般在 1 m以內(nèi)。電感耦合系統(tǒng)又可以分為密耦合系統(tǒng)和遙耦合系統(tǒng)。 密耦合系統(tǒng)具有很小的作用距離，典型值為01 cm。在密耦合系統(tǒng)中電子標(biāo)簽必須插入讀寫器中或者貼在讀寫器天線的表面，因此數(shù)據(jù)載體與讀寫器之間的密耦合能夠提供較大的能量。密耦合系統(tǒng)主要應(yīng)用于安全要求較高，但對作用距離不作要求的設(shè)備中，如電子門鎖系統(tǒng)。 遙耦合系統(tǒng)的典型作用距離可以達(dá)到1 m。遙耦合系統(tǒng)又可細(xì)分為近耦合系統(tǒng)（典型作用距離為15 cm）與疏耦合系統(tǒng)（典型作用距離為1 m）兩類。遙耦合系統(tǒng)的典型工作頻率為13.56 MHz，也有一些其他頻率，如6.75 MHz、27.125 MHz等。在ISO/IEC標(biāo)準(zhǔn)中，14443標(biāo)準(zhǔn)

30、和15693分別針對近耦合系統(tǒng)和疏耦合系統(tǒng)。遙耦合系統(tǒng)目前仍然是低成本射頻識別系統(tǒng)的主流。7.5 RFID系統(tǒng)的耦合方式與調(diào)制2.電阻負(fù)載調(diào)制 電感耦合方式的RFID系統(tǒng)中，電子標(biāo)簽向讀寫器傳輸數(shù)據(jù)通常采用負(fù)載調(diào)制方法。負(fù)載調(diào)制通過對電子標(biāo)簽振蕩回路的電參數(shù)按照二進(jìn)制數(shù)據(jù)流進(jìn)行調(diào)節(jié)，使電子標(biāo)簽阻抗的大小和相位隨之改變，從而完成調(diào)制的過程。負(fù)載調(diào)制技術(shù)主要有電阻負(fù)載調(diào)制和電容負(fù)載調(diào)制兩種方式。 電阻負(fù)載調(diào)制的電路原理圖如圖所示，在電阻負(fù)載調(diào)制中，負(fù)載RL并聯(lián)一個電阻Rmod，Rmod稱為負(fù)載調(diào)制電阻。根據(jù)二進(jìn)制數(shù)據(jù)流的接通或斷開，開關(guān)S的通斷由二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼控制，從而控制是否將Rmod接入電路。

31、7.5 RFID系統(tǒng)的耦合方式與調(diào)制 2.電阻負(fù)載調(diào)制 電阻負(fù)載調(diào)制的波形變化過程如下圖所示。圖（d）與圖（a）的二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼一致，表明電阻負(fù)載調(diào)制完成了信息傳輸。7.5 RFID系統(tǒng)的耦合方式與調(diào)制3.電容負(fù)載調(diào)制 電容負(fù)載調(diào)制的電路原理圖如圖所示，在電容負(fù)載調(diào)制中，負(fù)載RL并聯(lián)一個電容Cmod。 由于接入了電容Cmod，電子標(biāo)簽回路失諧，又由于讀寫器與電子標(biāo)簽的耦合作用，導(dǎo)致讀寫器也失諧。開關(guān)S的通斷控制電容Cmod按數(shù)據(jù)流的時鐘接通和斷開，使電子標(biāo)簽的諧振頻率在兩個頻率之間轉(zhuǎn)換。7.5 RFID系統(tǒng)的耦合方式與調(diào)制電磁反向散射耦合與調(diào)制1.電磁反向散射耦合方式基本原理 電磁反向散射這種通信方式利用的是電磁場，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入到電磁場時，電子標(biāo)簽的天線將產(chǎn)生