射頻識(shí)別技術(shù)第三章

1、第三章第三章RFID的無線通信原理的無線通信原理3.1 射頻頻譜與電磁信號(hào)傳輸射頻頻譜與電磁信號(hào)傳輸 電磁波是由同向振蕩且電磁波是由同向振蕩且相互垂直的相互垂直的電場(chǎng)電場(chǎng)與磁場(chǎng)在空間中以波的形式傳遞能量和與磁場(chǎng)在空間中以波的形式傳遞能量和動(dòng)量，其動(dòng)量，其傳播方向垂直于傳播方向垂直于電場(chǎng)與磁場(chǎng)構(gòu)電場(chǎng)與磁場(chǎng)構(gòu)成的平面。成的平面。3.1 射頻頻譜與電磁信號(hào)傳輸射頻頻譜與電磁信號(hào)傳輸 射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作頻率射頻識(shí)別系統(tǒng)的工作頻率3.1 射頻頻譜與電磁信號(hào)傳輸射頻頻譜與電磁信號(hào)傳輸 信號(hào)頻率與其傳輸特性的關(guān)系信號(hào)頻率與其傳輸特性的關(guān)系 低頻低頻信號(hào)衍射能力強(qiáng)，但是穿透能力弱，且信號(hào)衍射能力強(qiáng)，但是穿透能

2、力弱，且傳輸距離短傳輸距離短 高頻信號(hào)穿透能力強(qiáng)，但是衍射能力弱，傳高頻信號(hào)穿透能力強(qiáng)，但是衍射能力弱，傳輸距離長輸距離長3.2 信號(hào)的電壓與能量信號(hào)的電壓與能量3.2 信號(hào)的電壓與能量信號(hào)的電壓與能量3.3 信號(hào)和編碼信號(hào)和編碼3.3 信號(hào)和編碼信號(hào)和編碼 數(shù)據(jù)和信號(hào)數(shù)據(jù)和信號(hào) 信號(hào)：是數(shù)據(jù)的電氣或者電磁形式的編碼。信號(hào)：是數(shù)據(jù)的電氣或者電磁形式的編碼。 模擬信號(hào)模擬信號(hào)：是連續(xù)變化的電磁波。在時(shí)域表：是連續(xù)變化的電磁波。在時(shí)域表現(xiàn)為連續(xù)的變化，在頻域其頻譜是離散的?，F(xiàn)為連續(xù)的變化，在頻域其頻譜是離散的。 數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)：是一種電壓脈沖序列，數(shù)據(jù)取離：是一種電壓脈沖序列，數(shù)據(jù)取離散值。散值

3、。3.3 信號(hào)和編碼信號(hào)和編碼 信道信道 傳輸介質(zhì)：是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)里發(fā)送器和接收傳輸介質(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。器之間的物理通路。 傳輸介質(zhì)可以分為傳輸介質(zhì)可以分為導(dǎo)向傳輸介質(zhì)導(dǎo)向傳輸介質(zhì)和和非導(dǎo)向傳非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)輸介質(zhì)兩類。兩類。 導(dǎo)向傳輸介質(zhì)構(gòu)成的信道稱為導(dǎo)向傳輸介質(zhì)構(gòu)成的信道稱為有線信道有線信道。 非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)構(gòu)成的信道稱為非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)構(gòu)成的信道稱為無線信道無線信道。3.3 信號(hào)和編碼信號(hào)和編碼 數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼 信源編碼信源編碼是是對(duì)信源信息進(jìn)行加工處理，模擬數(shù)據(jù)要經(jīng)過采樣、對(duì)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

4、輸?shù)牧炕途幋a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)。數(shù)據(jù)量，在信源編碼中還采用了數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。 信道編碼信道編碼是是將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼成適合于在數(shù)字信道上傳輸?shù)臄?shù)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(hào)，并具有所需的抵抗差錯(cuò)的能力，即通過相字信號(hào)，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。應(yīng)的編碼方法使接收端能具有檢錯(cuò)或糾錯(cuò)能力。 3.3 信號(hào)和編碼信號(hào)和編碼 基帶信號(hào)和寬帶信號(hào)基帶信號(hào)和寬帶信號(hào) 基帶信號(hào)：基帶信號(hào)： 帶通信號(hào)（已調(diào)信號(hào)）帶通信號(hào)（已調(diào)信號(hào)） 寬帶信號(hào)：寬帶信號(hào)：3.3 信號(hào)和編碼信號(hào)和編碼 數(shù)字基

