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1、第3讲 RFID的编码和调制,RFID系统的基本通信模型,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。 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电子标签向RFID读写器方向的数据传输。,一、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
2、不归零（NRZ）编码、曼彻斯特（Manchester）编码、单极性归零（RZ）编码、差动双相（DBP）编码、密勒（Miller）编码和差动编码。,1、曼彻斯特（Manchester）编码,编码器电路,曼彻斯特码编码器时序波形图,注：ISO18000-6 TYPEB 读写器到标签之间采用的是曼彻斯特编码,密勒码编码规则,2、密勒码编码,密勒码（Miller）也称延迟调制码，是一种变形双向码。,密勒码波形及与NRZ码、曼彻斯特码的波形关系,用曼彻斯特码产生密勒码的电路,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
3、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。用这三种时序即可对帧进行编码，即修正的密勒码。 逻辑“1”选择时序X；逻辑“0”选择时序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。,3、修正密勒码编码,注：在I
4、SO/IEC 14443标准（近耦合非接触式IC卡标准），TYPE A中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反相波形，用它的上升沿输出变便产生了密勒码，而用其上升沿产生一个凹槽就是修正密勒码,起始用时序Z,直接与起始位相连的0用时序Z,相邻多个或更多0，则从第二格0开始用时序Z,通信结束用逻辑0加时序Y,4、FM0编码,FM0（即Bi-Phase Space）编码的全称为双相间隔码编码，工作原理是在一个位窗内采用电平变化来表示逻辑。如果电平从位窗的起始处翻转，则表示逻辑“1”。如果电平除了在位窗的起始处翻转，还在位窗中间翻转则表示逻辑“0”
5、。一个位窗的持续时间是25s。,注：ISO18000-6 typeA 由标签向阅读器的数据发送采用FM0编码,5、PIE编码 PIE（Pulse interval encoding）编码的全称为脉冲宽度编码，原理是通过定义脉冲下降沿之间的不同时间宽度来表示数据。 在该标准的规定中，由阅读器发往标签的数据帧由SOF（帧开始信号）、EOF（帧结束信号）、数据0和1组成。在标准中定义了一个名称为“Tari”的时间间隔，也称为基准时间间隔，该时间段为相邻两个脉冲下降沿的时间宽度，持续为25s。,注：ISO18000-6 typeA 由阅读器向标签的数据发送采用PIE编码,注：选择编码方法的考虑因素 1
6、、在REID系统中使用的电子标签常常是无源的，而无源标签需要在读写器的通信过程中获得自身的能量供应。为了保证系统的正常工作，信道编码方式首先必须保证不能中断读写器对电子标签的能量供应。另外，出于保障系统可靠工作的需要，还必须在编码中提供数据一级的校验保护，编码方式应该提供这种功能。可以根据码型的变化来判断是否发生误码或有电子标签冲突发生。 2、在RFID系统中，当电子标签是无源标签时，经常要求基带编码在每两个相邻数据位元间具有跳变的特点，这种相邻数据间有跳变的码，不仅可以保证在连续出现“0”时对电子标签的能量供应，而且便于电子标签从接收到的码中提取时钟信息。在实际的数据传输中，由于信道中干扰的
7、存在，数据必然会在传输过程中发生错误，这时要求信道编码能够提供一定程度的检测错误的能力。,1、脉冲调制 将数据的NRZ码变换为更高频率的脉冲串，该脉冲串的脉冲波形参数受NRZ码的值0和1调制。 主要的调制方式为频移键控FSK和相移键控PSK。,二、RFID调制,13,FSK,FSK脉冲调制波形,14,PSK1和PSK2,采用PSK1调制时，若在数据位的起始处出现上升沿或下降沿（即出现1，0或0，1交替），则相位将于位起始处跳变180。而PSK2调制时，相位在数据位为1时从位起始处跳变180，在数据位为0时则相位不变。,2、数字调制,数字调制的概念 用二进制（多进制）数字信号作为调制信号，去控制
8、载波某些参量的变化，这种把基带数字信号变换成频带数字信号的过程称为数字调制，反之，称为数字解调。 数字调制的分类 在二进制时分为：振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。其中，ASK属于线性调制，FSK、PSK属于非线性调制,注：RFID系统通常采用数字调制方式传送消息，调制信号（包括数字基带信号和已调脉冲）对正弦波进行调制。,二进制振幅键控信号时间波型,注：调幅技术实现起来简单，但容易受增益变化的影响，是一种低效的调制技术。,17,调制深度,B,A,mA=（A-B）/（A+B）*100%,二进制移频键控信号的时间波形,注：该技术抗干扰性能好，但占用带宽较大。,原始信息,t
