RFID的編碼調(diào)制技術(shù)解析.ppt

1、第四次RFID的編碼和調(diào)制將人在生活、生產(chǎn)、社會活動中總是伴隨著消息(或信息)的傳送而傳送這種消息(或信息)的過程稱為通信。 通信系統(tǒng)指代完成通信的所有設(shè)備和傳輸介質(zhì)，并且一般地，圖1中的通信系統(tǒng)模型、第一通信系統(tǒng)、第一通信系統(tǒng)模型、信息源(簡稱為源):將各種消息轉(zhuǎn)換為原始電信號，例如，麥克風(fēng)。 源分為模擬源和數(shù)字源。 發(fā)送設(shè)備生成適合于信道上的傳輸?shù)男盘枴?信道將來自發(fā)送裝置的信號傳送到接收側(cè)的物理介質(zhì)。 大致分為有線信道和無線信道。 噪聲源：集中顯示分布在通信系統(tǒng)中各處的噪聲。 接收器：從受到缺陷的接收信號正確恢復(fù)原來的電信號。 收信人(信宿):將原來的電信號轉(zhuǎn)換為揚(yáng)聲器等對應(yīng)的信息。模擬

2、信號：表示消息的信號殘奧儀表是連續(xù)的，例如麥克風(fēng)輸出電壓：數(shù)字信號：表示消息的信號殘奧儀表是有限個，例如電報信號、計算機(jī)輸入輸出信號： (a )語音信號(b )采樣信號圖2的模擬信號、(a )二進(jìn)制信號(b )天線在模擬通信系統(tǒng)中，可以看到發(fā)射機(jī)簡化為調(diào)制器，接收機(jī)簡化為解調(diào)器，并主要強(qiáng)調(diào)了調(diào)制解調(diào)器在模擬通信系統(tǒng)中的重要作用。 圖4是模擬通信系統(tǒng)模型、2、通信系統(tǒng)分類、數(shù)字通信系統(tǒng)和利用數(shù)字信號傳達(dá)信息的通信系統(tǒng)。 來源代碼和解碼的目的：提高信息傳輸?shù)挠行裕瓿赡M/數(shù)字轉(zhuǎn)換的信道編碼和解碼的目的：提高抗干擾性的加密和解碼的目的：保證傳達(dá)的信息的安全的數(shù)字調(diào)制和解調(diào)的目的：形成適合于通道傳

3、輸?shù)膸ㄐ盘柕耐侥康模?在圖5的數(shù)字通信系統(tǒng)模型中，RFID系統(tǒng)通常采用數(shù)字信號。 其主要特征信號的完整性RFID使用非接觸技術(shù)來傳輸信息，容易遭遇干擾，使信息傳輸發(fā)生變化。 數(shù)字信號容易檢查，容易防止沖突，能夠保持信號的完整性。 信號的安全性RFID系統(tǒng)通過無線信道傳輸信息，并且開放的無線系統(tǒng)是安全隱患。 數(shù)字信號的加密和解密過程比模擬信號容易得多。 容易進(jìn)行數(shù)字信號的存儲、處理、交換的形式與在修正計算機(jī)中使用的信號一致，是二進(jìn)制碼。 易于與計算機(jī)建立互聯(lián)網(wǎng)連接，易于存儲、處理和交換計算機(jī)對數(shù)字信息，并且可以自動化和智能化物聯(lián)網(wǎng)管理和維護(hù)。 RFID系統(tǒng)的基本通信模型主要響應(yīng)于從讀取器-寫

4、入器到電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳送方向，RFID系統(tǒng)的通信模型主要是在讀取器-寫入器(發(fā)射器)的信號編碼(信號處理)與調(diào)制器(載波電路)、傳輸媒介(信道)、電子標(biāo)簽(接收器) 作為RFID系統(tǒng)中的解調(diào)器最終完成的功能是獲取數(shù)據(jù)，其中在此系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換包括從RFID讀取器到RFID電子標(biāo)簽方向的數(shù)據(jù)傳送以及從RFID電子標(biāo)簽到RFID讀取器方向的數(shù)據(jù)傳送。 3、RFID系統(tǒng)的基本通信模式，其中該信號編碼系統(tǒng)對要傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行編碼，使得傳輸?shù)男盘柋M可能與信道最佳匹配，以防止信息干擾和沖突。 調(diào)制器用于改變高頻載波信號，即使其與調(diào)制了載波信號的幅度、頻率或相位的基帶信號相關(guān)。 射頻識別系統(tǒng)中信道的傳輸介質(zhì)是

