第七章 編碼與調(diào)制--1

1、第七章 編碼與調(diào)制 RFID RFID系統(tǒng)的核心功能是實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽之間系統(tǒng)的核心功能是實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽之間的信息傳輸。以讀寫(xiě)器向電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸為例，被的信息傳輸。以讀寫(xiě)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(guò)讀寫(xiě)器中的信號(hào)編碼、調(diào)制，傳輸?shù)男畔⒎謩e需要經(jīng)過(guò)讀寫(xiě)器中的信號(hào)編碼、調(diào)制，然后經(jīng)過(guò)傳輸介質(zhì)（無(wú)線信道），以及電子標(biāo)簽中的解然后經(jīng)過(guò)傳輸介質(zhì)（無(wú)線信道），以及電子標(biāo)簽中的解調(diào)和信號(hào)解碼。本章將具體介紹調(diào)和信號(hào)解碼。本章將具體介紹RFIDRFID系統(tǒng)常用的編碼和系統(tǒng)常用的編碼和調(diào)制方法。調(diào)制方法。7.1 RFID系統(tǒng)的通信過(guò)程 數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳輸信息的

2、通信系統(tǒng)，如圖所示。數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來(lái)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砸约巴瓿尚旁淳幋a與信源譯碼的目的是提高信息傳輸?shù)挠行砸约巴瓿赡Ｄ? /數(shù)轉(zhuǎn)換等；信道編碼與信道譯碼的目的是增強(qiáng)信號(hào)的抗干擾能數(shù)轉(zhuǎn)換等；信道編碼與信道譯碼的目的是增強(qiáng)信號(hào)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(hào)的特點(diǎn)變化而變化的過(guò)程，通過(guò)將數(shù)字基帶信號(hào)的照將要傳輸信號(hào)的特點(diǎn)變化而變化的過(guò)程，通過(guò)將數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到高頻處，形成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘?hào)。頻譜搬移到高

3、頻處，形成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘?hào)。 7.1 RFID系統(tǒng)的通信過(guò)程 在在RFIDRFID系統(tǒng)中，讀寫(xiě)器和電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸方式與基本系統(tǒng)中，讀寫(xiě)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(xiě)器與電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸是雙的數(shù)字通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類似。讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸是雙向，這里以讀寫(xiě)器向電子標(biāo)簽傳輸數(shù)據(jù)為例說(shuō)明其通信過(guò)程。讀寫(xiě)向，這里以讀寫(xiě)器向電子標(biāo)簽傳輸數(shù)據(jù)為例說(shuō)明其通信過(guò)程。讀寫(xiě)器中信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)編碼、調(diào)制器及傳輸介質(zhì)（無(wú)線信道），以及電器中信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)編碼、調(diào)制器及傳輸介質(zhì)（無(wú)線信道），以及電子標(biāo)簽中的解調(diào)器和信號(hào)譯碼等處理，如圖所示子標(biāo)簽中的解調(diào)器和信號(hào)

4、譯碼等處理，如圖所示。 RFID系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)框圖（以讀寫(xiě)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(guò)程1.解碼與編碼 信號(hào)編碼的作用是對(duì)發(fā)送端要傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行編碼，使傳輸信號(hào)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碼。1）信源編碼與信源解碼 信源編碼是對(duì)信源輸出的信號(hào)進(jìn)行變換，信源解碼是信源編碼的逆過(guò)程。在RFID系統(tǒng)中，當(dāng)電子標(biāo)簽是無(wú)源標(biāo)簽時(shí)，經(jīng)常要求基帶編碼在每?jī)蓚€(gè)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(shí)保證對(duì)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(shí)鐘信息。2）信道編碼與信道解碼 信道編碼是對(duì)

5、信源編碼器輸出的信號(hào)進(jìn)行再變換，目的是前向糾錯(cuò)，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(hào)在信道傳輸時(shí)會(huì)受到噪聲等因素影響引起差錯(cuò)，為了減少差錯(cuò)，發(fā)送端的信道編碼器對(duì)信號(hào)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(cuò)誤，提高傳輸可靠性。7.1 RFID系統(tǒng)的通信過(guò)程2.調(diào)制與解調(diào) 調(diào)制器用于改變高頻載波信號(hào)，使得載波信號(hào)的振幅、頻率或相調(diào)制器用于改變高頻載波信號(hào)，使得載波信號(hào)的振幅、頻率或相位與要發(fā)送的基帶信號(hào)相關(guān)。解調(diào)器的作用是解調(diào)獲取到的信號(hào)，位與要發(fā)送的基帶信號(hào)相關(guān)。解調(diào)器的作用是解調(diào)獲取到的信

