RFID的编码调制技术解析.pptx
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1、第第4 4讲讲 RFIDRFID的编码和调制的编码和调制 l人类在生活、生产和社会活动中总是伴随着消息(或信息)的传递,这种传递消息(或信息)的过程就叫做通信。l通信系统是指完成通信这一过程的全部设备和传输媒介,一般可概括为如下图所示的模型:图1 通信系统模型一、通信与通信系统1、通信系统模型l信息源信息源(简称信源):把各种消息转换成原始电信号,如麦克风。信源可分为模拟信源和数字信源。l发送设备发送设备:产生适合于在信道中传输的信号。l信道信道:将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。分为有线信道和无线信道两大类。l噪声源噪声源:集中表示分布于通信系统中各处的噪声。l接收设备接收设备:从
2、受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。l受信者受信者(信宿):把原始电信号还原成相应的消息,如扬声器等。l模拟信号:代表消息的信号参量取值连续,例如麦克风输出电压:l数字信号:代表消息的信号参量取值为有限个,例如电报信号、计算机输入输出信号:(a)话音信号 (b)抽样信号 图2 模拟信号 (a)二进制信号 (b)2PSK信号 图3 数字信号通常,按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号,相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。l模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统。l可见,在模拟通信系统中,发送设备简化为调制器,接收设备简化为解调器,主要是强调在模拟通信系统中调制的重要作用
3、。图4 模拟通信系统模型2、通信系统分类数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。信源编码与译码目的:提高信息传输的有效性以及完成模/数转换;信道编码与译码目的:增强抗干扰能力;加密与解密目的:保证所传信息的安全;数字调制与解调目的:形成适合在信道中传输的带通信号;同步目的:使收发两端的信号在时间上保持步调一致。图5 数字通信系统模型RFID系统常采用数字信号。其主要特点信号的完整性RFID采用非接触技术传递信息,容易遇到干扰,使信息传输发生改变。数字信号容易校验,并容易防碰撞,可以使信号保持完整性。信号的安全性RFID系统采用无线方式传递信息,开放的无线系统存在安全隐患。数字信号的加密
4、和解密处理比模拟信号容易的多。便于存储、处理和交换数字信号的形式与计算机所用的信号一致,都是二进制代码。便于与计算机互联网,也便于计算机对数字信息进行存储、处理和交换,可使物联网的管理和维护实现自动化、智能化。RFID系统的基本通信模型l按读写器到电子标签的数据传输方向,RFID系统的通信模型主要由读写器(发送器)中的信号编码(信号处理)和调制器(载波电路),传输介质(信道),以及电子标签(接收器)中的解调器(载波回路)和信号译码(信号处理)组成。l RFID系统最终要完成的功能是对数据的获取,这种在系统内的数据交换有两个方面的内容:RFID读写器向RFID电子标签方向的数据传输和RFID电子
5、标签向RFID读写器方向的数据传输。3、RFID系统的基本通信模型l信号编码系统是对要传输的信息进行编码,以便传输信号能够尽可能最佳的与信道相匹配,防止信息干扰或发生碰撞。l调制器用于改变高频载波信号,即使得载波信号的振幅、频率或相位与调制的基带信号相关。l射频识别系统信道的传输介质为磁场(电感耦合)和电磁波(微波)。l解调器用于解调获取信号,以便再生基带信号。l信号译码系统是对从解调器传来的基带信号进行译码,恢复成原来的信息,并识别和纠正传输错误。4、信号工作方式时序系统 电子标签和读写器的信息传输是在电子标签能量供应间歇进行的,读写器与电子标签不同时发射,这种方式可改善信号受干扰的状况,提