5、磁場(電感耦合)和電磁波(微波)。 解調(diào)器解調(diào)所取得的信號以再現(xiàn)基帶信號。信號解碼系統(tǒng)對從解調(diào)器發(fā)送的基帶信號進(jìn)行解碼，恢復(fù)為原始信息，識別傳輸錯誤并校正傳輸錯誤。 4、信號工作方式、順序系統(tǒng)的電子標(biāo)簽和讀取器的信息傳遞是間歇地進(jìn)行電子標(biāo)簽的能量供給，讀取器和電子標(biāo)簽不同時發(fā)送的方式能夠改善信號受到干擾的狀況，提高系統(tǒng)的工作距離。 可以在全雙工系統(tǒng)電子標(biāo)簽和讀寫器之間同時傳輸信息可以在半雙工系統(tǒng)電子標(biāo)簽和讀寫器之間雙向傳輸信息，但同時只能在一個方向傳輸信息，發(fā)出能量，給電子標(biāo)簽充電，讀寫器停止發(fā)出能量，電子標(biāo)簽工作， 向讀取器-寫入器發(fā)送信號的RFID系統(tǒng)通常使用反歸零(NRZ )編碼、曼徹斯

6、特(Manchester )編碼、單極性反歸零(RZ )編碼、差分二相(DBP )編碼、鏡像編碼中的任一種編碼方法(1)非反歸零編碼(NRZ，non return ) 不進(jìn)行逆歸零的編碼在高電平表示二進(jìn)制“1”，在低電平表示二進(jìn)制“0”，如下圖所示：圖7不進(jìn)行逆歸零的編碼不應(yīng)該傳輸，由于以下原因的接收側(cè)的判定閾值與信號功率有關(guān)，在難以使用的NRZ中包含位同步信號的頻率成分注意：在iso 14443類型b協(xié)議中，電子標(biāo)簽和讀取器在傳輸數(shù)據(jù)時采用NRZ，(2)曼徹斯特代碼曼徹斯特代碼也稱為拆分相位代碼。 某比特的值由該比特長內(nèi)的半比特周期時的電平的變化(上升或下降)表示，半比特周期時的負(fù)跳躍表示二

7、進(jìn)制“1”，半比特周期時的正跳躍表示二進(jìn)制“0”，如下圖所示，圖8的曼徹斯特碼如果多個標(biāo)簽同時發(fā)送的數(shù)據(jù)比特具有不同的值，則接收到的上升沿和下降沿相抵消，成為在位長整體上不可中斷的負(fù)載波信號，因此不允許該狀態(tài)，從而讀取器-寫入器可利用該錯誤來確定發(fā)生沖突的具體位置。 曼徹斯特編碼在各碼元之間產(chǎn)生跳躍，所以能夠在接收側(cè)容易地用作同步時鐘。 注意：在iso 14443類型a協(xié)議中，電子標(biāo)簽在向讀取器傳遞數(shù)據(jù)時使用曼徹斯特代碼。 ISO18000-6 TYPE B讀寫器在向電子標(biāo)簽傳輸數(shù)據(jù)時采用曼徹斯特碼，(3)單極零碼在傳輸代碼1時產(chǎn)生正電流，但正電流持續(xù)的時間比1碼元的時間寬度短，即狹窄單極性復(fù)

8、位零編碼可用于提取位同步信號。 單極性零復(fù)位編碼、(4)差動二相編碼(DBP )差動二相編碼的半比特周期中的任意邊緣表示二進(jìn)制“0”，沒有邊緣的是二進(jìn)制“1”。 另外，各位周期開始時，電平反轉(zhuǎn)。 因此，位節(jié)拍對于接收器而言相對容易重構(gòu)。 在圖10中的差分雙相編碼中，(5)鏡像編碼(Miller )鏡像編碼的半比特周期中的任何邊緣表示二進(jìn)制“1”，并且在下一個比特周期中不改變的電平表示二進(jìn)制“0”。 當(dāng)一系列的比特周期開始時，發(fā)生電平交替，由于如下圖所示，所以對于接收機(jī)而言，比特節(jié)拍的重構(gòu)也變得容易。在圖11的鏡像編碼中，在TYPE A中定義了(1)在定時64fc產(chǎn)生 pause 的定時、和(2

