编码、调制和解调资料.ppt

2020 4 21 3 编码 调制和解调 2020 4 21 3 1概述 1 编码的分类 信源编码和信道编码 1 信源编码 对信源信息进行加工处理 模拟数据要经过采样 量化和编码变换为数字数据 为降低所需要传输的数据量 在信源编码中往往还采用数据压缩技术 以提高信息传输的有效性 2 信道编码 将数字数据编码成适合于在数字信道上传输的数字信号 并具有所需的抵抗差错的能力 即通过相应的编码方法使接收端能具有检错或纠错能力 增强其抗干扰能力 2020 4 21 3 1概述 2 RFID系统的信息传输方向通信信息的传输包括读写器到标签 前向链路 以及标签到读写器 反向链路 两个通信方向 3 RFID中常用的编码方式 1 曼彻斯特 Manchester 码 2 密勒 Miller 码 3 脉冲间隔编码 PulseIntervalEncoding PIE 4 FM0码 2020 4 21 3 1概述 4 数字基带信号常用编码波形 2020 4 21 1 曼彻斯特码编码方法曼彻斯特码也被称为分相编码 Split PhaseCoding 某比特位的值是由该比特长度内半个比特周期时电平的变化 上升或下降 来表示的 在半个比特周期时的负跳变表示二进制 1 半个比特周期时的正跳变表示二进制 0 UHF频段ISO IEC18000 6B前向链路采用该编码方式 3 2曼彻斯特码 2020 4 21 3 2曼彻斯特码 2 曼彻斯特码波形比较 2020 4 21 NRZ 反向不归零编码 NonReturnZero 用高电平表示二进制 1 低电平表示二进制 0 此码型不宜在信道中传输 有直流 一般信道难于传输零频附近的频率分量 接收端判决门限与信号功率有关 不方便使用 不能直接用来提取位同步信号 因为NRZ中不含有位同步信号频率成分 要求传输线有一根接地 3 2曼彻斯特码 2020 4 21 3 曼彻斯特码在RFID中的应用特点曼彻斯特编码在比特长度内 没有变化 的状态是不允许的 所以 在采用负载波的负载调制或者反向散射调制时 曼彻斯特编码通常用于从电子标签到读写器的数据传输 以利于发现数据传输的错误 当多个标签同时发送的数据位有不同值时 则接收的上升边和下降边互相抵消 导致在整个比特长度内是不间断的负载波信号 由于该状态不允许 所以读写器利用该错误就可以判定碰撞发生的具体位置 3 2曼彻斯特码 2020 4 21 4 曼彻斯特编码器 编码器电路 3 2曼彻斯特码 2020 4 21 曼彻斯特码编码器时序波形图 3 2曼彻斯特码 2020 4 21 3 3密勒码 1 密勒码编码方法密勒 Miller 编码在半个比特周期内的任意边沿表示二进制 1 而经过下一个比特周期中不变的电平表示二进制 0 UHF频段ISO IEC18000 6B反向链路可采用该编码方式 密勒码编码规则 2020 4 21 密勒码波形及与NRZ码 曼彻斯特码的波形关系 3 3密勒码 2020 4 21 2 密勒编码器 用曼彻斯特码产生密勒码的电路 3 3密勒码 2020 4 21 3 修正的密勒码 ISO IEC14443标准规定的数据传输速率为106kbps 数据时钟频率为载波频率的128分频 从PCD ProximityCouplingDevice 近耦合读写器 向PICC ProximityIntegratedCircuitCard 近耦合集成电路卡 传输数据时 若使用TYPEA模式 则应采用修正的密勒码 而用TYPEB则可直接使用NRZ 不归零 码 在这两种编码中 修正的密勒码比较复杂 修正密勒编码相对于米勒编码来说 将其每个边沿都用负脉冲代替 由于负脉冲的时间很短 可以保证在数据传输的过程中从高频场中连续给电子标签提供能量 修正密勒编码在电感耦合的射频识别系统中用于从读写器到电子标签的数据传输 3 3密勒码 2020 4 21 3 3密勒码 2020 4 21 3 3密勒码 TYPEA中定义了如下三种时序 1 时序X 该时序将在64 fc处产生一个 pause 凹槽 2 时序Y 该时序在整个位期间 128 fc 不发生调制 3 时序Z 该时序在位期间的开始时 产生一个 pause 2020 4 21 3 3密勒码 其中 使能信号e用于激活编码器电路以使其开始工作 波形a为数据时钟 b为数据输入端波形 它的第一位为起始位 用于送出不归零码0 第二位至第七位为数据信息 其后是结束位 也应以不归零码输出 编码电路要将00110100变换成修正的密勒码编码 从图中可以发现 