維特比解碼算法在超高頻RFID中的應(yīng)用

1、    維特比解碼算法在超高頻rfid中的應(yīng)用    王爽摘 要：射頻識別是一種非接觸式信息獲取和識別技術(shù)。隨著超高頻（uhf）射頻識別（rfid）技術(shù)在生產(chǎn)管理和物流管理中的廣泛應(yīng)用，人們對其接收機的靈敏度要求也越來越高。接收機數(shù)字基帶中解碼器的誤碼率（ber）性能直接影響其靈敏度。為了降低解碼器的誤碼率，該文將一種廣泛應(yīng)用于卷積碼中的維特比解碼算法移植應(yīng)用于fm0編碼的解碼算法中，利用fm0編碼的記憶性，實現(xiàn)前向糾錯解碼。仿真表明，在相同的誤碼率時，該解碼器所需的信噪比相對于傳統(tǒng)最優(yōu)接收機結(jié)構(gòu)有2 db的優(yōu)勢。關(guān)鍵詞：射頻識別 接收機 維特比 糾錯解

2、碼：tp3 ：a ：1672-3791（2017）03（b）-0199-02隨著超高頻（uhf）射頻識別（rfid）技術(shù)在生產(chǎn)管理和物流管理中的廣泛應(yīng)用，人們對其接收機的靈敏度要求也越來越高。接收機數(shù)字基帶中解碼器的誤碼率（ber）性能直接影響其靈敏度。射頻識別是一種非接觸式信息獲取和識別技術(shù)。固定或手持的接收機與附著于物品上的標(biāo)簽之間通過射頻信號進(jìn)行通信，由接收機對標(biāo)簽攜帶的物品信息進(jìn)行讀取和識別。該通信技術(shù)具有穩(wěn)定性高，距離遠(yuǎn)，自動化程度高等特點，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)和物流管理等領(lǐng)域中。在接收機與標(biāo)簽的通信過程中，接收機的靈敏度直接決定了通信距離和穩(wěn)定性。為了提高接收機的靈敏度，需要對接收機數(shù)字

3、基帶中的解碼器進(jìn)行優(yōu)化，降低其誤碼率。維特比解碼算法是一種用于卷積碼解碼的算法，利用卷積碼編碼時的碼間約束，以多個碼元波形對某一碼元進(jìn)行最大似然譯碼。而在超高頻rfid中，接收機接收到的由標(biāo)簽返回的信號采用fm0編碼方式。fm0編碼方式與卷積碼的共同特性是都具有記憶性，因而都可以利用維特比解碼的思想來進(jìn)行解碼。該論文提出了一種將維特比解碼思想移植應(yīng)用于fm0解碼中的方法，實現(xiàn)對fm0編碼的前向糾錯解碼。1 解碼器算法設(shè)計fm0是一種雙相間空編碼方式，圖1所示為其4種基本波形，分別視為4個編碼狀態(tài)s1-s41。數(shù)據(jù)0和數(shù)據(jù)1各有兩種互為反向的基本波形。任意兩個相鄰數(shù)據(jù)編碼后在碼元交界處必須進(jìn)行一

4、次相位翻轉(zhuǎn)，從而每一個編碼后的碼元波形由前一個碼元以及自身數(shù)據(jù)決定，即fm0編碼具有同卷積碼類似的記憶性。該文所設(shè)計的解碼算法將利用4種理想基本波形與每個接收到的碼元進(jìn)行相關(guān)。將獲得的4個相關(guān)值進(jìn)行多位量化，與其理想值進(jìn)行比較從而獲得用于分支度量的歐幾里得距離。基于此距離維特比算法在fm0解碼中得以移植應(yīng)用。圖2展示了維特比算法在fm0解碼中的運算流程。當(dāng)單個碼元接收結(jié)束時，解碼器將首先獲取當(dāng)前碼元與4種理想波形的相關(guān)值，并將4個相關(guān)值進(jìn)行軟判決量化。將量化值與理想量化值做差，獲得該碼元與理想波形的歐幾里得距離。然后，對每個可能的編碼狀態(tài)來說，都有兩條路徑通向此狀態(tài)。選取這兩條路徑中上游狀態(tài)的

5、累積距離較小的路徑作為該狀態(tài)的幸存路徑。選擇幸存路徑完成后，用該路徑上游狀態(tài)的累積距離與當(dāng)前碼元的歐幾里得距離相加，從而對該狀態(tài)進(jìn)行累積距離的更新。從更新后的累積距離中選取最小值，以該累積距離最小的狀態(tài)為起點，沿幸存路徑進(jìn)行固定長度的回溯譯碼。每經(jīng)過一次數(shù)據(jù)1導(dǎo)致的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)則譯碼為1，每經(jīng)過一次數(shù)據(jù)0導(dǎo)致的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)則譯碼為0。當(dāng)回溯譯碼達(dá)到所需深度時，當(dāng)前碼元的譯碼輸出即為該碼元的最大似然譯碼結(jié)果。2 性能仿真與分析為了衡量維特比算法應(yīng)用于fm0解碼時的性能，該文在matlab軟件平臺上進(jìn)行了誤碼率仿真。在理想fm0編碼波形中加入一定強度的高斯白噪聲來產(chǎn)生測試波形，并與同類文獻(xiàn)以及傳統(tǒng)理想接收

6、機結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能對比，如圖3所示。圖3中文獻(xiàn)2采用邊沿檢測方法進(jìn)行解碼，該解碼算法對于較強的噪聲非常敏感，因而在信噪比較弱時性能較差。最優(yōu)接收機結(jié)構(gòu)能夠較好地抵抗噪聲，但是忽視了fm0編碼中不同碼元之間的聯(lián)系，不能充分利用接收到的信號攜帶的所有信息。維特比算法能夠充分利用fm0編碼的記憶性，因此獲得了更好的性能。相比于傳統(tǒng)最優(yōu)接收機結(jié)構(gòu)，在相同的誤碼率時，維特比算法有2 db的信噪比優(yōu)勢。3 結(jié)語該文設(shè)計了一種應(yīng)用于uhf rfid接收機中的維特比解碼算法。將維特比思想移植應(yīng)用于fm0編碼的解碼算法中，利用fm0的記憶性來實現(xiàn)糾錯解碼，降低誤碼率。仿真表明，在相同的誤碼率時，該解碼算法所需的信噪比相對于傳統(tǒng)最優(yōu)接收機結(jié)構(gòu)有2 db的優(yōu)勢。參考文獻(xiàn)1 epctm radio-frequency identity protocols generation-2 uhf rfid protocol for communications at 860 mhz -960 mhz version 2.0.0z.2 c. angerer and m. rupp， advanced synchron