9、)在定時64fc產(chǎn)生 pause 的定時這3種定時(2)定時y :該定時是全部比特期間在上述定時說明中，fc為載波1356MHz，脈沖的底部寬度為0530s，90寬度為45s以下。 你可以在這三個定時對幀進(jìn)行編碼。 也就是說，修改后的鏡像代碼。 邏輯“1”選擇定時x； 邏輯“0”選擇定時y。 但是，兩種情況除外。 第一，在存在兩個以上相鄰的“0”的情況下，采用從第二個“0”開始的定時z；第二，在與開始比特直接連接的所有比特為“0”時，應(yīng)該用時間序列z來表示。 另外，通信開始時用序列z表示。 通信結(jié)束用邏輯“0”加順序y表示。 如果沒有信息，通常應(yīng)用至少兩個序列y來顯示。 6、修正鏡碼，注意：

10、ISO/IEC 14443標(biāo)準(zhǔn)(近耦合非接觸式IC卡標(biāo)準(zhǔn))，在TYPE A中讀取器向電子標(biāo)簽傳送數(shù)據(jù)時，以修正鏡碼方式調(diào)制載波。 輸入數(shù)據(jù)為01 1010，波形c實際上是曼徹斯特的反相波形，如果在其上升沿輸出改變，則產(chǎn)生鏡像代碼，在其上升沿一個槽修正鏡像代碼，開始用定時z、與開始比特直接連接的0用定時z、如果多個相鄰則為2 用于通信結(jié)束邏輯0相加定時變形鏡像編碼用于在電感耦合的射頻識別系統(tǒng)中從讀取器到電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸。 (7)脈沖間歇編碼在脈沖間歇編碼中，到下一個脈沖為止的休止期間t表示二進(jìn)制“1”，到下一個脈沖為止的休止期間2t表示二進(jìn)制“0”。 由于圖13的稱為脈沖間歇編碼的編碼方法被用

11、于感應(yīng)耦合的射頻系統(tǒng)中從讀取器向電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸，并且脈沖轉(zhuǎn)換時間短，因此保證在數(shù)據(jù)傳輸期間從讀取器的高頻場向射頻標(biāo)簽連續(xù)供給能量。 (8)脈沖位置編碼(PPM，Pulse Position Modulation )的脈沖位置編碼與上述的脈沖間歇編碼類似，但是在脈沖位置編碼中，不同點(diǎn)在于每個數(shù)據(jù)比特的寬度一致。 這里，脈沖在最初的時間段表示“00”，在第2個時間段表示“01”，在第3個時間段表示“10”，在第4個時間段表示“11”，如右圖所示。 注意：在ISO15693協(xié)議中，數(shù)據(jù)編碼被稱為PPM，(9)FM0編碼和FM0 (即，bi相位空間)編碼都被稱為二相空間編碼，并且操作原理在比特窗口

12、內(nèi)使用級別變化從位窗口的開頭起電平反轉(zhuǎn)時，表示邏輯“1”。 等級不僅在在位窗口的開頭翻轉(zhuǎn)，而且在在位窗口的中央翻轉(zhuǎn)時表示邏輯“0”。 一個窗戶的持續(xù)時間是25s。 注意： ISO18000-6 typeA在從標(biāo)簽向讀取器的數(shù)據(jù)傳輸中采用FM0碼，(10 )所有的pie碼pie (脈沖間隔編碼)碼被稱為脈沖寬度碼，并定義了脈沖下降沿之間的不同時間寬度在該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定中，由讀取器發(fā)送的數(shù)據(jù)幀由幀開始信號(SOF )、幀結(jié)束信號(EOF )、數(shù)據(jù)0、1組成。 標(biāo)準(zhǔn)定義了名為“Tari”的時間間隔，也稱為基準(zhǔn)時間間隔。 該時間間隔為相鄰2個脈沖的下降沿的時間寬度，持續(xù)25s。 注意： ISO18000-

13、6 typeA采用PIE代碼將數(shù)據(jù)從讀取器發(fā)送到標(biāo)簽。 注意：選擇編碼方式的注意事項1、編碼方式的選擇考慮到電子標(biāo)簽的能源，REID系統(tǒng)中使用的電子標(biāo)簽大多是被動的，被動標(biāo)簽在讀寫器的通信中必須得到自身的能量供給。 為了保證系統(tǒng)的正常操作，信道編碼方案必須保證讀取器向電子標(biāo)簽的能量供應(yīng)不能中斷。在RFID系統(tǒng)中，在電子標(biāo)簽為被動標(biāo)簽的情況下，通常要求基帶編碼在兩個相鄰的數(shù)據(jù)比特之間具有跳躍的特征，在該相鄰的數(shù)據(jù)之間具有跳躍的代碼，不能保證當(dāng)“0”連續(xù)出現(xiàn)時向電子標(biāo)簽的能量供給注意：選擇編碼方法的考慮因素2、編碼方案的選擇需要考慮電子標(biāo)簽的檢錯能力來保證系統(tǒng)的可靠工作，因此編碼過程中必須提供數(shù)據(jù)

