无线射频识别(RFID)技术---第5章_编码与调制

1、 willtg. All rights reserved. 第第5章章 编码与调制编码与调制 willtg. All rights reserved. 5.1 5.1 信号与编码信号与编码 5.2 5.2 RFIDRFID常见的编码方式常见的编码方式 5.3 5.3 脉冲调制脉冲调制 5.4 5.4 正弦波调制正弦波调制 主要内容主要内容 willtg. All rights reserved. 本章学习目标本章学习目标 ： 了解通信系统里的信号与编码相关基础了解通信系统里的信号与编码相关基础 掌握掌握串曼彻斯特码、密勒码、修正密勒码的编串曼彻斯特码、密勒码、修正密勒码的编 码方法，了解对应的

2、解码方法码方法，了解对应的解码方法 掌握掌握数据传输过程中采用的调制与解调技术数据传输过程中采用的调制与解调技术 willtg. All rights reserved. 人类在生活、生产和社会活动中总是伴随着消息（或人类在生活、生产和社会活动中总是伴随着消息（或信息）信息） 的传递的传递，这种传递消息（或信息）的过程就叫做，这种传递消息（或信息）的过程就叫做通信通信。 通信系统通信系统是指完成通信这一过程的全部设备和是指完成通信这一过程的全部设备和传输媒介。传输媒介。 一般可概括为如下图所示的模型：一般可概括为如下图所示的模型： 通信系统通信系统模型模型 5.1 信号和编码 willtg.

3、All rights reserved. 信息源信息源（简称信源）：把各种消息转换成原始电信号，（简称信源）：把各种消息转换成原始电信号，如麦如麦 克克风。信源可分为模拟信源和数字信源。风。信源可分为模拟信源和数字信源。 发送设备发送设备：产生适合于在信道中传输的信号。：产生适合于在信道中传输的信号。 信道信道：将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质：将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。分。分 为为有线信道和无线信道两大类。有线信道和无线信道两大类。 噪声源噪声源：集中表示分布于通信系统中各处的噪声。：集中表示分布于通信系统中各处的噪声。 接收设备接收设备：从受到减损的接收信号中正

4、确恢复出原始电信号。：从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。 受信者受信者（信宿）：把原始电信号还原成相应的消息，（信宿）：把原始电信号还原成相应的消息，如扬声如扬声 器等。器等。 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 模拟信号模拟信号：代表消息的信号参量取值连续，例如麦克风输出电压：代表消息的信号参量取值连续，例如麦克风输出电压： 数字信号数字信号：代表消息的信号参量取值为有限个，例如电报：代表消息的信号参量取值为有限个，例如电报信号、信号、 计算机计算机输入输出信号：输入输出信号： (a) 话音信号话音信号 (b) 抽样信号抽样信号 模拟信号模

5、拟信号 (a) 二进制信号二进制信号 (b) 2PSK信号信号 数字信号数字信号 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 通常，按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，通常，按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应地相应地 把把通信系统分为通信系统分为模拟通信系统模拟通信系统和和数字通信系统数字通信系统。 模拟通信系统模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统。是利用模拟信号来传递信息的通信系统。 可见，在模拟通信系统中，发送设备简化为调制器，接收可见，在模拟通信系统中，发送设备简化为调制器，接收 设备简化为解调器，主要是强调在模拟通信系统中调制的

6、设备简化为解调器，主要是强调在模拟通信系统中调制的 重要作用。重要作用。 模拟通信系统模型模拟通信系统模型 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 数字通信系统数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。是利用数字信号来传递信息的通信系统。 信源编码与译码目的：提高信息传输的有效性以及完成模信源编码与译码目的：提高信息传输的有效性以及完成模/ /数数 转换转换 ； 信道编码与译码目的：增强抗干扰能力；信道编码与译码目的：增强抗干扰能力； 加密与解密目的：保证所传信息的安全；加密与解密目的：保证所传信息的安全； 数字调制与解调目的：形成适合在信道中传输的

7、带通信号数字调制与解调目的：形成适合在信道中传输的带通信号 ； 同步目的：使收发两端的信号在时间上保持步调一致同步目的：使收发两端的信号在时间上保持步调一致 。 数字通信系统数字通信系统模型模型 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. RFIDRFID系统常采用数字信号。其主要特点系统常采用数字信号。其主要特点 信号的完整性信号的完整性 RFIDRFID采用非接触技术传递信息，容易遇到干扰，使信息传输采用非接触技术传递信息，容易遇到干扰，使信息传输 发生改变。数字信号容易校验，并容易防碰撞，可以使信号发生改变。数字信号容易校验，并容易防碰撞，可以使信号 保

8、持完整性。保持完整性。 信号的安全性信号的安全性 RFIDRFID系统采用无线方式传递信息，开放的无线系统存在安全系统采用无线方式传递信息，开放的无线系统存在安全 隐患。数字信号的加密和解密处理比模拟信号容易的多。隐患。数字信号的加密和解密处理比模拟信号容易的多。 便于存储、处理和交换便于存储、处理和交换 数字信号的形式与计算机所用的信号一致，都是二进制代码。数字信号的形式与计算机所用的信号一致，都是二进制代码。 便于与计算机互联网，也便于计算机对数字信息进行存储、便于与计算机互联网，也便于计算机对数字信息进行存储、 处理和交换，可使物联网的管理和维护实现自动化、智能化。处理和交换，可使物联网

