第4章采樣、編碼與調(diào)制3

1、物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用第第4章章 編碼與調(diào)制編碼與調(diào)制點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用讀寫器與電子標(biāo)簽之間消息的傳遞是通過電信號實現(xiàn)的。讀寫器與電子標(biāo)簽之間消息的傳遞是通過電信號實現(xiàn)的。原始的電信號通常稱為基帶信號，有些信道可以直接傳輸基帶信原始的電信號通常稱為基帶信號，有些信道可以直接傳輸基帶信號，但以自由空間作為信道的無線電傳輸卻無法直接傳遞基帶信號，但以自由空間作為信道的無線電傳輸卻無法直接傳遞基帶信號。將基帶信號編碼，然后變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?，這號。將基帶信

2、號編碼，然后變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?，這個過程稱為編碼與調(diào)制；在接收端進(jìn)行反變換，然后進(jìn)行解碼，個過程稱為編碼與調(diào)制；在接收端進(jìn)行反變換，然后進(jìn)行解碼，這個過程稱為解調(diào)與解碼。調(diào)制以后的信號稱為已調(diào)信號，它具這個過程稱為解調(diào)與解碼。調(diào)制以后的信號稱為已調(diào)信號，它具有兩個基本特征，一個是攜帶有信息，一個是適合在信道中傳輸。有兩個基本特征，一個是攜帶有信息，一個是適合在信道中傳輸。 點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映 信號與信道信號與信道4.1編碼與調(diào)制編碼與調(diào)制4.2RFID常用的編碼方法常

3、用的編碼方法4.3RFID常用的調(diào)制方法常用的調(diào)制方法4.4物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用RFID常用的調(diào)制方法常用的調(diào)制方法4.4點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映1、調(diào)制和解調(diào)l通常基帶信號具有較低的頻率分量，不宜通過無線信道傳輸。因此，在通信系統(tǒng)的發(fā)送端需要由一個載波來運載基帶信號，也就是使載波的某個參量隨基帶信號的規(guī)律而變化，這一過程稱為（載波）調(diào)制。l載波受調(diào)制以后稱為已調(diào)信號，它含有基帶信號的全部特征。l在通信系統(tǒng)的接收端則需要有解調(diào)過程，

4、其作用是將已調(diào)信號中的原始基帶信號恢復(fù)出來。l調(diào)制和解調(diào)過程對通信系統(tǒng)是至關(guān)重要的，因為調(diào)制解調(diào)方式在很大程度上決定了系統(tǒng)可能達(dá)到的性能。三、RFID的調(diào)制和解調(diào)海南汽車過海0.5cbaudfN0.5cbaudfNcfcf(1)baudBWdNBWbaudNd0cf1cf01()ccbaudBWffN 與計算與計算ASK調(diào)制所需最小帶寬的原理相同，調(diào)制所需最小帶寬的原理相同，。但。但PSK調(diào)制中的調(diào)制中的最大比特率比最大比特率比ASK要大的多要大的多。因此，盡管在相同的帶寬。因此，盡管在相同的帶寬下下ASK調(diào)制和調(diào)制和PSK調(diào)制的最大波特率相同，調(diào)制的最大波特率相同，但但PSK調(diào)制的調(diào)制的卻可

5、以是卻可以是ASK調(diào)制的兩調(diào)制的兩倍或更多（如圖倍或更多（如圖5.26所示）所示）. 物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用數(shù)字基帶信號往往具有豐富的低頻分量，必須用數(shù)字基帶信號往往具有豐富的低頻分量，必須用數(shù)字基帶信號對載波進(jìn)行調(diào)制，而不是直接傳送數(shù)字基數(shù)字基帶信號對載波進(jìn)行調(diào)制，而不是直接傳送數(shù)字基帶信號，以使信號與信道的特性相匹配。帶信號，以使信號與信道的特性相匹配。用數(shù)字基帶信用數(shù)字基帶信號控制載波，把數(shù)字基帶信號變換為數(shù)字已調(diào)信號的過號控制載波，把數(shù)字基帶信號變換為數(shù)字已調(diào)信號的過程稱為數(shù)字調(diào)制程稱為數(shù)字調(diào)制，RFID主要采用主要采用數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制

