第4章-采樣、編碼與調(diào)制-2

1、物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用第第4章章 編碼與調(diào)制編碼與調(diào)制點(diǎn)擊此處結(jié)束放映點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用讀寫器與電子標(biāo)簽之間消息的傳遞是通過電信號(hào)實(shí)現(xiàn)的。讀寫器與電子標(biāo)簽之間消息的傳遞是通過電信號(hào)實(shí)現(xiàn)的。原始的電信號(hào)通常稱為基帶信號(hào)，有些信道可以直接傳輸基帶信原始的電信號(hào)通常稱為基帶信號(hào)，有些信道可以直接傳輸基帶信號(hào)，但以自由空間作為信道的無線電傳輸卻無法直接傳遞基帶信號(hào)，但以自由空間作為信道的無線電傳輸卻無法直接傳遞基帶信號(hào)。將基帶信號(hào)編碼，然后變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)，這號(hào)。將基帶信

2、號(hào)編碼，然后變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)，這個(gè)過程稱為個(gè)過程稱為編碼與調(diào)制編碼與調(diào)制；在接收端進(jìn)行反變換，然后進(jìn)行解碼，；在接收端進(jìn)行反變換，然后進(jìn)行解碼，這個(gè)過程稱為這個(gè)過程稱為解調(diào)與解碼解調(diào)與解碼。調(diào)制以后的信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)，它具。調(diào)制以后的信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)，它具有兩個(gè)基本特征，一個(gè)是攜帶有信息，一個(gè)是適合在信道中傳輸。有兩個(gè)基本特征，一個(gè)是攜帶有信息，一個(gè)是適合在信道中傳輸。 點(diǎn)擊此處結(jié)束放映點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映點(diǎn)擊此處結(jié)束放映 信號(hào)與信道信號(hào)與信道4.1編碼與調(diào)制編碼與調(diào)制4.2RFID常用的編碼方法常

3、用的編碼方法4.3RFID常用的調(diào)制方法常用的調(diào)制方法4.4物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用點(diǎn)擊此處結(jié)束放映點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用RFID常用的編碼方法常用的編碼方法4.3點(diǎn)擊此處結(jié)束放映點(diǎn)擊此處結(jié)束放映數(shù)字?jǐn)?shù)字/數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)用數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)用。例如，當(dāng)數(shù)據(jù)從計(jì)算機(jī)傳輸?shù)降酱蛴?。例如，?dāng)數(shù)據(jù)從計(jì)算機(jī)傳輸?shù)降酱蛴C(jī)時(shí)，原始數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)都是數(shù)字的。機(jī)時(shí)，原始數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)都是數(shù)字的。在這種情況下，由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的在這種情況下，由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的0和和1被轉(zhuǎn)被轉(zhuǎn)換成一串可以再導(dǎo)線上傳輸?shù)碾妷好}沖。換成一串

4、可以再導(dǎo)線上傳輸?shù)碾妷好}沖。圖圖5.1給出了數(shù)字信息、數(shù)字給出了數(shù)字信息、數(shù)字/數(shù)字編碼器和數(shù)字編碼器和產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)之間的關(guān)系。產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)之間的關(guān)系。實(shí)現(xiàn)數(shù)字實(shí)現(xiàn)數(shù)字/數(shù)字轉(zhuǎn)換的編碼方法有多種，為數(shù)字轉(zhuǎn)換的編碼方法有多種，為此只討論在數(shù)據(jù)通信中常用的編碼方法。此只討論在數(shù)據(jù)通信中常用的編碼方法。這些編碼方法可以分為這些編碼方法可以分為3類：類：、和和。單極性編碼很簡單，。單極性編碼很簡單，在實(shí)際應(yīng)用中只有一種技術(shù)。極化編碼可在實(shí)際應(yīng)用中只有一種技術(shù)。極化編碼可進(jìn)一步分為進(jìn)一步分為、和和。單極性編碼和。單極性編碼和極化編碼有多種變體，雙極性編碼有三種極化編碼有多種變體，雙極性編碼有三種變體，即

