第3章 編碼和調(diào)制

常州工學(xué)院《RFID技術(shù)基礎(chǔ)》圖1RFID的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2

閱讀器組成示意圖

圖3射頻識別系統(tǒng)的基本通信結(jié)構(gòu)框圖53編碼和調(diào)制

數(shù)據(jù)和信號

數(shù)據(jù)可定義為表意的實(shí)體，分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)在某些時(shí)間間隔上取連續(xù)的值，例如，語音、溫度、壓力等。

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)取離散值，為人們所熟悉的例子是文本或字符串。在射頻識別應(yīng)答器中存放的數(shù)據(jù)是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。63編碼和調(diào)制

數(shù)據(jù)和信號

模擬信號在時(shí)域表現(xiàn)為連續(xù)的變化，在頻域其頻譜是離散的。模擬信號用來表示模擬數(shù)據(jù)。

數(shù)字信號是一種電壓脈沖序列，數(shù)據(jù)取離散值，通常可用信號的兩個(gè)穩(wěn)態(tài)電平來表示，一個(gè)表示二進(jìn)制的0，另一個(gè)表示二進(jìn)制的1。

73編碼和調(diào)制

傳輸介質(zhì) 傳輸介質(zhì)是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)里發(fā)送器和接收器之間的物理通路。無線傳輸

射頻識別所用的頻率為<135kHz（LF）及ISM頻率的13.56MHz（HF），433MHz（UHF），869MHz（UHF），915MHz（UHF），2.45GHz（UHF），5.8GHz（SHF）。83編碼和調(diào)制

信道的容量對在給定條件，給定通信路徑或信道上的數(shù)據(jù)傳輸速率稱為信道容量。數(shù)據(jù)傳輸速率=碼元傳輸速率×log2M

信道的最大容量C為C=2BWlog2M帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道最大容量C=BWlog2（1＋S/N）93編碼和調(diào)制

數(shù)據(jù)編碼(信源編碼和信道編碼)

信源編碼是對信源信息進(jìn)行加工處理，模擬數(shù)據(jù)要經(jīng)過采樣、量化和編碼變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，為降低所需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，在信源編碼中還采用了數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。

信道編碼是將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼成適合于在數(shù)字信道上傳輸?shù)臄?shù)字信號，并具有所需的抵抗差錯(cuò)的能力，即通過相應(yīng)的編碼方法使接收端能具有檢錯(cuò)或糾錯(cuò)能力。113編碼和調(diào)制

數(shù)字基帶信號波形

不歸零碼(NRZ,NotReturntoZero)基帶傳輸時(shí),需要解決數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號表示以及收發(fā)兩端之間的信號同步問題。對于傳輸數(shù)字信號來說,最簡單最常用的方法是用不同的電壓電平來表示兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)字,也即數(shù)字信號由矩形脈沖組成。按數(shù)字編碼方式，可以劃分為單極性碼和雙極性碼，單極性碼使用正（或負(fù)）的電壓表示數(shù)據(jù)；雙極性碼是二進(jìn)制碼，1為反轉(zhuǎn)，0為保持零電平。根據(jù)信號是否歸零，還可以劃分為歸零碼和非歸零碼，歸零碼碼元中間的信號回歸到0電平，例如“1”為正電平，“0”為負(fù)電平，每個(gè)數(shù)據(jù)表示完畢后，都會回歸到零電平狀態(tài)，而非歸零碼沒有回歸到零電平的過程，例如“1”為高電平，“0”為低電平。射頻識別系統(tǒng)通常使用下列編碼方法中的一種：反向不歸零（NRZ）編碼曼徹斯特（Manchester）編碼單極性歸零（UnipolarHZ）編碼差動雙相（DBP）編碼密勒（Miller）編碼利差動編碼。143編碼和調(diào)制

數(shù)字基帶信號的頻譜

153編碼和調(diào)制

RFID中常用的編碼方式及編解碼器

曼徹斯特（Manchester）碼曼徹斯特碼Manchestercode(又稱裂相碼、雙向碼），一種用電平跳變來表示1或0的編碼，其變化規(guī)則很簡單，即每個(gè)碼元均用兩個(gè)不同相位的電平信號表示，也就是一個(gè)周期的方波，但0碼和1碼的相位正好相反。183編碼和調(diào)制

