第3章編碼和調(diào)制

1、常州工學(xué)院RFID技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ)圖圖1 1 RFID RFID的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖2 2 閱讀器組成示意圖閱讀器組成示意圖 圖圖3 3 射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本通信結(jié)構(gòu)框圖射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本通信結(jié)構(gòu)框圖53 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 數(shù)據(jù)和信號(hào)數(shù)據(jù)和信號(hào) 數(shù)據(jù)可定義為表意的實(shí)體，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)。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、取連續(xù)的值，例如，語音、溫度、壓力等。溫度、壓力等。 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)取離散值，為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)取離散值，為人們所熟悉的例子是文本或人們所熟悉的例子是文本或字符串。在射頻識(shí)別應(yīng)答器字符串。在射頻

2、識(shí)別應(yīng)答器中存放的數(shù)據(jù)是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)中存放的數(shù)據(jù)是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 。63 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 數(shù)據(jù)和信號(hào)數(shù)據(jù)和信號(hào) 模擬信號(hào)在時(shí)域表現(xiàn)為連模擬信號(hào)在時(shí)域表現(xiàn)為連續(xù)的變化，在頻域其頻譜是續(xù)的變化，在頻域其頻譜是離散的。模擬信號(hào)用來表示離散的。模擬信號(hào)用來表示模擬數(shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)。 數(shù)字信號(hào)是一種電壓脈沖數(shù)字信號(hào)是一種電壓脈沖序列，數(shù)據(jù)取離散值，通常序列，數(shù)據(jù)取離散值，通?？捎眯盘?hào)的兩個(gè)穩(wěn)態(tài)電平來可用信號(hào)的兩個(gè)穩(wěn)態(tài)電平來表示，一個(gè)表示二進(jìn)制的表示，一個(gè)表示二進(jìn)制的0，另一個(gè)表示二進(jìn)制的另一個(gè)表示二進(jìn)制的1。 73 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì) 傳輸介質(zhì)是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)里發(fā)送器和接收傳輸介質(zhì)是數(shù)據(jù)傳輸

3、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。無線傳輸無線傳輸 射頻識(shí)別所用的頻率為射頻識(shí)別所用的頻率為135 kHz（LF）及）及ISM頻率的頻率的13.56 MHz（HF），），433 MHz（UHF），），869 MHz（UHF），），915 MHz（UHF），），2.45 GHz（UHF），），5.8 GHz（SHF）。）。 83 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 信道的容量信道的容量對(duì)在給定條件，給定通信路徑或信道上的數(shù)據(jù)傳輸對(duì)在給定條件，給定通信路徑或信道上的數(shù)據(jù)傳輸速率稱為速率稱為信道容量信道容量。數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率=碼元傳輸速率碼元傳輸速率log2M 信道的最大容量信道的最大

4、容量C為為C=2BW log2M帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道最大容量帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道最大容量 C= BW log2（1S/N） 93 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼(信源編碼和信道編碼信源編碼和信道編碼 ) 信源編碼是對(duì)信源信息進(jìn)行加工處理，模擬信源編碼是對(duì)信源信息進(jìn)行加工處理，模擬數(shù)據(jù)要經(jīng)過采樣、量化和編碼變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，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)。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)字信道編碼是將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼成適合于在數(shù)字信道上

5、傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，并具有所需的抵抗差信道上傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，并具有所需的抵抗差錯(cuò)的能力，即通過相應(yīng)的編碼方法使接收端能錯(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。具有檢錯(cuò)或糾錯(cuò)能力。 113 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 數(shù)字基帶信號(hào)波形數(shù)字基帶信號(hào)波形 不歸零碼不歸零碼(NRZ,Not Return to Zero)基帶傳輸時(shí),需要解決數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)表示以及收發(fā)兩端之間的信號(hào)同步問題。對(duì)于傳輸數(shù)字信號(hào)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(hào)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

6、二進(jìn)制碼，1為反轉(zhuǎn)，0為保持零電平。根據(jù)信號(hào)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(hào)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(huì)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(shí)別系統(tǒng)通常使用下列編碼方法中的一種：射頻識(shí)別系統(tǒng)通常使用下列編碼方法中的一種：反向不歸零（反向不歸零（NRZ）編碼）編碼曼徹斯特（曼徹斯特（Manchester）編碼）編碼單極性歸零（單極性歸零（UnipolarHZ）編碼）編碼差動(dòng)雙相（差動(dòng)雙相（DBP）編碼）編碼密勒（密勒（Miller）編碼利差動(dòng)編碼。）編碼利差動(dòng)編碼。