6、號(hào)，以重現(xiàn)基帶信號(hào)。信號(hào)需要調(diào)制的因素包括：以重現(xiàn)基帶信號(hào)。信號(hào)需要調(diào)制的因素包括： 1 1）工作頻率越高帶寬越大）工作頻率越高帶寬越大 要使信號(hào)能量能以電場(chǎng)和磁場(chǎng)的形式向空中發(fā)射出去傳向遠(yuǎn)方，要使信號(hào)能量能以電場(chǎng)和磁場(chǎng)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(chǎng)和磁場(chǎng)迅速變化。需要較高的振蕩頻率方能使電場(chǎng)和磁場(chǎng)迅速變化。 2 2）工作頻率越高天線尺寸越?。┕ぷ黝l率越高天線尺寸越小 只有當(dāng)饋送到天線上的信號(hào)波長(zhǎng)和天線的尺寸可以相比擬時(shí)，天只有當(dāng)饋送到天線上的信號(hào)波長(zhǎng)和天線的尺寸可以相比擬時(shí)，天線才能有效地輻射或接收電磁波。波長(zhǎng)線才能有效地輻射或接收電磁波。波長(zhǎng)和頻率和頻率f f的

7、關(guān)系為的關(guān)系為 c c= = m/s m/s/cf83 107.1 RFID系統(tǒng)的通信過(guò)程 如果信號(hào)的頻率太低，則無(wú)法產(chǎn)生迅速變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，同時(shí)它們的如果信號(hào)的頻率太低，則無(wú)法產(chǎn)生迅速變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，同時(shí)它們的波長(zhǎng)又太大，如波長(zhǎng)又太大，如20 000 Hz20 000 Hz頻率下波長(zhǎng)仍為頻率下波長(zhǎng)仍為15 000 m15 000 m，實(shí)際中是不可能架設(shè)，實(shí)際中是不可能架設(shè)這么長(zhǎng)的天線。因此，要把信號(hào)傳輸出去，必須提高頻率，縮短波長(zhǎng)。常用這么長(zhǎng)的天線。因此，要把信號(hào)傳輸出去，必須提高頻率，縮短波長(zhǎng)。常用的一種方法是將信號(hào)的一種方法是將信號(hào)“搭乘搭乘”在高頻載波上，即高頻調(diào)制，借助于高頻電磁

8、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(hào)發(fā)射出去。波將低頻信號(hào)發(fā)射出去。 3 3）信道復(fù)用）信道復(fù)用 一般每個(gè)需要傳輸?shù)男盘?hào)占用的帶寬都小于信道帶寬，因此，一個(gè)信道一般每個(gè)需要傳輸?shù)男盘?hào)占用的帶寬都小于信道帶寬，因此，一個(gè)信道可由多個(gè)信號(hào)共享。但是未經(jīng)調(diào)制的信號(hào)很多都處于同一頻率范圍內(nèi)，接收可由多個(gè)信號(hào)共享。但是未經(jīng)調(diào)制的信號(hào)很多都處于同一頻率范圍內(nèi)，接收端難以正確識(shí)別，一種解決方法是將多個(gè)基帶信號(hào)分別搬移到不同的載頻處，端難以正確識(shí)別，一種解決方法是將多個(gè)基帶信號(hào)分別搬移到不同的載頻處，從而實(shí)現(xiàn)在一個(gè)信道里同時(shí)傳輸許多信號(hào)，提高信道利用率。從而實(shí)現(xiàn)在一個(gè)信道里同時(shí)傳輸許多信號(hào)，提

9、高信道利用率。7.2 RFID信源編碼方法 信源編碼信源編碼是指將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，或?qū)?shù)字信是指將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，或?qū)?shù)字信號(hào)編碼成更適合傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)。號(hào)編碼成更適合傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)。RFIDRFID系統(tǒng)中讀寫(xiě)器和電子系統(tǒng)中讀寫(xiě)器和電子標(biāo)簽所存儲(chǔ)的信息都已經(jīng)是數(shù)字信號(hào)了，本書(shū)介紹編碼均為標(biāo)簽所存儲(chǔ)的信息都已經(jīng)是數(shù)字信號(hào)了，本書(shū)介紹編碼均為數(shù)字信號(hào)編碼。數(shù)字信號(hào)編碼。 數(shù)據(jù)編碼數(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。編碼等