RFID中常用的編碼方式及編解碼器 曼徹斯特（Manchester）碼編碼器電路

193編碼和調(diào)制

RFID中常用的編碼方式及編解碼器 曼徹斯特（Manchester）碼曼徹斯特碼編碼器時(shí)序波形圖示例

203編碼和調(diào)制

RFID中常用的編碼方式及編解碼器密勒（Miller）碼密勒碼編碼規(guī)則

bit(i-1)biti密勒碼編碼規(guī)則×1biti的起始位置不變化，中間位置跳變00biti的起始位置跳變，中間位置不跳變10biti的起始位置不跳變，中間位置不跳變Miller碼也稱延遲調(diào)制碼，是一種變形雙向碼。其編碼規(guī)則：對原始符號“1”碼元起始不躍變，中心點(diǎn)出現(xiàn)躍變來表示，即用10或01表示。對原始符號“0”則分成單個(gè)“0”還是連續(xù)“0”予以不同處理；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躍變，在碼元中間點(diǎn)電平也不躍變；對于連續(xù)“0”，則使連續(xù)兩個(gè)“0”的邊界處發(fā)生電平躍變。在無源RFID中，為實(shí)現(xiàn)卡和讀寫器之間的數(shù)據(jù)交換，都是采用負(fù)載調(diào)制方式完成的。進(jìn)行負(fù)載調(diào)制時(shí)，需要選用一種編碼去調(diào)制。密勒(Miller)碼因碼中帶有時(shí)鐘信息，且具有較好的抗干擾能力，因而是非接觸存儲卡中優(yōu)選使用的碼型，例如，EMMicroelectronnic-marinSA的RFID產(chǎn)品H4006中就采用了密勒碼技術(shù)。223編碼和調(diào)制

RFID中常用的編碼方式及編解碼器

密勒碼波形及與NRZ碼、曼徹斯特碼的波形關(guān)系

233編碼和調(diào)制

RFID中常用的編碼方式及編解碼器密勒（Miller）碼用曼徹斯特碼產(chǎn)生密勒碼的電路

243編碼和調(diào)制

修正密勒碼編碼器 假設(shè)輸出數(shù)據(jù)為011010

253編碼和調(diào)制

修正密勒碼解碼修正密勒碼解碼器原理框圖

263編碼和調(diào)制

修正密勒碼解碼解碼時(shí)序波形圖示例

273編碼和調(diào)制

脈沖調(diào)制 將數(shù)據(jù)的NRZ碼變換為更高頻率的脈沖串，該脈沖串的脈沖波形參數(shù)受NRZ碼的值0和1調(diào)制。 主要的調(diào)制方式為頻移鍵控FSK和相移鍵控PSK。283編碼和調(diào)制

脈沖調(diào)制

FSK

FSK脈沖調(diào)制波形

FSK是指對已調(diào)脈沖波形的頻率進(jìn)行控制，F(xiàn)SK調(diào)制方式用于射頻載波頻率為125kHz的情況.303編碼和調(diào)制

脈沖調(diào)制

FSK調(diào)制

FSK實(shí)現(xiàn)的原理框圖313編碼和調(diào)制

脈沖調(diào)制

FSK解調(diào)

FSK解調(diào)電路原理圖323編碼和調(diào)制

脈沖調(diào)制

FSK解調(diào)工作原理如下：

觸發(fā)器D1將輸入FSK信號變?yōu)檎}沖。觸發(fā)器D1采用74HC74，當(dāng)端為高時(shí)，F(xiàn)SK上跳沿將Q端置高，但由于此時(shí)為低，故CL端為低，又使Q端回到低電平。Q端的該脈沖使十進(jìn)計(jì)數(shù)器4017復(fù)零并可重新計(jì)數(shù)。

333編碼和調(diào)制

脈沖調(diào)制 PSK1和PSK2采用PSK1調(diào)制時(shí)，若在數(shù)據(jù)位的起始處出現(xiàn)上升沿或下降沿（即出現(xiàn)1，0或0，1交替），則相位將于位起始處跳變180°。而PSK2調(diào)制時(shí)，相位在數(shù)據(jù)位為1時(shí)從位起始處跳變180°，在數(shù)據(jù)位為0時(shí)則相位不變。353編碼和調(diào)制