7、143 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜 20Atgt其 他 j( )edsin/2/2/2tGg ttAA Sa153 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 RFID中常用的編碼方式及編解碼器中常用的編碼方式及編解碼器曼徹斯特（Manchester）碼 曼徹斯特碼 Manchester code (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(hào)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

8、碼和調(diào)制編碼和調(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(i1)bit i密勒碼編碼規(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Miller碼碼也稱延遲調(diào)制碼，是一種變形雙向碼。其編碼規(guī)則：對(duì)原始符號(hào)“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(duì)原始符號(hào)“0”則分成單個(gè)“0”還是連續(xù)“0”予以不同處理；單個(gè)“

9、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(duì)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(chǔ)卡中優(yōu)選使用的碼型，例如，EM Microelectronnic-marin SA的RFID產(chǎn)品H4006中就采用了密勒碼技術(shù)。223 編碼和調(diào)制編碼和調(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)制編碼和

10、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)制編碼和調(diào)制 修正密勒碼編碼器假設(shè)輸出數(shù)據(jù)為01 1010 253 編碼和調(diào)制編碼和調(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)制編碼和調(diào)制 脈沖調(diào)制 FSK FSK脈沖調(diào)制波形 FSKFSK是指對(duì)已調(diào)脈沖波形的頻率進(jìn)行控

11、制，是指對(duì)已調(diào)脈沖波形的頻率進(jìn)行控制，F(xiàn)SKFSK調(diào)制方式用于射頻載波頻率為調(diào)制方式用于射頻載波頻率為125kHz125kHz的情況的情況. .303 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 脈沖調(diào)制 FSK調(diào)制調(diào)制 FSK實(shí)現(xiàn)的原理框圖 313 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 脈沖調(diào)制 FSK解調(diào)解調(diào) FSK解調(diào)電路原理圖 323 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 脈沖調(diào)制 FSK解調(diào)解調(diào)工作原理如下： 觸發(fā)器D1將輸入FSK信號(hào)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)制編碼和調(diào)

12、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(hào)變換為NRZ碼的關(guān)鍵。373 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 設(shè)PSK信號(hào)的數(shù)據(jù)速率為fc/2（fc為射頻載波頻率值125 kHz），則加至解調(diào)器的PSK信號(hào)是125 kHz/2=62.5 kHz的方波信號(hào)。該P(yáng)SK信號(hào)進(jìn)入解調(diào)器后分為

13、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(hào)。觸發(fā)器D3的D輸入端加入的是由125 kHz載波基準(zhǔn)形成的62.5 kHz基準(zhǔn)方波信號(hào)，這樣，若觸發(fā)器的D3的時(shí)鐘與D輸入端兩信號(hào)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(hào)即為NRZ碼，可供微控制器MCU讀入。 383 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 PSK解調(diào)電路的相關(guān)波形 副載波調(diào)制副載波調(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(dòng)方，產(chǎn)生射頻場(chǎng)，把要發(fā)送給標(biāo)簽的數(shù)據(jù)直接調(diào)制在射頻場(chǎng)載波上；而標(biāo)簽是被動(dòng)方，不產(chǎn)生射頻場(chǎng)，標(biāo)簽回送數(shù)據(jù)的

14、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(chǎng)中閉合的線圈會(huì)減小磁場(chǎng)振幅，打開的線圈對(duì)磁場(chǎng)幅度沒有影響。讀寫器感知到這種磁場(chǎng)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(chǎng)中開關(guān)一個(gè)磁場(chǎng)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)制編碼和調(diào)制 副載波與副載波調(diào)制解調(diào) TYPE A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)制編碼和調(diào)制 副載波與副載波調(diào)制解調(diào) TYPE B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，0表示邏輯1，0180表示邏輯0，副載

15、波頻率fs=847 kHz，數(shù)據(jù)傳輸速率為106 kbps。 423 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 副載波與副載波調(diào)制解調(diào) TYPE B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)制編碼和調(diào)制 TYPE A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(hào)成正比，因此采用包絡(luò)檢波就可以復(fù)現(xiàn)基帶信號(hào)，這種方法無須同頻同相的副載波基準(zhǔn)信號(hào)。443 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 正弦波調(diào)制正弦振蕩的載波信號(hào) 調(diào)幅 調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的調(diào)幅波設(shè)上式v(t)的相位角=0 cccoscos 2v tAtAf t 00mcosAf tAAt AM0vAf tv tAM0mccoscosvAAtAt積化和差 AM0cmcccoscoscosvA AtA Att453 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 振幅調(diào)制模型調(diào)幅波的頻域 463 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 脈沖調(diào)幅波 473 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 數(shù)字調(diào)制ASK方式的