10、。選擇編碼方法的考慮因素1 1、編碼方式的選擇要考慮電子標(biāo)簽?zāi)芰康膩?lái)源、編碼方式的選擇要考慮電子標(biāo)簽?zāi)芰康膩?lái)源在REID系統(tǒng)中使用的電子標(biāo)簽常常是無(wú)源的，而無(wú)源標(biāo)簽需要在讀寫(xiě)器的通信過(guò)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能中斷讀寫(xiě)必須保證不能中斷讀寫(xiě)器對(duì)電子標(biāo)簽的能量供應(yīng)器對(duì)電子標(biāo)簽的能量供應(yīng)。在RFID系統(tǒng)中，當(dāng)電子標(biāo)簽是無(wú)源標(biāo)簽時(shí)，經(jīng)常要求基帶編碼在每?jī)蓚€(gè)相鄰數(shù)據(jù)位元間具有跳變的特點(diǎn)，這種相鄰數(shù)據(jù)間有跳變的碼，不僅可以保證在連續(xù)出現(xiàn)“0”時(shí)對(duì)電子標(biāo)簽的能量供應(yīng)，而且便于電子標(biāo)簽從接收到的碼中提取時(shí)鐘信息。7.2 RFID信源編碼方法 2 2、編碼方式的選擇

11、要考慮電子標(biāo)簽的檢錯(cuò)的能力、編碼方式的選擇要考慮電子標(biāo)簽的檢錯(cuò)的能力出于保障系統(tǒng)可靠工作的需要，還必須在編碼中提供數(shù)據(jù)一級(jí)的校驗(yàn)保護(hù)，編碼方式應(yīng)該提供這種功能?？梢愿鶕?jù)碼型的變化來(lái)判斷是否發(fā)生誤碼或有電子標(biāo)簽沖突發(fā)生。在實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸中，由于信道中干擾的存在，數(shù)據(jù)必然會(huì)在傳輸過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤，這時(shí)要求信道編碼能夠提供一定程度的檢測(cè)錯(cuò)誤的能力。曼徹斯特編碼、差動(dòng)雙向編碼、單極性歸零編碼具有較強(qiáng)的編碼檢錯(cuò)能力。7.2 RFID信源編碼方法 3、編碼方式的選擇要考慮電子標(biāo)簽時(shí)鐘的提取在電子標(biāo)簽芯片中，一般不會(huì)有時(shí)鐘電路，電子標(biāo)簽芯片一般需要在讀寫(xiě)器發(fā)來(lái)的碼流中提取時(shí)鐘。曼徹斯特編碼、密勒編碼、差動(dòng)雙向

12、編碼容易使電子標(biāo)簽提取時(shí)鐘。7.2 RFID信源編碼方法 7.2 RFID信源編碼方法n典型的編碼方式 1、反向不歸零編碼（NRZ，Non Return Zero）n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：n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(mén)限與信號(hào)功率有關(guān)，不方便使用；c)不能直接用來(lái)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NRZ7.2 RFID信源編碼方法 2、曼徹斯特編碼（Manches

13、ter）n曼徹斯特編碼也被稱為分相編碼（Split-Phase Coding）。n某比特位的值是由該比特長(zhǎng)度內(nèi)半個(gè)比特周期時(shí)電平的變化（上升或下降）來(lái)表示的，在半個(gè)比特周期時(shí)的負(fù)跳變表示二進(jìn)制“1”，半個(gè)比特周期時(shí)的正跳變表示二進(jìn)制“0”，如下圖所示：曼徹斯特編碼7.2 RFID信源編碼方法曼徹斯特編碼器電路 7.2 RFID信源編碼方法曼徹斯特編碼的特點(diǎn)n曼徹斯特編碼通常用于從電子標(biāo)簽到讀寫(xiě)器的數(shù)據(jù)傳輸通常用于從電子標(biāo)簽到讀寫(xiě)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(zhǎng)度內(nèi)，“沒(méi)有變化”的狀態(tài)是不允許的。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，

14、導(dǎo)致在整個(gè)比特長(zhǎng)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(xiě)器利用該錯(cuò)誤就可以判定碰撞發(fā)生的具體位置。n曼徹斯特編碼由于跳變都發(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。因此具有自同步能力和良好的抗干擾性能。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(xiě)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7.2 RFID信源編碼方法1 10 01 11 10 00 00 00 01 11 1射頻卡射頻卡1射頻卡射頻卡21 10 0?讀寫(xiě)器譯碼讀寫(xiě)器譯碼7.2 RFID信源編碼方法7.2 RFID信源編碼

15、方法3密勒（Miller）編碼 密勒編碼規(guī)則：對(duì)于原始符號(hào)“1”，用碼元起始不跳變而中心點(diǎn)出現(xiàn)跳變來(lái)表示，即用10或01表示；對(duì)于原始符號(hào)“0”，則分成單個(gè)“0”還是連續(xù)“0”予以不同的處理，單個(gè)“0”時(shí)，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(duì)于連續(xù)兩個(gè)“0”，則使連續(xù)兩個(gè)“0”的邊界處發(fā)生電平跳變。7.2 RFID信源編碼方法4、修正密勒碼 n TYPE A中定義了如下三種時(shí)序：（1）時(shí)序X：該時(shí)序?qū)⒃?4fc處產(chǎn)生一個(gè)“pause”（凹槽）；（2）時(shí)序Y：該時(shí)序在整個(gè)位期間（128fc）不發(fā)生調(diào)制；（3）時(shí)序Z：這種時(shí)序在位期間的開(kāi)始時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)“p