5、帶信號(hào)波形數(shù)字基帶信號(hào)波形 3.4 RFID系統(tǒng)中常用的編碼方式系統(tǒng)中常用的編碼方式 曼徹斯特（曼徹斯特（ManchesterManchester）碼）碼3.4 RFID系統(tǒng)中常用的編碼方式系統(tǒng)中常用的編碼方式 軟件實(shí)現(xiàn)編軟件實(shí)現(xiàn)編/ /解碼解碼 采用曼徹斯特碼傳輸信息的信息塊格式為起采用曼徹斯特碼傳輸信息的信息塊格式為起始位是始位是1 1碼，結(jié)束位采用無跳變低電平。碼，結(jié)束位采用無跳變低電平。 曼徹斯特碼可與兩倍數(shù)字時(shí)鐘頻率的曼徹斯特碼可與兩倍數(shù)字時(shí)鐘頻率的NRZNRZ碼相對(duì)應(yīng)。碼相對(duì)應(yīng)。 解碼：解碼：二倍數(shù)字時(shí)鐘讀取二倍數(shù)字時(shí)鐘讀取輸入的曼徹斯特輸入的曼徹斯特碼碼判斷起始位判斷起始位兩位一

6、組轉(zhuǎn)換成兩位一組轉(zhuǎn)換成NRZNRZ碼碼若讀取到若讀取到0000則表示收到了結(jié)束則表示收到了結(jié)束位。位。 1111是非法組合，表示傳輸出錯(cuò)或發(fā)生了碰是非法組合，表示傳輸出錯(cuò)或發(fā)生了碰撞。撞。3.4 RFID系統(tǒng)中系統(tǒng)中常用的編碼方式常用的編碼方式 曼徹斯特的讀入串為曼徹斯特的讀入串為10 1001 0110 0100，求求NRZ碼的值。碼的值。 畫出畫出10 1001 1100的曼徹斯特碼波形的曼徹斯特碼波形。3.4 RFID系統(tǒng)中系統(tǒng)中常用的編碼方式常用的編碼方式 密勒（密勒（MillerMiller）碼碼 傳輸格式：起始位為傳輸格式：起始位為1 1，結(jié)束位為，結(jié)束位為0.0. 3.4 RFI

7、D系統(tǒng)中系統(tǒng)中常用的編碼方式常用的編碼方式密勒碼波形及與密勒碼波形及與NRZNRZ碼、曼徹斯特碼的波形關(guān)系碼、曼徹斯特碼的波形關(guān)系 3.4 RFID系統(tǒng)中系統(tǒng)中常用的編碼方式常用的編碼方式 軟件實(shí)現(xiàn)編解碼軟件實(shí)現(xiàn)編解碼 一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)變成密勒碼時(shí)相當(dāng)于用兩位一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)變成密勒碼時(shí)相當(dāng)于用兩位二進(jìn)制來表示，二進(jìn)制來表示，例如例如8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)變成密位二進(jìn)制數(shù)據(jù)變成密勒碼之后相當(dāng)于勒碼之后相當(dāng)于16位二進(jìn)制位。位二進(jìn)制位。 軟件軟件解碼時(shí)，首先判斷起始位（電平由高到解碼時(shí)，首先判斷起始位（電平由高到低的跳變），然后對(duì)以低的跳變），然后對(duì)以2倍時(shí)鐘讀入的位值倍時(shí)鐘讀入的位值進(jìn)行每兩位一次轉(zhuǎn)換，進(jìn)

8、行每兩位一次轉(zhuǎn)換，01和和10都轉(zhuǎn)換為都轉(zhuǎn)換為1,00和和11都轉(zhuǎn)換為都轉(zhuǎn)換為0，最終得到，最終得到NRZ碼。碼。3.4 RFID系統(tǒng)中系統(tǒng)中常用的編碼方式常用的編碼方式 設(shè)讀入的密勒碼為設(shè)讀入的密勒碼為1000 0110 0011 1000，求其求其NRZ碼。碼。 寫出數(shù)據(jù)寫出數(shù)據(jù)01 1001 0110 的的密勒密勒碼編碼結(jié)碼編碼結(jié)果（二進(jìn)制表示形式），并畫出波形果（二進(jìn)制表示形式），并畫出波形。3.4 RFID系統(tǒng)中系統(tǒng)中常用的編碼方式常用的編碼方式 修正的密勒碼修正的密勒碼 三種時(shí)序：三種時(shí)序： 時(shí)序時(shí)序X X：在：在64/f64/fc c處產(chǎn)生一個(gè)處產(chǎn)生一個(gè)pausepause（凹（

