第3章編碼和調(diào)制

1、合肥工業(yè)大學 計算機與信息學院RFID原理與應用原理與應用第第2版版單承贛 教授2第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 3.1信號和編碼 3.1.1 數(shù)據(jù)和信號 數(shù)據(jù)可定義為表意的實體，分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)在某些時間間隔上取連續(xù)的值，例如，語音、溫度、壓力等。 數(shù)字數(shù)據(jù)取離散值，為人們所熟悉的例子是文本或字符串。在射頻識別應答器中存放的數(shù)據(jù)是數(shù)字數(shù)據(jù) 。3第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 模擬信號在時域表現(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?？捎眯盘柕膬蓚€穩(wěn)態(tài)電平來表示，一個表示二進制的0，另一個表示二進制的1。

2、 3.1.14第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 3.1.2 信道 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135 kHz（LF）及ISM頻率的13.56 MHz（HF），433 MHz（UHF），869 MHz（UHF），915 MHz（UHF），2.45 GHz（UHF），5.8 GHz（SHF）。 5第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(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=2BW log2M帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道最大容量 C= BW l

3、og2（1S/N） 6第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 3.1.3 編碼(信源編碼和信道編碼 ) 信源編碼是對信源信息進行加工處理，模擬數(shù)據(jù)要經(jīng)過采樣、量化和編碼變換為數(shù)字數(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)字數(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的能力，即通過相應的編碼方法使接收端能具有檢錯或糾錯能力。 7第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 數(shù)字基帶信號波形 8第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 數(shù)字基帶信號的頻譜 單個數(shù)字碼的頻譜 20Atgt其 他 j( )edsin/2/2/2tGg ttAA Sa9第第3章章 編碼和

4、調(diào)制編碼和調(diào)制 3.2 RFID中常用的編碼方式及編解碼器3.2.1 曼徹斯特（Manchester）碼 和密勒碼 曼徹斯特（Manchester）碼 10第第3章章 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 簡單異或的缺陷11第第3章章 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 12第第3章章 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 曼徹斯特碼編碼器時序波形圖示例 13第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 RFID中常用的編碼方式及編

5、解碼器曼徹斯特（Manchester）碼 74HC74功能表信息塊曼徹斯特碼與2倍數(shù)據(jù)時鐘頻率的NRZ碼14第第3章章 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15第第3章章 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 密勒碼傳輸格式密勒碼兩位表示法16第第3章章 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

6、及與NRZ碼、曼徹斯特碼的波形關(guān)系 17第第3 章章 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 用曼徹斯特碼產(chǎn)生密勒碼的電路 18第第3章章 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 密勒碼軟件編碼流程 19第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 3.2.2 修正密勒碼編碼器假設(shè)輸出數(shù)據(jù)為01 1010 20第第3章章 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 21第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 修正密勒碼解碼 解碼時序波形圖示例 22第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 3.3 脈沖調(diào)制 將數(shù)據(jù)的NRZ碼變換為更高頻率的脈

7、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。 23第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 脈沖調(diào)制 3.3.1FSK FSK脈沖調(diào)制波形 24第第3章章 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實現(xiàn)的原理框圖 25第第3章章 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 26第第3章章 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信號變?yōu)檎}沖。觸發(fā)器D1采用74HC74，當端為高時，F(xiàn)SK上跳沿將Q端置高，但由于此時為低，故CL端為低，又使Q端回到低電平。Q端的

8、該脈沖使十進計數(shù)器4017復零并可重新計數(shù)。 27第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 脈沖調(diào)制 FSK解調(diào)解調(diào) 十進計數(shù)器4017 28第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 FSK解調(diào)波形圖例29第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 e5551芯片的4種FSK模式30第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 脈沖調(diào)制3.3.2 PSK PSK1和PSK2 采用PSK1調(diào)制時，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，相位在數(shù)據(jù)位為1時從位起始處跳變180，在數(shù)據(jù)位為0時則相位不變。 31第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 PSK調(diào)制電路 選擇

9、相位法電路框圖 32第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 PSK調(diào)制 絕對碼與相對碼轉(zhuǎn)換 (a) 絕對碼轉(zhuǎn)換為相對碼 (b) 將相對碼轉(zhuǎn)換為絕對碼333 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)制信號變換為NRZ碼的關(guān)鍵。34第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(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125 kHz），則加至解調(diào)器的PSK信號是125 kHz/2=62.5 kHz的方波信號。該PSK信號進入解調(diào)器后分為兩路：一路加至觸發(fā)器D3的時鐘輸入端（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的基準信號。觸發(fā)器D3的D輸入端加入的是由125

10、kHz載波基準形成的62.5 kHz基準方波信號，這樣，若觸發(fā)器的D3的時鐘與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。 35第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 PSK解調(diào)電路的相關(guān)波形 36第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 3.3.3 副載波與副載波調(diào)制解調(diào) TYPE A中的副載波調(diào)制 標準幀的結(jié)構(gòu) 副載波調(diào)制波形 37第第3章章 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

11、1，0180表示邏輯0，副載波頻率fs=847 kHz，數(shù)據(jù)傳輸速率為106 kbps。 38第第3章章 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)制加負載調(diào)制 39第第3章章 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，其包絡線與基帶信號成正比，因此采用包絡檢波就可以復現(xiàn)基帶信號，這種方法無須同頻同相的副載波基準信號。40第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 TYPE A中的副載波解調(diào)可重復觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形41第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 TYPE A中的副載波解調(diào) 解調(diào)器42第第3章章

12、 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 3.4 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=0 cccoscos 2v tAtAf t 00mcosAf tAAt AM0vAf tv tAM0mccoscosvAAtAt積化和差 AM0cmcccoscoscosvA AtA Att43第第3章章 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 44第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 調(diào)幅波的時域波形 45第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 脈沖調(diào)幅波 46第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 數(shù)字調(diào)制ASK方式的實現(xiàn) 國際標準ISO 14443的負載調(diào)制測試用的PICC電路 47第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 數(shù)字調(diào)制ASK方式的實現(xiàn) NRZ碼10%ASK調(diào)制的實現(xiàn)48第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 數(shù)字調(diào)制ASK方式的實現(xiàn) TYPE B的調(diào)制波形 修正密勒碼調(diào)制的波形49第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 數(shù)字調(diào)制ASK方式的解調(diào) 包絡檢波器50第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 數(shù)字調(diào)制ASK方式的解調(diào) 三極管射極檢波電路51第第3章章 編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制 數(shù)字調(diào)制ASK方式的實現(xiàn) 國際標準ISO 14443的