9、的管理和维护实现自动化、智能化。 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. RFIDRFID系统的基本通信模型系统的基本通信模型 按读写器到电子标签的数据传输方向，按读写器到电子标签的数据传输方向，RFIDRFID系统的通信模型主要由读写系统的通信模型主要由读写 器（发送器）中的信号编码（信号处理）和调制器（载波电路），传输器（发送器）中的信号编码（信号处理）和调制器（载波电路），传输 介质（信道），以及电子标签（接收器）中的解调器（载波回路）和信介质（信道），以及电子标签（接收器）中的解调器（载波回路）和信 号译码（信号处理）组成。号译码（信号处理）组成。

10、 RFIDRFID系统最终要完成的功能是对数据的获取，这种在系统内的数据交换系统最终要完成的功能是对数据的获取，这种在系统内的数据交换 有两个方面的内容：有两个方面的内容：RFIDRFID读写器向读写器向RFIDRFID电子标签方向的数据传输电子标签方向的数据传输和和RFIDRFID 电子标签向电子标签向RFIDRFID读写器方向的数据读写器方向的数据传输传输。 RFIDRFID系统的基本通信模型系统的基本通信模型 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 信号编码系统信号编码系统是对要传输的信息进行编码，以便传输是对要传输的信息进行编码，以便传输信号能信号

11、能 够够尽可能最佳的与信道相匹配，防止信息干扰或发生碰撞。尽可能最佳的与信道相匹配，防止信息干扰或发生碰撞。 调制器调制器用于改变高频载波信号，即使得载波信号的振幅用于改变高频载波信号，即使得载波信号的振幅、频、频 率率或相位与调制的基带信号相关。或相位与调制的基带信号相关。 射频识别系统射频识别系统信道信道的传输介质为磁场（电感耦合）的传输介质为磁场（电感耦合）和电磁波和电磁波 （微波）。微波）。 解调器解调器用于解调获取信号，以便再生基带信号。用于解调获取信号，以便再生基带信号。 信号译码系统信号译码系统是对从解调器传来的基带信号进行译码是对从解调器传来的基带信号进行译码，恢复，恢复 成成

12、原来的信息，并识别和纠正传输错误。原来的信息，并识别和纠正传输错误。 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 5.1 信号和编码 5.1.1 5.1.1 数据和信号数据和信号 数据：数据：数据是指预先约定的具有某种含义的数字、数据是指预先约定的具有某种含义的数字、 符号和字母的组合。符号和字母的组合。 信号：信号：数据在传输过程中的电磁波的表示。数据在传输过程中的电磁波的表示。 信息信息数据数据信号信号 willtg. All rights reserved. 5.1.1 5.1.1 数据和信号数据和信号 ( (signalssignals) ) 数据的电

13、气或电磁表示方式数据的电气或电磁表示方式 有模拟信号或数字信号两种形式。有模拟信号或数字信号两种形式。 ( (analog signalsanalog signals) ) 信号波形随时间连续变化；信号波形随时间连续变化； 通常用连续变化的电压值表示。通常用连续变化的电压值表示。 ( (digitadigital l signalssignals) ) 瞬时跳变直方形；瞬时跳变直方形； 只有有限个特定的电压值。只有有限个特定的电压值。 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 5.1.1 5.1.1 数据和信号数据和信号 模拟信号和数字信号之间是可以互相转换

14、的模拟信号和数字信号之间是可以互相转换的 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 5.1.1 5.1.1 数据和信号数据和信号 最基本的周期模拟信号，可用三个参数表示最基本的周期模拟信号，可用三个参数表示 峰值振幅峰值振幅 (A)(A) 信号强度之峰值信号强度之峰值 单位：伏特单位：伏特 频率频率(f)(f) 信号变化的速率信号变化的速率 单位：赫兹单位：赫兹 (Hz)(Hz) 周期周期 T = 1/fT = 1/f 相位相位( ( ) ) 相对于时间相对于时间0 0的波形位置的波形位置 正弦波可用下式表示正弦波可用下式表示 s(s(t t) = ) =

15、A A sin(2 sin(2f t f t + + ) ) 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 5.1.1 5.1.1 数据和信号数据和信号 【信号的频谱和带宽】【信号的频谱和带宽】 (time domain)(time domain) 显示信号振幅随时间变化的情况显示信号振幅随时间变化的情况 信号随时间变化的情况（时间的函数）信号随时间变化的情况（时间的函数） 通常由电子线路设计师使用通常由电子线路设计师使用 (frequency domain)(frequency domain) 显示信号振幅随频率变化的情况显示信号振幅随频率变化的情况 信号中频