16、ause”。在上述時(shí)序說(shuō)明中，fc為載波1356MHz，pause凹槽脈沖的底寬為0530s，90幅度寬度不大于45s。用這三種時(shí)序即可對(duì)幀進(jìn)行編碼，即修正的密勒碼。n 邏輯邏輯“1”1”選擇時(shí)序選擇時(shí)序X X；邏輯；邏輯“0”0”選擇時(shí)序選擇時(shí)序Y Y。但有兩種情況除外，第一種是在相鄰有兩個(gè)或更多的“0”時(shí)，此時(shí)應(yīng)從第二個(gè)“0”開(kāi)始采用時(shí)序Z；第二種是在直接與起始位相連的所有位為“0”時(shí)，此時(shí)應(yīng)當(dāng)用時(shí)序Z表示。另外，通信開(kāi)始時(shí)，用時(shí)序Z表示。通信結(jié)束則用邏輯“0”加時(shí)序Y表示。無(wú)信息時(shí)，通常應(yīng)用至少兩個(gè)時(shí)序Y來(lái)表示。注：在ISO/IEC 14443標(biāo)準(zhǔn)（近耦合非接觸式IC卡標(biāo)準(zhǔn)），TYPE

17、A中閱讀器向電子標(biāo)簽傳遞數(shù)據(jù)時(shí)采用修正密勒碼方式對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制。假設(shè)輸入數(shù)據(jù)為01 1010波形C實(shí)際上是曼徹斯特的反相波形，用它的上升沿輸出變便產(chǎn)生了密勒碼，而用其上升沿產(chǎn)生一個(gè)凹槽就是修正密勒碼起始用時(shí)序Z直接與起始位相連的0用時(shí)序Z相鄰多個(gè)或更多0，則從第二格0開(kāi)始用時(shí)序Z通信結(jié)束用邏輯0加時(shí)序Y注：由于負(fù)脈沖的時(shí)間很短，可以保證在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中從高頻場(chǎng)中連續(xù)給電子標(biāo)簽提供能量。變形米勒編碼在電感耦合的射頻識(shí)別系統(tǒng)中用于從讀寫(xiě)器到電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸。5、脈沖間歇編碼n對(duì)于脈沖間歇編碼來(lái)說(shuō)，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

18、下圖所示。圖13 脈沖間歇編碼n這種編碼方法在電感耦合的射頻系統(tǒng)中用于從讀寫(xiě)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(guò)程中保證從讀寫(xiě)器的高頻場(chǎng)中連續(xù)給射頻標(biāo)簽供給能量。7.2 RFID信源編碼方法6、脈沖位置編碼（PPM，Pulse Position Modulation）n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)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PPM7.2 RFID信源

19、編碼方法7、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(lái)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 7.2 RFID信源編碼方法8、PIE編碼PIE（Pulse interval encoding）編碼的全稱為脈沖寬度編碼，原理是通過(guò)定義脈沖下降沿之間的脈沖下降沿之間的不同時(shí)間寬度來(lái)表示數(shù)據(jù)不同時(shí)間寬度來(lái)表示數(shù)據(jù)。在該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定中，由閱讀器發(fā)

20、往標(biāo)簽的數(shù)據(jù)幀由SOF（幀開(kāi)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 7.2 RFID信源編碼方法7.3 差錯(cuò)控制編碼（信道編碼） 在讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽的無(wú)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(huì)導(dǎo)致傳輸?shù)男盘?hào)發(fā)生畸變，從而使傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤。 為了提高數(shù)字傳輸系統(tǒng)的可靠性，有必要采用差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制編碼編碼，對(duì)可能或者已經(jīng)出現(xiàn)的差錯(cuò)進(jìn)行控制。采用恰當(dāng)?shù)男诺谰幋a，能顯著提高數(shù)

21、據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，從而使?shù)據(jù)保持完整性。 差錯(cuò)控制編碼的基本實(shí)現(xiàn)方法是在發(fā)送端將被傳輸?shù)男畔⒏缴弦恍┍O(jiān)督碼元監(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)則相互關(guān)聯(lián)（約束）。 接收端則按照既定規(guī)則校驗(yàn)信息碼元與監(jiān)督碼元之間的關(guān)系，差錯(cuò)會(huì)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(cuò)誤乃至糾正錯(cuò)誤。25n檢糾錯(cuò)碼 q信息碼元與監(jiān)督碼元 信息碼元 k 監(jiān)督碼元r 差錯(cuò)的控制方式差錯(cuò)的控制方式前向糾錯(cuò)接收端通過(guò)糾錯(cuò)解碼自動(dòng)糾正傳輸中出現(xiàn)的差錯(cuò)，所以該方法不需要重傳。這種方法需要采用具有很強(qiáng)糾錯(cuò)能力的編碼技術(shù) 。檢錯(cuò)重發(fā)中，在發(fā)送端加入少量的監(jiān)督碼元，在接收端根據(jù)編碼規(guī)則對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)