9、凹槽）。槽）。 時(shí)序時(shí)序Y Y：在整個(gè)位期間：在整個(gè)位期間128/f128/fc c不發(fā)生調(diào)制。不發(fā)生調(diào)制。 時(shí)序時(shí)序Z Z：在位期間的開始產(chǎn)生一個(gè)：在位期間的開始產(chǎn)生一個(gè)pausepause。 編碼規(guī)則編碼規(guī)則 邏輯邏輯1 1為時(shí)序?yàn)闀r(shí)序X X；邏輯；邏輯0 0為時(shí)序?yàn)闀r(shí)序Y Y（若連零則（若連零則從第二個(gè)零開始用時(shí)序從第二個(gè)零開始用時(shí)序Z Z，直接與起始位相，直接與起始位相連的所有零用時(shí)序連的所有零用時(shí)序Z Z）；通信開始時(shí)用時(shí)序）；通信開始時(shí)用時(shí)序Z Z；通信結(jié)束用邏輯；通信結(jié)束用邏輯0 0加時(shí)序加時(shí)序Y Y表示；無信表示；無信息時(shí)用至少兩個(gè)時(shí)序息時(shí)用至少兩個(gè)時(shí)序Y Y表示。表示。3.5

10、 信號(hào)的調(diào)制信號(hào)的調(diào)制 脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制 將數(shù)據(jù)的將數(shù)據(jù)的NRZ碼變換為更高頻率的脈沖串，碼變換為更高頻率的脈沖串，該脈沖串的脈沖波形參數(shù)受該脈沖串的脈沖波形參數(shù)受NRZ碼的值碼的值0和和1調(diào)制。調(diào)制。 主要的調(diào)制方式為頻移鍵控主要的調(diào)制方式為頻移鍵控FSK和相移鍵控和相移鍵控PSK。 3.5 信號(hào)的調(diào)制信號(hào)的調(diào)制 FSKFSKFSK脈沖調(diào)制波形脈沖調(diào)制波形 3.5 信號(hào)的調(diào)制信號(hào)的調(diào)制 PSK1和和PSK2 3.5 信號(hào)的調(diào)制信號(hào)的調(diào)制 PSK1：以固定的參考相位脈沖波來代表：以固定的參考相位脈沖波來代表信號(hào)信號(hào)1和和0 PSK2：和相對(duì)相位有關(guān)，若相位突變則：和相對(duì)相位有關(guān)，若相位突變則為

11、為1，不變?yōu)?，不變?yōu)?3.5 信號(hào)的調(diào)制信號(hào)的調(diào)制 數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制 RFID系統(tǒng)通常使用系統(tǒng)通常使用數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制方式傳輸信息。方式傳輸信息。 數(shù)字調(diào)制的方法主要有幅移鍵控（數(shù)字調(diào)制的方法主要有幅移鍵控（ASK）、）、相移鍵控（相移鍵控（PSK）和頻移鍵控（）和頻移鍵控（FSK）。其）。其中中ASK是是RFID系統(tǒng)常使用的方式。系統(tǒng)常使用的方式。3.5 信號(hào)的調(diào)制信號(hào)的調(diào)制 數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制3.6 鏈路預(yù)算鏈路預(yù)算 鏈路預(yù)算：鏈路預(yù)算： 在無線傳輸中，完成傳輸數(shù)據(jù)成功從發(fā)送端傳在無線傳輸中，完成傳輸數(shù)據(jù)成功從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩怂枰哪芰恳话惚环Q為輸?shù)浇邮斩怂枰哪芰恳话惚环Q為 為了為了

12、滿足鏈路預(yù)算我們需要滿足鏈路預(yù)算我們需要知道：知道： 閱讀器能夠傳輸?shù)哪芰块喿x器能夠傳輸?shù)哪芰?能量在傳輸中的衰減能量在傳輸中的衰減 標(biāo)簽啟動(dòng)需要的能量標(biāo)簽啟動(dòng)需要的能量 標(biāo)簽在解碼和傳輸中需要的能量標(biāo)簽在解碼和傳輸中需要的能量3.6 鏈路預(yù)算鏈路預(yù)算 閱讀器傳輸能量閱讀器傳輸能量 根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求和相關(guān)管理規(guī)定共同決定，但根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求和相關(guān)管理規(guī)定共同決定，但最大傳輸能量最大傳輸能量不超過不超過1W。 并非所有的閱讀器都需要傳輸并非所有的閱讀器都需要傳輸1W的能量，的能量，為了安全和傳輸需要，往往為了安全和傳輸需要，往往小于小于1W。3.6 鏈路預(yù)算鏈路預(yù)算 路徑損耗路徑損耗 是是指在傳輸過程中，傳輸器實(shí)際發(fā)送能量和指在傳輸過程中，傳輸器實(shí)際發(fā)送能量和接收器實(shí)際接收的能量之間的差異。接收器實(shí)際接收的能量之間的差異。 有效孔徑：標(biāo)簽接收的功率大小和作用于標(biāo)有效孔徑：標(biāo)簽接收的功率大小和作用于標(biāo)簽的功率密度成正比，這個(gè)比例參數(shù)必須以簽的功率密度成正比，這個(gè)比例參數(shù)必須以面積為單位來描述，常被稱作標(biāo)簽天線的有面積為單位來描述，常被稱作標(biāo)簽天線的有效孔徑效孔徑Ae