6、的方式。的方式。點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映l調(diào)制的基本作用是頻率搬移。概括起來，調(diào)制主要有如下幾個目的：頻率搬移頻率搬移。調(diào)制把基帶信號頻譜搬移到一定的頻率范圍，以適應(yīng)信道傳輸要求。實現(xiàn)信道復(fù)用實現(xiàn)信道復(fù)用。一般每個被傳輸信號占用的帶寬小于信道帶寬，因此，一個信道同時只傳一個信號是很浪費的，此時信道工作在遠(yuǎn)小于其傳輸信息容量的情況下。然而通過調(diào)制，使各個信號的頻譜搬移到指定的位置，從而實現(xiàn)在一個信道里同時傳輸許多信號。工作頻率越高帶寬越大工作頻率越高帶寬越大。根據(jù)信息論一般原理可知，寬帶通信系統(tǒng)一般表現(xiàn)出較好的抗干擾性能。將信號變換，使它占據(jù)較大的帶寬，它將具有較強(qiáng)的抗干擾性。工作頻率越

7、高天線尺寸越小工作頻率越高天線尺寸越小。如果天線的尺寸可以與工作波長相比擬，天線的輻射更為有效。由于工作頻率與波長成反比，提高工作頻率可以降低波長，進(jìn)而減小天線的尺寸，迎合現(xiàn)代通信對尺寸小型化的要求。調(diào)制深度調(diào)制深度BAmA=（A-B）/（A+B）*100%51物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用4.4.1 數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制 數(shù)字信號有離散取值的特點，數(shù)字調(diào)制技術(shù)利用數(shù)數(shù)字信號有離散取值的特點，數(shù)字調(diào)制技術(shù)利用數(shù)字信號的這一特點，字信號的這一特點，通過開關(guān)通過開關(guān)“鍵控鍵控”載波載波，從而實現(xiàn)，從而實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。數(shù)字調(diào)制。 數(shù)字信息有二進(jìn)制與多進(jìn)制之分，數(shù)字

8、調(diào)制也分為數(shù)字信息有二進(jìn)制與多進(jìn)制之分，數(shù)字調(diào)制也分為二進(jìn)制調(diào)制與多進(jìn)制調(diào)制。二進(jìn)制調(diào)制與多進(jìn)制調(diào)制。點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映RFID常用調(diào)制方法一個正弦波可以通過3個特性進(jìn)行定義：振幅、頻率和相位。當(dāng)我們改變其中任何一個特性時，就有了波的另一個形式。有3種將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制到模擬信號的機(jī)制。幅移鍵控法（Amplitude-Shift Keying，ASK）。頻移鍵控法（Frequency-Shift Keying，F(xiàn)SK）。相移鍵控法（Phase-Shift Keying，PSK）。正交調(diào)幅（Quadrature Amplitude Modulation，QAM），一種將振幅和相位變化結(jié)

9、合起來的機(jī)制，其中正交調(diào)幅的效率最高，也是現(xiàn)在所有的調(diào)制解調(diào)器中經(jīng)常采用的技術(shù)。53物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用1. 載波載波載波是指被調(diào)制以傳輸信號的波形，載波一般為載波是指被調(diào)制以傳輸信號的波形，載波一般為正弦振蕩信號，正弦振蕩的載波信號可以表示為正弦振蕩信號，正弦振蕩的載波信號可以表示為 （5.6）載波被調(diào)制以后，載波的振幅、頻率或相位就隨信號的載波被調(diào)制以后，載波的振幅、頻率或相位就隨信號的變化而變化。變化而變化。)cos()(tAtvc點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用2

10、.振幅鍵控振幅鍵控調(diào)幅是指載波的頻率和相位不變，載波的振幅隨調(diào)調(diào)幅是指載波的頻率和相位不變，載波的振幅隨調(diào)制信號的變化而變化。制信號的變化而變化。振幅鍵控（振幅鍵控（Amplitude Shift Keying，ASK）是利用載）是利用載波的幅度變化傳遞數(shù)字信息波的幅度變化傳遞數(shù)字信息，在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，載波，在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，載波的幅度只有兩種變化，分別對應(yīng)二進(jìn)制的的幅度只有兩種變化，分別對應(yīng)二進(jìn)制的“1”和和“0”。點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用圖圖4.9 振幅鍵控的時間波形振幅鍵控的時間波形點擊此處結(jié)束放映點擊

11、此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用3.頻移鍵控頻移鍵控頻移鍵控（頻移鍵控（Frequency Shift Keying，F(xiàn)SK）是利用載）是利用載波的頻率變化傳遞數(shù)字信息，是對載波的頻率進(jìn)行鍵控波的頻率變化傳遞數(shù)字信息，是對載波的頻率進(jìn)行鍵控。二進(jìn)制頻移鍵控載波的頻率只有兩種變化狀態(tài)，載波的頻二進(jìn)制頻移鍵控載波的頻率只有兩種變化狀態(tài)，載波的頻率在率在 和和 兩個頻率點變化，分別對應(yīng)二進(jìn)制信息兩個頻率點變化，分別對應(yīng)二進(jìn)制信息的的“1”和和“0”。1f2f點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用