22、行檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)碼時(shí)，即向發(fā)送端發(fā)出詢問(wèn)信號(hào)，要求重發(fā)。發(fā)送端收到詢問(wèn)信號(hào)后，立即重發(fā)，直到信息正確接收為止。混合糾錯(cuò)是ARQ和FEC的結(jié)合，設(shè)計(jì)思想是對(duì)出現(xiàn)的錯(cuò)誤盡量糾正，糾正不了則需要通過(guò)重發(fā)來(lái)消除差錯(cuò)。n常用的差錯(cuò)控制編碼 最常用的差錯(cuò)控制編碼有最常用的差錯(cuò)控制編碼有奇偶校驗(yàn)法奇偶校驗(yàn)法、循環(huán)冗余校驗(yàn)循環(huán)冗余校驗(yàn)法法和漢明碼等。這些方法用于識(shí)別數(shù)據(jù)是否發(fā)生傳輸錯(cuò)誤，和漢明碼等。這些方法用于識(shí)別數(shù)據(jù)是否發(fā)生傳輸錯(cuò)誤，并且可以啟動(dòng)校正措施，或者舍棄傳輸發(fā)生錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，并且可以啟動(dòng)校正措施，或者舍棄傳輸發(fā)生錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，要求重新傳輸有錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)塊。要求重新傳輸有錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)塊。7.3 差錯(cuò)控制編

23、碼（信道編碼） 1 1、奇偶校驗(yàn)、奇偶校驗(yàn)n奇偶校驗(yàn)碼是一種奇偶校驗(yàn)碼是一種最簡(jiǎn)單而有效最簡(jiǎn)單而有效的數(shù)據(jù)校驗(yàn)方法。的數(shù)據(jù)校驗(yàn)方法。n實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法: : 在每個(gè)被傳送碼的左邊或右邊加上在每個(gè)被傳送碼的左邊或右邊加上1 1位奇偶校驗(yàn)位位奇偶校驗(yàn)位0 0或或1, 1, 若采用奇校驗(yàn)位若采用奇校驗(yàn)位, , 只需把每個(gè)編碼中只需把每個(gè)編碼中1 1的個(gè)數(shù)湊成奇數(shù)的個(gè)數(shù)湊成奇數(shù); ; 若若采用偶校驗(yàn)位采用偶校驗(yàn)位, , 只要把每個(gè)編碼中只要把每個(gè)編碼中1 1的個(gè)數(shù)湊成偶數(shù)。的個(gè)數(shù)湊成偶數(shù)。n檢驗(yàn)原理檢驗(yàn)原理: : 這種編碼能發(fā)現(xiàn)這種編碼能發(fā)現(xiàn)1 1個(gè)或奇數(shù)個(gè)錯(cuò)個(gè)或奇數(shù)個(gè)錯(cuò), , 但因碼距較小但因碼距較

24、小, , 不能不能實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤定位。實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤定位。n對(duì)奇偶校驗(yàn)碼的評(píng)價(jià)對(duì)奇偶校驗(yàn)碼的評(píng)價(jià): :它能發(fā)現(xiàn)一位或奇數(shù)個(gè)位出錯(cuò)，但無(wú)錯(cuò)它能發(fā)現(xiàn)一位或奇數(shù)個(gè)位出錯(cuò)，但無(wú)錯(cuò)誤定位和糾錯(cuò)能力。盡管奇偶校驗(yàn)碼的檢錯(cuò)能力較低，但對(duì)出誤定位和糾錯(cuò)能力。盡管奇偶校驗(yàn)碼的檢錯(cuò)能力較低，但對(duì)出錯(cuò)概率統(tǒng)計(jì)錯(cuò)概率統(tǒng)計(jì), , 其中其中70708080是是1 1位錯(cuò)誤位錯(cuò)誤, , 另因奇偶校驗(yàn)碼實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)另因奇偶校驗(yàn)碼實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單單, , 故它還是一種應(yīng)用最廣泛的校驗(yàn)方法。故它還是一種應(yīng)用最廣泛的校驗(yàn)方法。n實(shí)際應(yīng)用中實(shí)際應(yīng)用中, , 多采用奇校驗(yàn)多采用奇校驗(yàn), , 因奇校驗(yàn)中不存在全因奇校驗(yàn)中不存在全“0”0”代碼代碼, , 在在某些