9、,2PSK,载波,1,0,0,1,1,0,二进制移相键控信号的时间波形,注：用180相移表示1，用0相移表示0。这种调制技术抗干扰性能最好，且相位的变化也可以作为定时信息来同步发送机和接收机的时钟，并对传输速率起到加倍的作用。,20,脉冲调幅波,用于动物识别的代码结构和技术准则 ISO 11784和11785应答器采用FSK调制，NRZ编码 ISO14443从阅读器向标签传送信号时，TYPE A采用改进的Miller编码方式，调制深度为100%的ASK信号；TYPE B则采用NRZ编码方式，调制深度为10%的ASK信号。 从标签向阅读器传送信号时，二者均通过调制载波传送信号,副载波频率皆为84
10、7KHz。TYPE A采用开关键控（On-Off keying）的Manchester编码；TYPE B采用NRZ-L的BPSK编码。 ISO 15693标准规定的载波频率亦为13.56MHz，阅读器和标签全部都用ASK调制原理，调制深度为10%和100%，,3、副载波调制与解调,在RFID系统中，副载波的调制方法主要应用在频率为13.56MHz的RFID系统中，而且仅是在从电子标签向阅读器的数据传输中采用。 对13.56MHz的RFID系统，大多数使用的副载波频率为847kHz（13.56MHz/16）、424 kHz（13.56MHz/32）212 kHz（13.56MHz/64）。,三、
11、数据校验,在RFID系统中，数据传输的完整性存在两个方面的问题： 外界的各种干扰可能使数据传输产生错误； 多个应答器同时占用信道使发送数据产生碰撞。 运用数据检验（差错检测）和防碰撞算法可分别解决这两个问题。,25,差错 随机错误：由信道中的随机噪声干扰引起。在出现这种错误时，前后位之间的错误彼此无关。 突发错误：由突发干扰引起，当前面出现错误时，后面往往也会出现错误，它们之间有相关性。 混合错误,突发错误长度b=5,26,差错控制 在传输信息数据中增加一些冗余编码，使监督码元和信息码元之间建立一种确定的关系，实现差错控制编码和差错控制解码功能 。 反馈重发（ARQ）、前向纠错（FEC）和混合
12、纠错（HEC）,反馈重发发送端需要在得到接收端正确收到所发信息码元（通常以帧的形式发送）的确认信息后，才能认为发送成功。 前向纠错接收端通过纠错解码自动纠正传输中出现的差错，所以该方法不需要重传。这种方法需要采用具有很强纠错能力的编码技术 。 混合纠错是ARQ和FEC的结合，设计思想是对出现的错误尽量纠正，纠正不了则需要通过重发来消除差错。,27,检纠错码 信息码元与监督码元,信息码元 k 监督码元r,28,检纠错码的分类,奇偶校验,奇偶校验码是一种最简单而有效的数据校验方法。 实现方法: 在每个被传送码的左边或右边加上1位奇偶校验位0或1, 若采用奇校验位, 只需把每个编码中1的个数凑成奇数
13、; 若采用偶校验位, 只要把每个编码中1的个数凑成偶数。 检验原理: 这种编码能发现1个或奇数个错, 但因码距较小, 不能实现错误定位。 对奇偶校验码的评价:它能发现一位或奇数个位出错，但无错误定位和纠错能力。尽管奇偶校验码的检错能力较低，但对出错概率统计, 其中7080是1位错误, 另因奇偶校验码实现简单, 故它还是一种应用最广泛的校验方法。 实际应用中, 多采用奇校验, 因奇校验中不存在全“0”代码, 在某些场合下更便于判别。,00001 00010 00100 00111 01000 01011 01101 01110 10000 10011 10101 10110 11001 1101
14、0 11100 11111,奇偶校验的校验方程,设7位信息码组为C7C6C5C4C3C2C1, 校验码为C0 ,则对偶校验, 当满足 C7C6C5C4C3C2C1C00 （1） 时, 为合法码; 对奇校验, 当满足 C7C6C5C4C3C2C1C0 1 （2） 时, 为合法码。这里的表示模2相加。 对于偶校验, 合法码字应满足 n CiC00 （3） i-1 对于奇校验, 合法码字应满足 n CiC01 （4） i-1,注意: 公式(1)(2)为奇偶校验位 的生成方程; 公式(3)(4)为校验方程。,31,RFID中的差错检测 CRC码（循环冗余码） 较强的检错能力，硬件实现简单 算法步骤,注
15、：在RFID标准ISO/IEC14443中，采用的是CRC（CCITT）的生成多项式。但应注意的是，该标准中的TYPE A采用CRC-A，计算时循环移寄存器的初始值为6363H；TYPE B采用CRC-B，循环位移寄存器的初始值为FFFFH。,循环冗余校验码 (Cyclic Redundancy Check ,CRC),CRC码是一种检错、纠错能力很强的数据校验码, 主要用于网络、同步通信及磁表面存储器等应用场合。 1循环冗余校验码的编码方法 循环冗余校验码由两部分组成, 左边为信息位, 右边为校验位。若信息位为N位, 校验位为K位, 则该校验码被称为(NK, N)码。 编码步骤如下： (1)
16、将待编码的N位有效信息位表示为一个n1阶的多项式M(X)。 (2)将M(X)左移K位, 得到M(X).Xk（K由预选的K1位的生成多项式G(X)决定）。 (3)用一个预选好的K1位的G(X)对M(X).Xk作模2除法。 (4)把左移K位后的的有效信息位与余数作模2加法, 形成长度为NK 的CRC码。 M(X).XkR(X) Q(X).G(X),举例,例:选择生成多项式为G(X)X4X1(10011),请把8位有效信息11110111编码成CRC码。 解： 步骤1：M(X) X7X6+ X5X4 + X2X1 +1 11110111 步骤2: M(X). X4 111101110000 ( 即左移4位） 步骤3：模2除，M(X)X4G(X) 111101110000 1001111100101111110011，即R(X)