16、率分量的组成情况（频率的函数）信号中频率分量的组成情况（频率的函数） 通常由通信系统设计师使用通常由通信系统设计师使用 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 【信号的频谱和带宽】【信号的频谱和带宽】 5.1.1 5.1.1 数据和信号数据和信号 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 【信号的频谱和带宽信号的频谱和带宽】 5.1.1 5.1.1 数据和信号数据和信号 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 5.1.2 5.1.2 信道信道 传输介质是用来传递信号的某种介质。常见的

17、传传输介质是用来传递信号的某种介质。常见的传 输介质包括双绞线、同轴电缆、光纤、无线传输等。输介质包括双绞线、同轴电缆、光纤、无线传输等。 传输介质传输介质 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 无线传输无线传输 5.1.2 5.1.2 信道信道 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 传输损耗与失真传输损耗与失真 5.1.2 5.1.2 信道信道 所谓所谓“传输损耗与失真传输损耗与失真”，指的是接收方收到的信，指的是接收方收到的信 号与发送方发送的信号不相同。号与发送方发送的信号不相同。 对模拟信号，主要表现为信号

18、品质下降。对模拟信号，主要表现为信号品质下降。 对数字信号，主要表现为产生位错（比特反置，即对数字信号，主要表现为产生位错（比特反置，即 0 0 1 1 或或 1 1 0 0）。）。 造成造成“减损减损”的原因的原因 衰减（衰减（attenuation)attenuation) 时延失真（时延失真（delay distortiondelay distortion） 噪声（噪声（noisenoise） 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 5.1.2 5.1.2 信道信道 变弱变弱( (衰减）衰减）变形变形( (失真失真) )掺杂掺杂( (噪声噪声) )

19、传输损耗传输损耗 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 传输损耗与失真传输损耗与失真衰减衰减 5.1.2 5.1.2 信道信道 信号强度（能量）随传输距离增长而不断减弱；信号强度（能量）随传输距离增长而不断减弱； 衰减程度与传输介质有关；衰减程度与传输介质有关； 传输工程师要考虑的三个问题传输工程师要考虑的三个问题: : 接收到的信号要强接收到的信号要强 以便接收电路检测。以便接收电路检测。 信噪比要高信噪比要高 信号电平必须大大高于噪声电平。信号电平必须大大高于噪声电平。 特别注意高频衰减特别注意高频衰减 通常频率越高，衰减越严重特别是模拟传输（对数通

20、常频率越高，衰减越严重特别是模拟传输（对数 字传输影响不大）。字传输影响不大）。 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 传输损耗与失真传输损耗与失真衰减衰减 5.1.2 5.1.2 信道信道 数字信号的衰减可通过在传输电路上安装中继器数字信号的衰减可通过在传输电路上安装中继器 (repeater)(repeater)来解决。来解决。 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 传输损耗与失真传输损耗与失真时延失真（变形）时延失真（变形） 5.1.2 5.1.2 信道信道 复合信号中的不同频率成分传播速度不同复合信号中的不

21、同频率成分传播速度不同( (中心频率处最中心频率处最快快, , 两两侧最慢侧最慢) )，导致到达最终接收端时有各自的延迟。，导致到达最终接收端时有各自的延迟。 对数字数据影响大对数字数据影响大( (产生产生“码间串扰码间串扰”，即某个比特的，即某个比特的一些一些 频频率成分溢到其他比特上率成分溢到其他比特上) )，最大比特率因此受限。，最大比特率因此受限。 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 传输损耗与失真传输损耗与失真噪声噪声 5.1.2 5.1.2 信道信道 传输过程中，在发送设备和接收设备之间插入进来的多余传输过程中，在发送设备和接收设备之间插入

22、进来的多余 因而有害的信号。因而有害的信号。 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 信道的最大容量信道的最大容量 5.1.2 5.1.2 信道信道 u 对在给定条件、给定通信信道上的数据传输速率称为信道容对在给定条件、给定通信信道上的数据传输速率称为信道容 量。数据传输速率是指每秒钟传输数据的位数，用比特率（量。数据传输速率是指每秒钟传输数据的位数，用比特率（b/s)b/s) 来衡量来衡量 2 log (1) S C W N 其中：其中：C C：信道容量（比特：信道容量（比特/ /秒）；秒）； N N：噪声功率：噪声功率 W W：带宽；：带宽； S S：

23、信号功率：信号功率 香农定理：香农定理： 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 5.1.3 5.1.3 编码编码 数据编码数据编码( (信源编码和信道编码信源编码和信道编码 ) ) 信源编码是对信源信息进行加工处理，模拟数据要经过采样、信源编码是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 信源编码中还采用了数据压缩技术。信源编码中还采用了数据压缩技术。 信道编码是将数字数据编码成适合于在数字信道上传输的数字信道编码是将数字数据编码成适合于在数字

24、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 使接收端能具有使接收端能具有检错或纠错能力检错或纠错能力。 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 5.1.3 5.1.3 编码编码 【基带信号和宽带信号】【基带信号和宽带信号】 基带信号基带信号就是将数字信号就是将数字信号 1 1 或或 0 0 直接用两种直接用两种不同不同 的的电压来表示，然后送到线路上去传输。电压来表示，然后送到线路上去传输。 宽带信号宽带信号则是将基带信号进行则是将基带信号进行调制调制后形成的频后形成的频分