25、場(chǎng)合下更便于判別。某些場(chǎng)合下更便于判別。 000010001000100001110100001011011010111010000100111010110110110011101011100111117.3 差錯(cuò)控制編碼（信道編碼） 奇偶校驗(yàn)的校驗(yàn)方程奇偶校驗(yàn)的校驗(yàn)方程n設(shè)設(shè)7 7位信息碼組為位信息碼組為C C7 7C C6 6C C5 5C C4 4C C3 3C C2 2C C1 1, , 校驗(yàn)碼為校驗(yàn)碼為C C0 0 , ,則對(duì)偶校驗(yàn)則對(duì)偶校驗(yàn), , 當(dāng)滿足當(dāng)滿足 C C7 7CC6 6CC5 5CC4 4CC3 3CC2 2CC1 1CC0 00 0 （1 1） 時(shí)時(shí), , 為合法碼

26、為合法碼; ; 對(duì)奇校驗(yàn)對(duì)奇校驗(yàn), , 當(dāng)滿足當(dāng)滿足 C C7 7CC6 6CC5 5CC4 4CC3 3CC2 2CC1 1CC0 0 1 1 （2 2） 時(shí)時(shí), , 為合法碼。這里的為合法碼。這里的表示模表示模2 2相加。相加。n對(duì)于偶校驗(yàn)對(duì)于偶校驗(yàn), , 合法碼字應(yīng)滿足合法碼字應(yīng)滿足 n n C Ci iCC0 00 0 （3 3） i-1i-1n對(duì)于奇校驗(yàn)對(duì)于奇校驗(yàn), , 合法碼字應(yīng)滿足合法碼字應(yīng)滿足 n n C Ci iCC0 01 1 （4 4） i-1i-1注意注意: :公式公式(1)(2)(1)(2)為奇偶校驗(yàn)位為奇偶校驗(yàn)位的生成方程的生成方程; ;公式公式(3)(4)(3)(

27、4)為校驗(yàn)方程。為校驗(yàn)方程。7.3 差錯(cuò)控制編碼（信道編碼） 2 2、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC) nCRCCRC碼是一種檢錯(cuò)、糾錯(cuò)能力很強(qiáng)的數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼碼是一種檢錯(cuò)、糾錯(cuò)能力很強(qiáng)的數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼, , 主要用于網(wǎng)絡(luò)、同主要用于網(wǎng)絡(luò)、同步通信及磁表面存儲(chǔ)器等應(yīng)用場(chǎng)合。步通信及磁表面存儲(chǔ)器等應(yīng)用場(chǎng)合。1 1循環(huán)冗余校驗(yàn)碼的編碼方法循環(huán)冗余校驗(yàn)碼的編碼方法n循環(huán)冗余校驗(yàn)碼由兩部分組成循環(huán)冗余校驗(yàn)碼由兩部分組成, , 左邊為信息位左邊為信息位, , 右邊為校驗(yàn)位。若信右邊為校驗(yàn)位。若信息位為息位為N N位位, , 校驗(yàn)位為校驗(yàn)位為K K位位, , 則該校驗(yàn)碼被稱為則該校驗(yàn)碼被稱為(N(NK,

28、 N)K, N)碼。碼。n編碼步驟編碼步驟如下：如下：(1)(1)將待編碼的將待編碼的N N位有效信息位表示為一個(gè)位有效信息位表示為一個(gè)n n1 1階的多項(xiàng)式階的多項(xiàng)式M(X)M(X)。(2)(2)將將M(X)M(X)左移左移K K位位, , 得到得到M(X).XM(X).Xk k（K K由預(yù)選的由預(yù)選的K K1 1位的生成多項(xiàng)式位的生成多項(xiàng)式G(X)G(X)決定）。決定）。(3)(3)用一個(gè)預(yù)選好的用一個(gè)預(yù)選好的K K1 1位的位的G(X)G(X)對(duì)對(duì)M(X).XM(X).Xk k作模作模2 2除法。除法。(4)(4)把左移把左移K K位后的的有效信息位與余數(shù)作位后的的有效信息位與余數(shù)作模模

29、2 2加法加法, , 形成長(zhǎng)度為形成長(zhǎng)度為N NK K的的CRCCRC碼。碼。 M(X).XM(X).Xk kR(X) R(X) Q(X).G(X) Q(X).G(X) 信息位校驗(yàn)位N位K位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼的格式M(X)X Xk k G(X)Q(X)R(X)G(X)7.3 差錯(cuò)控制編碼（信道編碼） 舉例舉例例例: :選擇生成多項(xiàng)式為選擇生成多項(xiàng)式為G(X)G(X)X X4 4X X1(10011),1(10011),請(qǐng)把請(qǐng)把8 8位有效信息位有效信息1111011111110111編碼成編碼成CRCCRC碼。碼。 解：解：步驟步驟1 1：M(X) M(X) X X7 7X X6 6+ X+ X5