6、高系统的工作距离。全双工系统 电子标签和读写器之间可以在同一时刻互相传送信息半双工系统 电子标签和读写器之间可以双向传送信息,但在同一时刻只能向一个方向传送信息发射能量,给电子标签充电读写器停止发射能量,电子标签工作,向读写器发送信号二、RFID常用的编码方式数字基带信号波形,可以用不同形式的代码来表示二进制的“1”和“0”。RFID系统通常使用下列编码方法中的一种:反向不归零(NRZ)编码、曼彻斯特(曼彻斯特(ManchesterManchester)编码)编码、单极性归零(RZ)编码、差动双相(DBP)编码、密勒(密勒(MillerMiller)编码)编码和差动编码。(1)反向不归零编码(
7、NRZ,Non Return Zero)l反向不归零编码用高电平表示二进制“1”,低电平表示二进制“0”,如下图所示:图7 反向不归零编码l此码型不宜传输,有以下原因a)有直流,一般信道难于传输零频附近的频率分量;b)接收端判决门限与信号功率有关,不方便使用;c)不能直接用来提取位同步信号,因为NRZ中不含有位同步信号频率成分;d)要求传输线有一根接地。注:ISO14443 TYPE B协议中电子标签和阅读器传递数据时均采用NRZ(2)曼彻斯特编码(Manchester)l曼彻斯特编码也被称为分相编码(Split-Phase Coding)。l某比特位的值是由该比特长度内半个比特周期时电平的变
8、化(上升或下降)来表示的,在半个比特周期时的负跳变表示二进制“1”,半个比特周期时的正跳变表示二进制“0”,如下图所示:图8 曼彻斯特编码编码器电路 曼彻斯特编码的特点l曼彻斯特编码在采用负载波的负载调制或者反向散射调制时,通常用于从电子标签到读写器的数据传输,因为这有利于发现数据传输的错误。这是因为在比特长度内,“没有变化”的状态是不允许的。l当多个标签同时发送的数据位有不同值时,则接收的上升边和下降边互相抵消,导致在整个比特长度内是不间断的负载波信号,由于该状态不允许,所以读写器利用该错误就可以判定碰撞发生的具体位置。l曼彻斯特编码由于跳变都发生在每一个码元中间,接收端可以方便地利用它作为
9、同步时钟。注:ISO14443 TYPE A协议中电子标签向阅读器传递数据时采用曼彻斯特编码。ISO18000-6 TYPE B 读写器向电子标签传递数据时采用的是曼彻斯特编码 (3)单极性归零编码(Unipolar RZ)l当发码1时发出正电流,但正电流持续的时间短于一个码元的时间宽度,即发出一个窄脉冲l当发码0时,完全不发送电流。l单极性归零编码可用来提取位同步信号。单极性归零编码(4)差动双相编码(DBP)l差动双相编码在半个比特周期中的任意的边沿表示二进制“0”,而没有边沿就是二进制“1”,如下图所示。此外在每个比特周期开始时,电平都要反相。因此,对于接收器来说,位节拍比较容易重建。图
10、10 差动双相编码(5)密勒编码(Miller)l密勒编码在半个比特周期内的任意边沿表示二进制“1”,而经过下一个比特周期中不变的电平表示二进制“0”。一连串的比特周期开始时产生电平交变,如下图所示,因此,对于接收器来说,位节拍也比较容易重建。图11 米勒编码TYPE A中定义了如下三种时序:(1)时序X:该时序将在64fc处产生一个“pause”(凹槽);(2)时序Y:该时序在整个位期间(128fc)不发生调制;(3)时序Z:这种时序在位期间的开始时,产生一个“pause”。在上述时序说明中,fc为载波1356MHz,pause凹槽脉冲的底宽为0530s,90幅度宽度不大于45s。用这三种时
11、序即可对帧进行编码,即修正的密勒码。逻辑逻辑“1 1”选择时序选择时序X X;逻辑;逻辑“0 0”选择时序选择时序Y Y。但有两种情况除外,第一种是在相邻有两个或更多的“0”时,此时应从第二个“0”开始采用时序Z;第二种是在直接与起始位相连的所有位为“0”时,此时应当用时序Z表示。另外,通信开始时,用时序Z表示。通信结束则用逻辑“0”加时序Y表示。无信息时,通常应用至少两个时序Y来表示。6、修正密勒码编码注:在ISO/IEC 14443标准(近耦合非接触式IC卡标准),TYPE A中阅读器向电子标签传递数据时采用修正密勒码方式对载波进行调制。假设输入数据为01 1010波形C实际上是曼彻斯特的
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