5、變體，即、和和碼。碼。 利用一來編碼信號(hào)。通過使用正負(fù)兩種電壓，可降低大多數(shù)極化編碼線路上的平均電壓值，且解決了單極性編碼中的問題。例如，在曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼中，每比特均含有正電壓和負(fù)電壓，從而徹底解決了直流分量問題。極性編碼有多種變體，在此只討論3種最普遍的，即、和。其中NRZ編碼包括和2種雙相位編碼則包括和兩種，前者用于以太局域網(wǎng)，后者用于令牌環(huán)局域網(wǎng)。 1. NRZ編碼編碼在NRZ編碼中，信號(hào)的電壓值或正或負(fù)。下面討論兩種最常用的非歸零編碼方法。在NRZ-L編碼中，信號(hào)的電平是根據(jù)它所對(duì)應(yīng)的比特位的取值決定的。其中，高電平代表比特高電平代表比特0，而，而低電平代表比特低電平代

6、表比特1，或者反之，或者反之。當(dāng)接收數(shù)據(jù)中存在一長串連續(xù)的0或者1時(shí)，即接收方連續(xù)接收到相同的電壓，此時(shí)應(yīng)該由時(shí)鐘來確定發(fā)送了多少比特，但接收方的時(shí)鐘可能無法與發(fā)送方的。 1011010 用 NRZ 編碼 1. NRZ編碼編碼 1. NRZ編碼編碼圖5.3所示為同一串比特的NRZ-L和NRZ-I編碼。在NRZ-L編碼序列中，高低電平分別具有特定的含義：；.在NRZ-I編碼序列中，每一間隙的電壓值是沒有意義的，接收方以來作為識(shí)別比特1的標(biāo)志。如上所述，在出現(xiàn)連續(xù)的1或0的時(shí)候，接收方會(huì)失去同步。在中曾提及，有一種保證同步的方法是在一條。但是，這一方法并不經(jīng)濟(jì)，且易于出錯(cuò)。一個(gè)更好的方案是讓編碼信

7、號(hào)本身攜帶同步信息，與NRZ-I編碼中使用的方案一樣，但同時(shí)還需要提供對(duì)連續(xù)0的同步。為了保證，在每個(gè)比特中都必須有信號(hào)變化。接收方可以利用這些跳變來。在NRZ-I編碼中對(duì)于連續(xù)1序列實(shí)現(xiàn)了同步，但是為了使每比特都有信號(hào)變化，則需要利用兩個(gè)以上的電壓值。 1011010 用 RZ 編碼 一種可實(shí)現(xiàn)同步的編碼方案是RZ編碼，它使用了3個(gè)電平：。在RZ編碼中，信號(hào)變化不是發(fā)生在比特質(zhì)檢而是發(fā)生在比特內(nèi)。與NRZ-L編碼一樣，高電平代表比特0，低電平代表比特1.不同于NRZ-L編碼的是，在每比特間隔的中段，信號(hào)將歸零。比特1實(shí)際是用高電平到零的跳變表示，而比特0則是用低電平到零的跳變表示的，而不僅僅

8、是通過電平的高低來表示。如圖5.4所示。RZ編碼的主要缺點(diǎn)是1比特，從而。但是，相對(duì)于前面討論過的3種編碼方法，它是最有效的。目前對(duì)于最好的解決方案是。在這種編碼中，信號(hào)在每比特時(shí)間間隔的中間發(fā)生改變但并不歸零，而是轉(zhuǎn)為反相的一極。與RZ類似，這種可實(shí)現(xiàn)同步。和就是在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常使用的兩種雙相位編碼。 1011010 用 Manchester 編碼 1011010 用差分 Manchester 編碼 與與RZ編碼一樣，雙極性編碼也使用編碼一樣，雙極性編碼也使用3個(gè)電平值：個(gè)電平值：。但與。但與RZ編碼不同的是，零電平編碼不同的是，零電平在雙極性編碼中代表比特在雙極性編碼中代表比特0，高低電平交替