PSK調(diào)制電路選擇相位法電路框圖

363編碼和調(diào)制

PSK解調(diào)電路 閱讀器能正確將PSK調(diào)制信號變換為NRZ碼的關(guān)鍵。373編碼和調(diào)制

設(shè)PSK信號的數(shù)據(jù)速率為fc/2（fc為射頻載波頻率值125kHz），則加至解調(diào)器的PSK信號是125kHz/2=62.5kHz的方波信號。該P(yáng)SK信號進(jìn)入解調(diào)器后分為兩路：一路加至觸發(fā)器D3的時(shí)鐘輸入端（CLK），觸發(fā)器D3是位值判決電路；另一路用于形成相位差為90°的基準(zhǔn)信號。觸發(fā)器D3的D輸入端加入的是由125kHz載波基準(zhǔn)形成的62.5kHz基準(zhǔn)方波信號，這樣，若觸發(fā)器的D3的時(shí)鐘與D輸入端兩信號相位差為90°（或相位差不偏至0°或180°附近），則觸發(fā)器D3的Q端輸出信號即為NRZ碼，可供微控制器MCU讀入。383編碼和調(diào)制

PSK解調(diào)電路的相關(guān)波形副載波調(diào)制是標(biāo)簽向讀寫器發(fā)送數(shù)據(jù)的方法。在通常的RFID通信中，讀寫器是主動方，產(chǎn)生射頻場，把要發(fā)送給標(biāo)簽的數(shù)據(jù)直接調(diào)制在射頻場載波上；而標(biāo)簽是被動方，不產(chǎn)生射頻場，標(biāo)簽回送數(shù)據(jù)的時(shí)候把自己當(dāng)做一個(gè)線圈，回送的數(shù)據(jù)用打開和關(guān)斷線圈表示，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，磁場中閉合的線圈會減小磁場振幅，打開的線圈對磁場幅度沒有影響。讀寫器感知到這種磁場幅度的變化，從而接收到標(biāo)簽回送的數(shù)據(jù)信息。開關(guān)線圈相當(dāng)于在磁場中開關(guān)一個(gè)磁場的負(fù)載，這種調(diào)制方法就稱為負(fù)載調(diào)制。403編碼和調(diào)制

副載波與副載波調(diào)制解調(diào)

TYPEA中的副載波調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)幀的結(jié)構(gòu)

副載波調(diào)制波形

413編碼和調(diào)制

副載波與副載波調(diào)制解調(diào)

TYPEB中的副載波調(diào)制：

位編碼采用不歸零NRZ編碼，副載波調(diào)制采用BPSK方式，邏輯狀態(tài)的轉(zhuǎn)換用副載波相移180°來表示，θ0表示邏輯1，θ0＋180°表示邏輯0，副載波頻率fs=847kHz，數(shù)據(jù)傳輸速率為106kbps。423編碼和調(diào)制

副載波與副載波調(diào)制解調(diào)

TYPEB中的副載波調(diào)制：

數(shù)位的副載波調(diào)制加負(fù)載調(diào)制

433編碼和調(diào)制

TYPEA中的副載波解調(diào) 相干解調(diào)（同步解調(diào)） 非相干解調(diào)

ASK調(diào)制時(shí)，其包絡(luò)線與基帶信號成正比，因此采用包絡(luò)檢波就可以復(fù)現(xiàn)基帶信號，這種方法無須同頻同相的副載波基準(zhǔn)信號。443編碼和調(diào)制

正弦波調(diào)制 正弦振蕩的載波信號調(diào)幅 調(diào)制信號

產(chǎn)生的調(diào)幅波 設(shè)上式v(t)的相位角φ=0

積化和差

453編碼和調(diào)制

振幅調(diào)制模型調(diào)幅波的頻域463編碼和調(diào)制

脈沖調(diào)幅波473編碼和調(diào)制

數(shù)字調(diào)制ASK方式的實(shí)現(xiàn) 國際標(biāo)準(zhǔn)ISO14443的負(fù)載調(diào)制測試用的PICC電路483編碼和調(diào)制