25、复分复 用用模拟信号。模拟信号。 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 5.1.3 5.1.3 编码编码 【数字基带信号的波形】【数字基带信号的波形】 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 5.1.3 5.1.3 编码编码 1.1.单极性不归零波形单极性不归零波形 NRZ NRZ 最简单最常用的基带信号形式。最简单最常用的基带信号形式。 零电平和正电平分别对应着二进制代码零电平和正电平分别对应着二进制代码0 0和和1 1。 应用应用：导线连接的各点之间近距离传输。：导线连接的各点之间近距离传输。 特点特点：极性单一

26、，有直流分量。另外位同步信息包含在电平：极性单一，有直流分量。另外位同步信息包含在电平 的转换之中，当出现连的转换之中，当出现连0 0序列时没有位同步信息。序列时没有位同步信息。 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 5.1.3 5.1.3 编码编码 2 2双极性不归零波形双极性不归零波形 NRZ NRZ 脉冲的正负电平分别对应于二进制代码脉冲的正负电平分别对应于二进制代码1 1、0 0。 特点特点： 无直流分量。幅度相等极性相反的双极性波形，故当无直流分量。幅度相等极性相反的双极性波形，故当0 0、1 1 符号等概率出现时，无直流分量。符号等概率出现时

27、，无直流分量。 节省能源。平均功率为节省能源。平均功率为E E2 2/4/4。 抗干扰能力较强。恢复信号的判决电平为零值。抗干扰能力较强。恢复信号的判决电平为零值。 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 5.1.3 5.1.3 编码编码 3 3单极性归零波形单极性归零波形 RZ RZ 与单极性不归零波形的区别是有电脉冲宽度小于码元宽与单极性不归零波形的区别是有电脉冲宽度小于码元宽 度，每个有电脉冲在小于码元长度内总要回到零电平。度，每个有电脉冲在小于码元长度内总要回到零电平。 通常使电脉冲宽度为码元宽度的一半。通常使电脉冲宽度为码元宽度的一半。 5.1

28、信号和编码 willtg. All rights reserved. 4 4、曼彻斯特编码（、曼彻斯特编码（ManchesterManchester） 曼彻斯特编码也被称为分相编码（曼彻斯特编码也被称为分相编码（Split-Phase CodingSplit-Phase Coding）。）。 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（上升或下降）来表示的，在半个比特周期时的负跳变表示 二进制二进制“1”1”，半个比特周期时的正跳变表示二进制，半个比特周期时的正跳变表示二进制“0

29、”0”， 如下图所示：如下图所示： 5.1.3 5.1.3 编码编码 5.1 信号和编码 willtg. All rights reserved. 在在RFIDRFID中，为使阅读器在读取数据时能很好地解中，为使阅读器在读取数据时能很好地解 决同步的问题，往往不直接使用数据的决同步的问题，往往不直接使用数据的NRZNRZ码对射频码对射频 进行调制，而是将数据的进行调制，而是将数据的NRZNRZ码进行编码变换后再对码进行编码变换后再对 射频进行调制。所采用的变换编码主要由射频进行调制。所采用的变换编码主要由曼彻斯特码、曼彻斯特码、 密勒码、修正密勒码密勒码、修正密勒码等。等。 5.2 RFID常

30、见的编码方式 willtg. All rights reserved. 5.2.1 5.2.1 曼彻斯特码曼彻斯特码【编码方式】【编码方式】 u在曼彻斯特码中，在曼彻斯特码中，1 1码是前半（码是前半（50%50%）位为高，后半）位为高，后半 位为低；位为低；0 0码是前半位为低，后半位为高。码是前半位为低，后半位为高。 uNRZNRZ码和数据时钟进行异或便可得到曼彻斯特码。码和数据时钟进行异或便可得到曼彻斯特码。 5.2 RFID常见的编码方式 willtg. All rights reserved. 5.2.1 5.2.1 曼彻斯特码曼彻斯特码【编码器】【编码器】 编码器电路 5.2 RF

31、ID常见的编码方式 willtg. All rights reserved. 74HC74功能表功能表 5.2 RFID常见的编码方式 willtg. All rights reserved. 5.2.1 5.2.1 曼彻斯特码曼彻斯特码【编码器】【编码器】 曼彻斯特码编码器时序波形图曼彻斯特码编码器时序波形图 5.2 RFID常见的编码方式 willtg. All rights reserved. 5.2.1 5.2.1 曼彻斯特码曼彻斯特码【软件实现方法】【软件实现方法】 编码：采用曼彻斯特码传输数据信息时，信息块编码：采用曼彻斯特码传输数据信息时，信息块 格式如下：格式如下： 曼彻斯特码

32、与曼彻斯特码与2 2倍数据时钟频率的倍数据时钟频率的NRZNRZ码对应关系：码对应关系： 曼彻斯特码曼彻斯特码10结束位 NRZNRZ码码10 0100 5.2 RFID常见的编码方式 willtg. All rights reserved. 5.2.1 5.2.1 曼彻斯特码曼彻斯特码【软件实现方法】【软件实现方法】 解码：在解码时，解码：在解码时，MCUMCU可以采用可以采用2 2倍数据时钟频率对输倍数据时钟频率对输 入数据的曼彻斯特码进行读入。入数据的曼彻斯特码进行读入。 首先判断首先判断起始位起始位，其码序为，其码序为1010；然后将读入的；然后将读入的10,0110,01组组 合转换