12、）技術(shù)與應(yīng)用圖圖4.11 頻移鍵控的時間波形頻移鍵控的時間波形點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映59v脈沖調(diào)制 v 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。v 主要的調(diào)制方式為頻移鍵控FSK和相移鍵控PSK。 三、RFID編碼、調(diào)制與數(shù)據(jù)校驗60v脈沖調(diào)制 vFSK FSK脈沖調(diào)制波形 三、RFID編碼、調(diào)制與數(shù)據(jù)校驗61v脈沖調(diào)制 vFSK調(diào)制調(diào)制 FSK實現(xiàn)的原理框圖 三、RFID編碼、調(diào)制與數(shù)據(jù)校驗62v脈沖調(diào)制 vFSK解調(diào)解調(diào) FSK解調(diào)電路原理圖 三、RFID編碼、調(diào)制與數(shù)據(jù)校驗63v脈沖調(diào)制 vFSK解調(diào)解調(diào)工作原理如下：vv 觸發(fā)器

13、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，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端的該脈沖使十進(jìn)計數(shù)器4017復(fù)零并可重新計數(shù)。 三、RFID編碼、調(diào)制與數(shù)據(jù)校驗物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用4. 相移鍵控相移鍵控相移鍵控（相移鍵控（Phase Shift Keying，PSK）是利用載波的）是利用載波的相位變化傳遞數(shù)字信息相位變化傳遞數(shù)字信息，是對載波的相位進(jìn)行鍵控。二進(jìn)，是對載波的相位進(jìn)行鍵控。二進(jìn)制相移鍵控載波的初始相位有兩種變化狀態(tài)，通常載波的制相移鍵控載波的初始相位有兩種變化

14、狀態(tài)，通常載波的初始相位在初始相位在0和和兩種狀態(tài)變化，分別對應(yīng)二進(jìn)制信息的兩種狀態(tài)變化，分別對應(yīng)二進(jìn)制信息的“1”和和“0”。點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用圖圖4.12 相移鍵控的時間波形相移鍵控的時間波形點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映66v脈沖調(diào)制vPSK1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。 三、RFID編碼、調(diào)制與數(shù)據(jù)校驗67vPSK調(diào)制

15、電路 選擇相位法電路框圖 三、RFID編碼、調(diào)制與數(shù)據(jù)校驗683 編碼和調(diào)制 vPSK解調(diào)電路 v閱讀器能正確將PSK調(diào)制信號變換為NRZ碼的關(guān)鍵。69v 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125 kHz載波基準(zhǔn)形成的62.5 kHz基準(zhǔn)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

16、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。 三、RFID編碼、調(diào)制與數(shù)據(jù)校驗70PSK解調(diào)電路的相關(guān)波形 三、RFID編碼、調(diào)制與數(shù)據(jù)校驗物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用4.4.2 副載波調(diào)制副載波調(diào)制副載波調(diào)制是指副載波調(diào)制是指首先把信號調(diào)制在載波首先把信號調(diào)制在載波1上上，出于某，出于某種原因，決定對這個結(jié)果再進(jìn)行一次調(diào)制，于是用這個結(jié)種原因，決定對這個結(jié)果再進(jìn)行一次調(diào)制，于是用這個結(jié)果去調(diào)制另外一個頻率更高的載波果去調(diào)制另外一個頻率更高的載波2。點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（物聯(lián)網(wǎng)射頻識別（

17、RFIDRFID）技術(shù)與應(yīng)用）技術(shù)與應(yīng)用圖圖4.13 采用振幅鍵控采用振幅鍵控ASK的副載波調(diào)制的副載波調(diào)制點擊此處結(jié)束放映點擊此處結(jié)束放映74v副載波與副載波調(diào)制解調(diào) vTYPE 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 三、RFID編碼、調(diào)制與數(shù)據(jù)校驗75v副載波與副載波調(diào)制解調(diào) vTYPE B中的副載波調(diào)制 ：vv 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，副載波頻率fs=847 kHz，數(shù)據(jù)傳輸速率為106 kbps。 三、RFID編碼、調(diào)制與數(shù)據(jù)校驗76v副載波與副載波調(diào)制解調(diào) vTYPE B中的副載波調(diào)制 ：vv數(shù)位的副載波調(diào)制加負(fù)載調(diào)制 三、RFID編碼、調(diào)制與數(shù)據(jù)校驗77vTYPE A中的副載波解調(diào)v相干解調(diào)（同步解調(diào) ） v非相干解調(diào) v ASK調(diào)制時，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。三、RFID編碼、調(diào)制與數(shù)據(jù)校驗78v