9、代表比特，高低電平交替代表比特1。如果第一個(gè)比特。如果第一個(gè)比特1由高電平表示，則在第二個(gè)比由高電平表示，則在第二個(gè)比特特1由低電平表示，第三個(gè)比特由低電平表示，第三個(gè)比特1仍由高電平表示，仍由高電平表示，以此類推。這種交替有時(shí)在比特以此類推。這種交替有時(shí)在比特1并不連續(xù)的情況下并不連續(xù)的情況下也會(huì)出現(xiàn)。也會(huì)出現(xiàn)。在數(shù)據(jù)通信中，常用的雙極性編碼包括傳號(hào)交替反在數(shù)據(jù)通信中，常用的雙極性編碼包括傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)（）、雙極性）、雙極性8連連0替換（替換（）和）和3階高密階高密度雙極性（度雙極性（）編碼）編碼3種。種。 101 1010用AM I編 碼 物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFIDRFID

10、）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用二進(jìn)制編碼是用不同形式的代碼來表示二進(jìn)制的二進(jìn)制編碼是用不同形式的代碼來表示二進(jìn)制的1和和0。按照數(shù)字編碼方式，可以將編碼劃分為。按照數(shù)字編碼方式，可以將編碼劃分為單極性碼單極性碼和和雙極性碼雙極性碼，單極性碼使用正（或負(fù)）的電壓表示數(shù)據(jù)；，單極性碼使用正（或負(fù)）的電壓表示數(shù)據(jù)；雙極性碼雙極性碼1為反轉(zhuǎn)，為反轉(zhuǎn)，0為保持零電平。按照信號(hào)是否歸零，為保持零電平。按照信號(hào)是否歸零，還可以將編碼劃分為歸零碼和還可以將編碼劃分為歸零碼和非非歸零碼，歸零碼在碼元?dú)w零碼，歸零碼在碼元中間信號(hào)回歸到中間信號(hào)回歸到0電平；非歸零碼遇電平；非歸零碼遇1電平翻轉(zhuǎn)，遇電平翻轉(zhuǎn)，遇0電平電平不

11、變。不變。 點(diǎn)擊此處結(jié)束放映點(diǎn)擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用4.3.1 編碼格式編碼格式1. 反向不歸零（反向不歸零（NRZ）編碼）編碼反向不歸零編碼用高電平表示二進(jìn)制的反向不歸零編碼用高電平表示二進(jìn)制的1，用低電平，用低電平表示二進(jìn)制的表示二進(jìn)制的0。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映點(diǎn)擊此處結(jié)束放映（1）反向不歸零編碼（NRZ，Non Return Zero）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：圖7 反向不歸零編碼此碼型不宜傳輸，有以下原因a) 有直流，一般信道難于傳輸零頻附近的頻率分量；b) 接收端判決門限與信

12、號(hào)功率有關(guān)，不方便使用；c) 不能直接用來提取位同步信號(hào)，因?yàn)镹RZ中不含有位同步信號(hào)頻率成分；d) 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NRZ物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用2. 曼徹斯特（曼徹斯特（Manchester）編碼）編碼在曼徹斯特編碼中，用電壓跳變的相位不同來區(qū)分在曼徹斯特編碼中，用電壓跳變的相位不同來區(qū)分1和和0，其中，其中從高到低的跳變表示從高到低的跳變表示1，從低到高的跳變表示，從低到高的跳變表示0。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映點(diǎn)擊此處結(jié)束放映48vRFID中常用的編碼方式及編解碼器v曼徹

13、斯特（Manchester）碼 編碼器電路 三、RFID編碼、調(diào)制與數(shù)據(jù)校驗(yàn)493 編碼和調(diào)制 vRFID中常用的編碼方式及編解碼器v曼徹斯特（Manchester）碼 曼徹斯特碼編碼器時(shí)序波形圖示例 曼徹斯特編碼的特點(diǎn)l曼徹斯特編碼在采用負(fù)載波的負(fù)載調(diào)制或者反向散射調(diào)制時(shí)，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。l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)比特長度內(nèi)是不間斷的負(fù)載波信號(hào)，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。l曼徹斯特編碼由于跳