33、为合转换为NRZNRZ的的1,01,0码；若读到码；若读到0000组合，则表示接收到组合，则表示接收到 结束位结束位。 例例5.15.1： 曼彻斯特码的读入串为曼彻斯特码的读入串为10100101100100 10100101100100 ，求，求 NRZNRZ码值。码值。 5.2 RFID常见的编码方式 willtg. All rights reserved. 差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码波形图：差分曼彻斯特编码波形图：“1”代表没有跳变（也就是说上代表没有跳变（也就是说上 一个波形图在高现在继续在高开始，上一波形图在低继续在一个波形图在高现在继续在高开始，上一波形图在

34、低继续在 低开始）；低开始）； “0”代表有跳变（也就是说上一个波形图在高位代表有跳变（也就是说上一个波形图在高位 现在必须改在低开始，上一波形图在高位必须改在从低开始）现在必须改在低开始，上一波形图在高位必须改在从低开始） 5.2 RFID常见的编码方式 willtg. All rights reserved. 思考题：思考题： 数据码为：数据码为：100110101011001110 请画出请画出单极性不归零码、双极性不归零码、单极性不归零码、双极性不归零码、 单极性归零码、曼彻斯特码、差分曼彻斯特单极性归零码、曼彻斯特码、差分曼彻斯特 码码五种编码的波形图。五种编码的波形图。 willt

35、g. All rights reserved. 5.2.2 5.2.2 密勒码密勒码【编码方式】【编码方式】 u编码规则：密勒码的逻辑编码规则：密勒码的逻辑0 0的电平和前位有关，逻辑的电平和前位有关，逻辑1 1 虽然在中间有跳变，但是上跳还是下跳取决于前位结虽然在中间有跳变，但是上跳还是下跳取决于前位结 束时的电平。束时的电平。 5.2 RFID常见的编码方式 willtg. All rights reserved. 5.2.2 5.2.2 密勒码密勒码【编码器】【编码器】 u密勒码的传输格式如下图，起始位为密勒码的传输格式如下图，起始位为1 1，结束位为，结束位为0 0，数据流包，数据流包

36、 括传送数据和它的检验码。括传送数据和它的检验码。 u倒相的曼彻斯特码的上跳变沿正好是密勒码波形中的跳变沿。倒相的曼彻斯特码的上跳变沿正好是密勒码波形中的跳变沿。 5.2 RFID常见的编码方式 willtg. All rights reserved. 5.2.2 5.2.2 密勒码密勒码【编码器】【编码器】 用曼彻斯特码产生密勒码的电路 5.2 RFID常见的编码方式 willtg. All rights reserved. 5.2.1 5.2.1 密勒码密勒码【软件实现方法】【软件实现方法】 编码：从密勒码的编码规则可以看出，编码：从密勒码的编码规则可以看出，NRZNRZ码可以转码可以转

37、换为用两位换为用两位NRZNRZ码表示的密勒码值，其转换关系如下码表示的密勒码值，其转换关系如下 起始位起始位数据流位数据流位结束位结束位 密勒码密勒码二位表示法的二进制数二位表示法的二进制数 1 11010或或0101 0 01111或或0000 5.2 RFID常见的编码方式 willtg. All rights reserved. 5.2.2 5.2.2 密勒码密勒码【软件实现方法】【软件实现方法】 解码：首先判断解码：首先判断起始位起始位，在读出电平由高到低的跳变，在读出电平由高到低的跳变 沿时，便获取了起始位。然后对以沿时，便获取了起始位。然后对以2 2倍数据时钟频率读倍数据时钟频率

38、读 入的位值进行每两位进行一次转换：入的位值进行每两位进行一次转换：0101和和1010都转换为都转换为 1,001,00和和1111都转换为都转换为0 0。 例例5.25.2： 设读入的密勒码为设读入的密勒码为1000 0110 0011 1000 1000 0110 0011 1000 ，求，求 NRZNRZ码值。码值。 5.2 RFID常见的编码方式 willtg. All rights reserved. 5.2.3 5.2.3 修正密勒码修正密勒码【编码规则】【编码规则】 TYPE ATYPE A中定义了如下三种时序：中定义了如下三种时序： （1 1）时序）时序X X：该时序将在：该

39、时序将在6464fcfc处产生一个处产生一个“pause”pause”（凹槽）；（凹槽）； （2 2）时序）时序Y Y：该时序在整个位期间（：该时序在整个位期间（128128fcfc）不发生调制；）不发生调制； （3 3）时序）时序Z Z：这种时序在位期间的开始时，产生一个：这种时序在位期间的开始时，产生一个“pause”pause”。 逻辑逻辑“1”1”选择时序选择时序X X；逻辑；逻辑“0”0”选择时序选择时序Y Y。但有两种情况。但有两种情况 除外，第一种是在相邻有两个或更多的除外，第一种是在相邻有两个或更多的“0”0”时，此时应从第二个时，此时应从第二个 “0”0”开始采用时序开始采用