30、 5X X4 4 + X+ X2 2X X1 1 +1 +1 11110111 11110111 步驟步驟2 2: M(X). X: M(X). X4 4 111101111111011100000000 ( ( 即左移即左移4 4位）位） 步驟步驟3 3：模：模2 2除，除，M(X)XM(X)X4 4G(X)G(X) 111101111111011100000000 10011100111110010111100101111111111001110011，即，即R(X)R(X)11111111步驟步驟4 4：模：模2 2加，得到循環(huán)冗余碼為加，得到循環(huán)冗余碼為M(X)XM(X)X4 4R(X

31、) R(X) 111101111111011100000000 11111111 111101111111011111111111 糾錯(cuò)原理糾錯(cuò)原理 由于由于M(X).XM(X).Xk kQ(X). G(X)Q(X). G(X)R(X)R(X)，根據(jù)模，根據(jù)模2 2加的規(guī)則加的規(guī)則M(X). XM(X). Xk k R(X)R(X)Q(X).G(X)Q(X).G(X)R(X)R(X)R(X)R(X)Q(X).G(X)Q(X).G(X)上式表明上式表明, , 合法的合法的CRCCRC碼應(yīng)當(dāng)能被生成多項(xiàng)式整除。碼應(yīng)當(dāng)能被生成多項(xiàng)式整除。若若CRCCRC碼不能碼不能被生成多項(xiàng)式整除，說(shuō)明出現(xiàn)了信息的

32、傳送差錯(cuò)。被生成多項(xiàng)式整除，說(shuō)明出現(xiàn)了信息的傳送差錯(cuò)。 4672616E7A4672616E7AE580E5800發(fā)送數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)CRCCRC校驗(yàn)生成多項(xiàng)式的選擇生成多項(xiàng)式的選擇n生成多項(xiàng)式被用來(lái)生成生成多項(xiàng)式被用來(lái)生成CRCCRC碼碼, , 但并非任何一個(gè)但并非任何一個(gè)K K1 1位的多項(xiàng)式都位的多項(xiàng)式都能作為生成多項(xiàng)式用能作為生成多項(xiàng)式用, , 它它應(yīng)滿足下列要求：應(yīng)滿足下列要求：（1 1）任何一位出錯(cuò)都應(yīng)使余數(shù)不為）任何一位出錯(cuò)都應(yīng)使余數(shù)不為0 0。（2 2）不同位出錯(cuò)應(yīng)使余數(shù)不同。）不同位出錯(cuò)應(yīng)使余數(shù)不同。（3 3）對(duì)余數(shù)繼續(xù)作模）對(duì)余數(shù)繼續(xù)作模2 2除法，應(yīng)使余數(shù)循環(huán)。除法，應(yīng)使余數(shù)

33、循環(huán)。n生成多項(xiàng)式的選擇主要靠經(jīng)驗(yàn)，但已有生成多項(xiàng)式的選擇主要靠經(jīng)驗(yàn)，但已有3 3種多項(xiàng)式種多項(xiàng)式成為標(biāo)準(zhǔn)而被廣成為標(biāo)準(zhǔn)而被廣泛運(yùn)用泛運(yùn)用, , 它們都具有極高的檢錯(cuò)率它們都具有極高的檢錯(cuò)率, , 分別是分別是: :nCRC-12CRC-12X X1212X X1111X X3 3X X2 2X X1 1nCRC-16CRC-16X X1616X X1515X X2 21 1nCRC-CCITTCRC-CCITTX X1616X X1212X X5 51 1nCRC-32CRC-32= X= X3232X X2626X X23+ 23+ X X2222X X1616X X1212+ + X X

34、1111X X1010X X8+ 8+ X X7 7X X5 5X X4 4 +X+X2 2X X1 1注：在RFID標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC14443中，采用的是CRC-CCITT的生成多項(xiàng)式；但應(yīng)注意的是，該標(biāo)準(zhǔn)中的TYPE A計(jì)算時(shí)循環(huán)移寄存器的初始值為6363H；TYPE B循環(huán)位移寄存器的初始值為FFFFH。以CRC-CCITT為例, 通用的CRC串行編碼器采用LSFR CRC串行編碼器編碼前先將所有的寄存器置0 , 之后將信息序列從高位到低位依次從input 端輸入。信息序列全部輸入后, 寄存器中的值就是所要求的余數(shù), 即CRC校驗(yàn)碼。16位CRC適用于校驗(yàn)4000字節(jié)長(zhǎng)的數(shù)據(jù)塊的完整性