14、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。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 物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用3. 單極性歸零（單極性歸零（Unipolar RZ）編碼）編碼單極性歸零碼，當(dāng)發(fā)單極性歸零碼，當(dāng)發(fā)1碼時(shí)發(fā)出正電流，但正電流碼時(shí)發(fā)出正電流，但正電流持續(xù)的時(shí)間短于一個(gè)碼元的時(shí)間寬度，即發(fā)出一個(gè)窄脈持續(xù)的時(shí)間短于一個(gè)碼元的時(shí)間寬度，即發(fā)出一個(gè)窄脈沖；當(dāng)發(fā)沖；當(dāng)發(fā)0碼時(shí)，完全不發(fā)送電流。碼時(shí)，完全

15、不發(fā)送電流。點(diǎn)擊此處結(jié)束放映點(diǎn)擊此處結(jié)束放映（4）差動(dòng)雙相編碼（DBP）l差動(dòng)雙相編碼在半個(gè)比特周期中的任意的邊沿表示二進(jìn)制“0”，而沒有邊沿就是二進(jìn)制“1”，如下圖所示。此外在每個(gè)比特周期開始時(shí)，電平都要反相。因此，對(duì)于接收器來說，位節(jié)拍比較容易重建。圖10 差動(dòng)雙相編碼物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用4. 差動(dòng)雙相（差動(dòng)雙相（DBP）編碼）編碼5.米勒（米勒（Miller）編碼）編碼6. 差動(dòng)編碼差動(dòng)編碼點(diǎn)擊此處結(jié)束放映點(diǎn)擊此處結(jié)束放映54v RFID中常用的編碼方式及編解碼器v 密勒（Miller）碼 密勒碼編碼規(guī)則 bit(i-1)bit i密勒

16、碼編碼規(guī)則1bit i的起始位置不變化，中間位置跳變00bit i的起始位置跳變，中間位置不跳變10bit i的起始位置不跳變，中間位置不跳變?nèi)?、RFID編碼、調(diào)制與數(shù)據(jù)校驗(yàn)55v RFID中常用的編碼方式及編解碼器v 密勒碼波形及與NRZ碼、曼徹斯特碼的波形關(guān)系 三、RFID編碼、調(diào)制與數(shù)據(jù)校驗(yàn)56v RFID中常用的編碼方式及編解碼器v 密勒（Miller）碼 用曼徹斯特碼產(chǎn)生密勒碼的電路 三、RFID編碼、調(diào)制與數(shù)據(jù)校驗(yàn)57v修正密勒碼編碼器v假設(shè)輸出數(shù)據(jù)為01 1010 三、RFID編碼、調(diào)制與數(shù)據(jù)校驗(yàn)58v修正密勒碼解碼 修正密勒碼解碼器原理框圖 三、RFID編碼、調(diào)制與數(shù)據(jù)校驗(yàn)59

17、v修正密勒碼解碼 解碼時(shí)序波形圖示例 三、RFID編碼、調(diào)制與數(shù)據(jù)校驗(yàn)（7）脈沖間歇編碼l對(duì)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13 脈沖間歇編碼l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。（8）脈沖位置編碼（PPM，Pulse Position Modulation）l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)

18、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PPM(9)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 (10)PIE編碼PIE（Pulse interval encoding）編碼的全稱為脈

19、沖寬度編碼，原理是通過定義脈沖下降沿之間的不同時(shí)間寬度來表示數(shù)據(jù)脈沖下降沿之間的不同時(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)幀由SOF（幀開始信號(hào)）、EOF（幀結(jié)束信號(hào)）、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 物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用4.3.2 編碼編碼方式的選擇因素方式的選擇因素1.編碼方式的選擇要考慮電子標(biāo)簽?zāi)芰康膩碓淳幋a方式的選擇要考慮電子標(biāo)簽?zāi)芰康膩碓丛谠赗FID系統(tǒng)中，由于使用的電子標(biāo)簽常常是無源的，系統(tǒng)中，由于使用的電子標(biāo)簽常常是無源的，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)。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，信道編碼方式首先必須保證不能為了保證系統(tǒng)的正常工作，信道編碼方式首先必須保證不能中斷