40、时序Z Z；第二种是在直接与起始位相连的所有位为；第二种是在直接与起始位相连的所有位为 “0”0”时，此时应当用时序时，此时应当用时序Z Z表示。表示。 另外，通信开始时，用时序另外，通信开始时，用时序Z Z表示。通信结束则用逻辑表示。通信结束则用逻辑“0”0” 加时序加时序Y Y表示。无信息时，通常应用至少两个时序表示。无信息时，通常应用至少两个时序Y Y来表示。来表示。 5.2 RFID常见的编码方式 willtg. All rights reserved. 5.2.3 5.2.3 修正密勒码修正密勒码【编码器】【编码器】 假设输入数据假设输入数据 为为01 101001 1010 波形波

41、形C实际上是曼彻斯特的反相波形，用它实际上是曼彻斯特的反相波形，用它 的上升沿输出变便产生了密勒码，而用其的上升沿输出变便产生了密勒码，而用其 上升沿产生一个凹槽就是修正密勒码上升沿产生一个凹槽就是修正密勒码 起始用时序起始用时序Z 直接与起始位相直接与起始位相 连的连的0用时序用时序Z 相邻多个或更多相邻多个或更多 0，则从第二格，则从第二格0 开始用时序开始用时序Z 通信结束用逻通信结束用逻 辑辑0加时序加时序Y 5.2 RFID常见的编码方式 willtg. All rights reserved. 5.3 脉冲调制 为什么要进行调制？为什么要进行调制？ 调制的目的是把传输的模拟信号或数

42、字信号，变换成适合调制的目的是把传输的模拟信号或数字信号，变换成适合 信道传输的信号，这就意味着要把信源的基带信号，转变为一信道传输的信号，这就意味着要把信源的基带信号，转变为一 个相对基带信号频率而言非常高的带通信号。个相对基带信号频率而言非常高的带通信号。 工作频率越高带宽越高。工作频率越高带宽越高。 当工作频率为当工作频率为1GHz1GHz，若传输的相对带宽为，若传输的相对带宽为10%10%，可以传输，可以传输 100MHz100MHz带宽的信号，而当工作频率为带宽的信号，而当工作频率为1MHz1MHz，若传输的相对带宽，若传输的相对带宽 为为10%10%，只可以传输，只可以传输0.1M

43、Hz0.1MHz带宽的信号。带宽的信号。 当信号带宽加大时，还可以提高无线通信系统的抗干扰能当信号带宽加大时，还可以提高无线通信系统的抗干扰能 力、抗衰落能力。力、抗衰落能力。 工作频率越高，天线尺寸越小。工作频率越高，天线尺寸越小。 willtg. All rights reserved. 将数据的将数据的NRZNRZ码变换为更高频率的脉冲串，该脉冲串码变换为更高频率的脉冲串，该脉冲串 的脉冲波形参数受的脉冲波形参数受NRZNRZ码的值码的值0 0和和1 1调制。调制。 主要的调制方式为频移键控主要的调制方式为频移键控FSKFSK和相移键控和相移键控PSKPSK。 5.3 脉冲调制 will

44、tg. All rights reserved. 对于一个信号，可用三个参数表示对于一个信号，可用三个参数表示 峰值振幅峰值振幅 (A)(A) 信号强度之峰值信号强度之峰值 单位：伏特单位：伏特 频率频率(f)(f) 信号变化的速率信号变化的速率 单位：赫兹单位：赫兹 (Hz)(Hz) 周期周期 T = 1/fT = 1/f 相位相位( ( ) ) 相对于时间相对于时间0 0的波形位置的波形位置 正弦波可用下式表示正弦波可用下式表示 s(s(t t) = ) = A A sin(2 sin(2f t f t + + ) ) 5.3 脉冲调制 willtg. All rights reserve

45、d. 5.3.1 FSK5.3.1 FSK方式方式【FSKFSK波形】波形】 FSKFSK是指对已调脉冲波形的是指对已调脉冲波形的频率频率进行控制，进行控制，FSKFSK调制方式用于频率调制方式用于频率 低于低于135Khz135Khz的情况。的情况。 如下为例，数据传输速率为如下为例，数据传输速率为fc/40,fcfc/40,fc为射频载波频率。为射频载波频率。FSKFSK调制调制 时对应数据时对应数据1 1的脉冲频率的脉冲频率f f1 1=fc/5=fc/5，对应数据，对应数据0 0的脉冲频率为的脉冲频率为 f f0 0=fc/8=fc/8。 5.3 脉冲调制 willtg. All ri

46、ghts reserved. 5.3.1 FSK5.3.1 FSK方式方式【FSKFSK调制】调制】 FSK实现的原理框图实现的原理框图 5.3 脉冲调制 willtg. All rights reserved. 5.3.1 FSK5.3.1 FSK方式方式【FSKFSK解调】解调】 FSKFSK解调电路原理图解调电路原理图 5.3 脉冲调制 willtg. All rights reserved. 5.3.2 PSK5.3.2 PSK方式方式【PSKPSK波形】波形】 5.3 脉冲调制 PSK1PSK1（绝对调相）调制时，若在数据位的起始处出现上升（绝对调相）调制时，若在数据位的起始处出现上