14、級檢驗保護(hù)。 編碼方式應(yīng)該提供這種功能。 根據(jù)符號模式的變化可以判斷是發(fā)生了錯誤符號還是發(fā)生了電子標(biāo)簽沖突。 在實際的數(shù)據(jù)傳輸中，由于信道中干擾的存在而導(dǎo)致了數(shù)據(jù)必然在傳輸期間發(fā)生錯誤，同時要求信道編碼器能夠提供某種檢測錯誤的能力。 曼徹斯特編碼、差分雙向編碼、單極歸零編碼具有較強(qiáng)的編碼錯誤檢測能力。 注意：在考慮到選擇編碼方法的考慮事項3、考慮到編碼方法的選擇電子標(biāo)簽時鐘的提取的電子標(biāo)簽芯片中，一般沒有時間校正電路，而電子標(biāo)簽芯片一般需要從讀取器/寫入器發(fā)送的代碼流中提取時間校正。 曼徹斯特編碼、鏡像編碼和差分雙向編碼容易向電子標(biāo)簽提取時間校正。 1、調(diào)制以及解調(diào)，通常基帶信號的頻率成分低，

15、不適合在無線信道上傳輸。 因此，通信系統(tǒng)的發(fā)送側(cè)需要用一個載波攜帶基帶信號。 也就是說，根據(jù)基帶信號的規(guī)則改變載波的殘奧儀表的過程稱為(載波)調(diào)制。 載波被稱為調(diào)制信號，該調(diào)制信號包括基帶信號的所有特征。 在通信系統(tǒng)的接收端需要解調(diào)過程，并且發(fā)揮恢復(fù)調(diào)制信號中的原始基帶信號的作用。 調(diào)制解調(diào)過程對于通信系統(tǒng)來說是重要的，因為調(diào)制解調(diào)方案極大地確定了系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的性能。 三、RFID調(diào)制和解調(diào)、調(diào)制的基本作用是移頻。 總之，調(diào)制主要是為了進(jìn)行頻移。 調(diào)制器將基帶信號的頻譜移動到預(yù)定頻率范圍以適應(yīng)信道傳輸請求。 實現(xiàn)信道復(fù)用。 通常，傳輸?shù)拿總€信號占據(jù)的帶寬小于信道帶寬，因此，一個信道同時僅傳輸一

16、個信號是無用的，并且當(dāng)遠(yuǎn)小于其傳輸信息的容量時各信道就操作。 然而，調(diào)制使得能夠通過將各信號的頻譜移到指定的位置來同時在一個信道發(fā)送許多信號。 工作頻率越高，帶寬就越大。 從諸如信息論的原理可以理解，寬帶通信系統(tǒng)通常顯示出良好的抗干擾性能。 如果將信號轉(zhuǎn)換為占據(jù)較大帶寬，則抗干擾性會增強(qiáng)。 工作頻率越高，天線尺寸越小。 當(dāng)天線的大小比起工作波長更偽時，天線的輻射是更有效的。 由于工作頻率與波長成反比，因此，如果增加工作頻率，可以降低波長，進(jìn)而減小天線大小，可以滿足現(xiàn)代通信大小小型化的要求。 由于調(diào)制信號分為模擬信號和數(shù)字信號之間的差分，所以根據(jù)輸入調(diào)制信號，調(diào)制信號可以分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。 模擬調(diào)制是指輸入調(diào)制信號的振幅連續(xù)變化的模擬量；數(shù)字調(diào)制是指輸入調(diào)制信號的振幅離散的數(shù)字量。 由于載波的殘奧儀表具有振幅、頻率和相位，因此根據(jù)載波的殘奧儀表的變化，調(diào)制可以分為振幅調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制。 振幅調(diào)制是指載波信號的振幅殘奧儀表根據(jù)調(diào)制信號的大小而變化的頻率調(diào)制是指載波信號的頻率殘奧儀表根據(jù)調(diào)制信號的大小而變化的相位調(diào)制是指載波信號的相位殘奧儀表根據(jù)調(diào)制信號的大小而變化。 數(shù)字調(diào)制和數(shù)字調(diào)制的概念使用二進(jìn)制(多進(jìn)制)數(shù)字信號作為調(diào)制信號控制某個載波的殘奧儀表的變化。 將這樣的基帶數(shù)字信號