35、，超過(guò)此長(zhǎng)度，性能下降。RFID中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊都比4000字節(jié)短，故也可用12位或8位的CRC。3、漢明碼 自學(xué)7.4 RFID系統(tǒng)調(diào)制方法 在通信中，通常會(huì)有基帶信號(hào)和頻帶信號(hào)。在通信中，通常會(huì)有基帶信號(hào)和頻帶信號(hào)?；鶐盘?hào)基帶信號(hào)也就是原始信號(hào)，也就是原始信號(hào)，通常具有較低的頻率成分，不適合在無(wú)線信道中進(jìn)行傳輸。在通信系統(tǒng)中，通常具有較低的頻率成分，不適合在無(wú)線信道中進(jìn)行傳輸。在通信系統(tǒng)中，由一個(gè)載波來(lái)運(yùn)載基帶信號(hào)，由一個(gè)載波來(lái)運(yùn)載基帶信號(hào)，調(diào)制調(diào)制就是使載波信號(hào)的某個(gè)參量隨基帶信號(hào)的就是使載波信號(hào)的某個(gè)參量隨基帶信號(hào)的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻帶信號(hào)。在通信系統(tǒng)的接收端對(duì)應(yīng)變化

36、而變化，從而實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻帶信號(hào)。在通信系統(tǒng)的接收端對(duì)應(yīng)要有解調(diào)過(guò)程，其作用是將信道中的頻帶信號(hào)恢復(fù)為基帶信號(hào)。要有解調(diào)過(guò)程，其作用是將信道中的頻帶信號(hào)恢復(fù)為基帶信號(hào)。 數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制是指把數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制到載波的某個(gè)參數(shù)上，使得載波的參是指把數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制到載波的某個(gè)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(hào)的變化而變化，因此數(shù)字調(diào)制信號(hào)數(shù)（幅度、頻率、相位）隨數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化，因此數(shù)字調(diào)制信號(hào)也稱鍵控信號(hào)。數(shù)字調(diào)制中的調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相分別稱為也稱鍵控信號(hào)。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移幅鍵控（ASKASK）、）、移頻鍵控移頻鍵控（FSKFSK

37、）和）和移相鍵控移相鍵控（PSKPSK）。）。注：在RFID系統(tǒng)中，正弦載波除了是信息的載體外，在無(wú)源電子標(biāo)簽中還具有提供能量的作用，這一點(diǎn)與其他無(wú)線通信有所不同。7.4 RFID系統(tǒng)調(diào)制方法n1.振幅鍵控 目前目前電感耦合電感耦合RFIDRFID系統(tǒng)常采用系統(tǒng)常采用ASKASK調(diào)制方式調(diào)制方式，如，如ISO/IEC ISO/IEC 1444314443及及ISO/IEC 15693ISO/IEC 15693標(biāo)準(zhǔn)均采用標(biāo)準(zhǔn)均采用ASKASK調(diào)制方式。調(diào)制方式。1.調(diào)制 二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)可以表示成具有一定波形的二進(jìn)制二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)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(hào)）與正

38、弦載波的乘積，即序列（二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)）與正弦載波的乘積，即 其中，其中， 為載波，為載波，S(tS(t) )為二進(jìn)制序列，即為二進(jìn)制序列，即 式中，式中，T Ts s為碼元持續(xù)時(shí)間，為碼元持續(xù)時(shí)間，g g( (t t) )為基帶脈沖波形，假設(shè)為基帶脈沖波形，假設(shè)是高度為是高度為1 1，寬度等于，寬度等于T Ts s的矩形脈沖；的矩形脈沖；a an n表示第表示第n n個(gè)符號(hào)的電平個(gè)符號(hào)的電平取值。取值。 c( )cos()v ts tts( )()ns ta g tnTccos() t二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)時(shí)間波型載波信號(hào)2ASK信號(hào)s(t)1011Tb001ttt注：調(diào)幅技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單，但容易受增益變化的影響，是一種低效的調(diào)制技術(shù)。 ASK41調(diào)制深度調(diào)制深度BAmA=（A-B）/（A+B）*100%42脈沖調(diào)副波的波形和頻譜7.4 RFID系統(tǒng)調(diào)制方法n2.頻移鍵控?cái)?shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來(lái)傳輸數(shù)字消息載波的頻率來(lái)傳輸數(shù)字消息，即用所傳輸?shù)臄?shù)字消息來(lái)控制載波的頻率。數(shù)字頻率調(diào)制又稱為頻移鍵控調(diào)制（Frequency Shift keying，F(xiàn)SK），即用不同的頻率來(lái)表示不同的符