47、升 沿或下降沿（即出现沿或下降沿（即出现1,01,0或或0,10,1交替），则相位将于位起始交替），则相位将于位起始 处跳变处跳变180180。 PSK2PSK2（相对调相）调制时，相位在数据位为（相对调相）调制时，相位在数据位为1 1时从位起始处时从位起始处 跳变跳变180180，在数据位为，在数据位为0 0时则相位不变。时则相位不变。 willtg. All rights reserved. 5.3.2 PSK5.3.2 PSK方式方式【PSKPSK调制】调制】 选择相位法电路框图选择相位法电路框图 5.3 脉冲调制 willtg. All rights reserved. 5.3.2 P

48、SK5.3.2 PSK方式方式【PSKPSK调制】调制】 5.3 脉冲调制 用基带数字信号用基带数字信号S(t)（叫做绝对码）去控制电子开关，电子（叫做绝对码）去控制电子开关，电子 开关按照开关按照S(t)的不同取值进行相应的动作，进而完成载波相的不同取值进行相应的动作，进而完成载波相 位的切换，因此输出信号中载波的相位按基带数字信号的位的切换，因此输出信号中载波的相位按基带数字信号的 规律而变化，即实现了调相的功能。规律而变化，即实现了调相的功能。 willtg. All rights reserved. 5.3.2 PSK5.3.2 PSK方式方式【PSKPSK调制】调制】 5.3 脉冲调

49、制 由由“码变换码变换”方框将绝对码波形方框将绝对码波形S(t)变为相对码波形，变为相对码波形， 再利用相对码去进行绝对调相，最终达到相对调相的再利用相对码去进行绝对调相，最终达到相对调相的 目的。目的。 willtg. All rights reserved. 5.3.2 PSK5.3.2 PSK方式方式【PSKPSK解调】解调】 5.3 脉冲调制 willtg. All rights reserved. 5.3.3 5.3.3 副载波调制副载波调制【副载波】【副载波】 在在RFIDRFID系统中，副载波的调制方法主要应用在频率系统中，副载波的调制方法主要应用在频率 为为13.56MHz13

50、.56MHz的的RFIDRFID系统中，而且仅是在从系统中，而且仅是在从电子标签向电子标签向 阅读器的数据传输阅读器的数据传输中采用。中采用。 对对13.56MHz13.56MHz的的RFIDRFID系统，大多数使用的副载波频率系统，大多数使用的副载波频率 为为847kHz847kHz（13.56MHz/1613.56MHz/16）、）、424 kHz424 kHz（13.56MHz/3213.56MHz/32） 212 kHz212 kHz（13.56MHz/6413.56MHz/64）。）。 5.3 脉冲调制 willtg. All rights reserved. 应答器将基带编码调制到

51、低频率的副载波频率上，最后再应答器将基带编码调制到低频率的副载波频率上，最后再 采用采用ASKASK、FSKFSK或或PSKPSK对副载波进行二次调制。对副载波进行二次调制。 优点优点: :采用副载波信号进行负载调制时，调制管每次导采用副载波信号进行负载调制时，调制管每次导 通时间较短，对阅读器的电源影响小，另由于调制管的总通时间较短，对阅读器的电源影响小，另由于调制管的总 导通时间减小，降低了总功耗。有用信息的频谱分布在导通时间减小，降低了总功耗。有用信息的频谱分布在 副载波附件而不是载波附件，便于阅读器对传送数据信息副载波附件而不是载波附件，便于阅读器对传送数据信息 的提取，但射频耦合回路

52、应用较宽的频带。的提取，但射频耦合回路应用较宽的频带。 5.3 脉冲调制 willtg. All rights reserved. 5.3.3 5.3.3 副载波调制副载波调制【副载波】【副载波】 在在13.56MHz13.56MHz的的RFIDRFID系统中，应答器将需要传送的信系统中，应答器将需要传送的信 息首先组成相应的帧，然后将帧的基带编码调制到副息首先组成相应的帧，然后将帧的基带编码调制到副 载波频率上，最后再进行载波调制，实现向阅读器的载波频率上，最后再进行载波调制，实现向阅读器的 数据传输。数据传输。 标准帧的结构标准帧的结构 5.3 脉冲调制 willtg. All right

53、s reserved. 5.3.3 5.3.3 副载波调制副载波调制【副载波调制】【副载波调制】 1.TYPEA 1.TYPEA 中的副载波调制中的副载波调制 TYPE ATYPE A规定：应答器向阅读器通信采用的编码是曼彻斯特码，数据规定：应答器向阅读器通信采用的编码是曼彻斯特码，数据 传输速率为传输速率为106kbps106kbps，副载波频率，副载波频率fs=847KHz,fs=847KHz,在数据传输时，位的在数据传输时，位的 表示和编码方法如下：表示和编码方法如下： u时序时序D D：载波被副载波在位宽度的前半部（：载波被副载波在位宽度的前半部（50%50%）调制）调制 u时序时序E