a和b异或 模2加 后形成的波形c有一个特点 即其上升沿正好对应于X Z时序所需的 pause 的起始位置 因此 可以用c波形控制计数器的开始 以对13 56MHz时钟计数 若按模8计数 则d波形中的 pause 脉宽应为8 13 56即0 59 s 因而可满足TYPEA中 pause 凹槽脉冲底宽的要求 这样 通过波形d中输出的相应时序ZZXXYXYZY即可完成修正密勒码的编码 当送完数据后 拉低使能电平 编码器停止工作 2020 4 21 4 修正密勒码解码器 修正密勒码解码器原理框图 3 3密勒码 2020 4 21 修正密勒码解码时序图 3 3密勒码 2020 4 21 读写器向电子标签传输的数据编码采用脉冲间隔编码 PulseIntervalEnconding PIE 在PIE编码中 通过定义脉冲下降沿之间的不同时间宽度来表示4种符号 0 1 SOF EOF Tari时间段称为基本时间段 它为符号0的相邻两个脉冲之间的时间宽度 基准值为20us 100ppm UHF频段ISO IEC18000 6C前向链路可采用该编码方式 3 4脉冲间隔编码 2020 4 21 FM0 即Bi phaseSpace 编码的全称为双相间隔码编码 编码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 一个位窗的持续时间25 s UHF频段ISO IEC18000 6B 6C反向链路可采用该编码方式 3 5FM0码 2020 4 21 3 5FM0码 2020 4 21 将编码数据变换为更高频率的脉冲串 该脉冲串的脉冲波形参数受编码数据0和1调制 主要的调制方式为频移键控FSK和相移键控PSK 3 6脉冲调制与解调 1 FSK FSK脉冲调制波形 2020 4 21 FSK实现的原理框图 3 6脉冲调制与解调 2020 4 21 FSK解调电路原理图 3 6脉冲调制与解调 2020 4 21 FSK解调工作原理如下 触发器D1将输入FSK信号变为窄脉冲 触发器D1采用74HC74 当端为高时 FSK上跳沿将Q端置高 但由于此时为低 故CL端为低 又使Q端回到低电平 Q端的该脉冲使十进计数器4017复零并可重新计数 3 6脉冲调制与解调 2020 4 21 2 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 3 6脉冲调制与解调 2020 4 21 PSK调制电路 选择相位法电路框图 3 6脉冲调制与解调 2020 4 21 PSK解调电路 3 6脉冲调制与解调 2020 4 21 设PSK信号的数据速率为fc 2 fc为射频载波频率值125kHz 则加至解调器的PSK信号是125kHz 2 62 5kHz的方波信号 该PSK信号进入解调器后分为两路 一路加至触发器D3的时钟输入端 CLK 触发器D3是位值判决电路 另一路用于形成相位差为90 的基准信号 触发器D3的D输入端加入的是由125kHz载波基准形成的62 5kHz基准方波信号 这样 若触发器的D3的时钟与D输入端两信号相位差为90 或相位差不偏至0 或180 附近 则触发器D3的Q端输出信号即为NRZ码 可供微控制器MCU读入 3 6脉冲调制与解调 2020 4 21 PSK解调电路的相关波形 3 6脉冲调制与解调 2020 4 21 1 TYPEA中的副载波调制 标准帧的结构 3 7副载波与副载波调制解调 副载波调制波形 2020 4 21 2 TYPEB中的副载波调制位编码采用不归零NRZ编码 副载波调制采用BPSK方式 逻辑状态的转换用副载波相移180 来表示 0表示逻辑1 0 180 表示逻辑0 副载波频率fs 847kHz 数据传输速率为106kbps 3 7副载波与副载波调制解调 副载波调制波形 2020 4 21 3 TYPEA中的副载波解调 1 相干解调 同步解调 2 非相干解调ASK调制时 其包络线与基带信号成正比 因此采用包络检波就可以复现基带信号 这种方法无须同频同相的副载波基准信号 3 7副载波与副载波调制解调 2020 4 21 1 正弦振荡的载波信号调幅 调制信号 产生的调幅波 设上式v t 的相位角 0 积化和差 3 8正弦波调制解调 2020 4 21 2 振幅调制模型3 调幅波的频域 3 8正弦波调制解调 2020 4 21 4 脉冲调幅波 3 8正弦波调制解调 2020 4 21 5 数字调制ASK方式的实现国际标准ISO14443的负