54、 E：载波被副载波在位宽度的后半部调制。：载波被副载波在位宽度的后半部调制。 u时序时序F F：在整位宽度内载波不被副载波调制。：在整位宽度内载波不被副载波调制。 u逻辑逻辑1 1：时序：时序D D。 u逻辑逻辑0 0：时序：时序E E。 u通信结束：时序通信结束：时序F F。 u无信息：无副载波。无信息：无副载波。 5.3 脉冲调制 willtg. All rights reserved. 1.TYPEA 1.TYPEA 中的副载波调制中的副载波调制 从上面内容可知，在从上面内容可知，在TYPE ATYPE A中应答器向阅读器传输数据时，仅中应答器向阅读器传输数据时，仅 需要将所传送的帧结构

55、的需要将所传送的帧结构的NRZNRZ码转换为曼彻斯特码，并用曼彻斯特码转换为曼彻斯特码，并用曼彻斯特 码调制副载波，即可实现副载波调制。码调制副载波，即可实现副载波调制。 副载波调制波形副载波调制波形 5.3 脉冲调制 willtg. All rights reserved. 2.TYPE B 2.TYPE B 中的副载波调制中的副载波调制 TYPE B TYPE B规定：位编码采用规定：位编码采用NRZNRZ编码，副载波采用编码，副载波采用BPSKBPSK方式，逻方式，逻 辑状态的转换用副载波相移辑状态的转换用副载波相移180180来表示，来表示，00表示逻辑表示逻辑1 1， 0+1800+

56、180表示逻辑表示逻辑0.0.副载波频率采用副载波频率采用847kHz847kHz，数据传输速率为，数据传输速率为 106kbps106kbps。 数位的副载波调制加负载调制数位的副载波调制加负载调制 5.3 脉冲调制 willtg. All rights reserved. 5.4.1 5.4.1 载波载波 载波通常是一个高频正弦振荡信号，它是信息的载体。在无线通载波通常是一个高频正弦振荡信号，它是信息的载体。在无线通 信中，携有信息的电信号的频率非常低，例如，声音信号的频率范围信中，携有信息的电信号的频率非常低，例如，声音信号的频率范围 约为约为20Hz-20kHz,20Hz-20kHz,

57、如果直接发送，则需要非常大的天线。如果直接发送，则需要非常大的天线。 这是因为天线的几何尺寸和无线电波的波长相关，只有馈送到天这是因为天线的几何尺寸和无线电波的波长相关，只有馈送到天 线上的信号波长和天线的尺寸可以比拟时，天线才能有效地辐射和接线上的信号波长和天线的尺寸可以比拟时，天线才能有效地辐射和接 收电磁波。收电磁波。 c=f c=f 因此，无线广播中需要将信号搭乘到更高频率上去传输，如因此，无线广播中需要将信号搭乘到更高频率上去传输，如 fc=700kHz,fc=700kHz,频率频率fcfc的高频信号称为载波。的高频信号称为载波。 在在RFIDRFID系统中，和通常无线通信系统的情况

58、不同的是，正弦载波除系统中，和通常无线通信系统的情况不同的是，正弦载波除 了是信息的载体，在无源应答器中还具有提供能量的作用。了是信息的载体，在无源应答器中还具有提供能量的作用。 5.3 脉冲调制 willtg. All rights reserved. 5.4 正弦波调制 数字调制数字调制 调幅调幅调频调频调相调相 振幅键控振幅键控 ASK（线性）（线性） 移频键控移频键控 FSK（非线性）（非线性） 移相键控移相键控 PSK 绝对移相键控 PSK 相对移相键控 （差分）DPSK willtg. All rights reserved. 正弦载波的正弦载波的3种键控波形种键控波形 5.4 正

59、弦波调制 willtg. All rights reserved. 5.4.2 5.4.2 数字调制数字调制ASKASK波形和频谱波形和频谱 RFID RFID系统通常采用数字调制方式传送信息，系统通常采用数字调制方式传送信息，调制信号调制信号 （包括数字基带信号和已调脉冲）对正弦波进行调制。已调（包括数字基带信号和已调脉冲）对正弦波进行调制。已调 脉冲包括前面介绍的脉冲包括前面介绍的NRZNRZ码的码的FSK,PSKFSK,PSK调制波和副载波调制信调制波和副载波调制信 号，数字基带信号包括曼彻斯特码、密勒码、米勒修正码信号，数字基带信号包括曼彻斯特码、密勒码、米勒修正码信 号等，这些号等，

60、这些信号包含了传送的信息信号包含了传送的信息。 数字调制的方法有幅移键控（数字调制的方法有幅移键控（ASKASK）、频移键控（）、频移键控（FSKFSK）、）、 和相移键控（和相移键控（PSKPSK）。而）。而ASKASK是是RFIDRFID系统中采用较多的方式系统中采用较多的方式。 5.4 正弦波调制 willtg. All rights reserved. 5.4.2 5.4.2 数字调制数字调制ASKASK ASK ASK的时域波形见下图。的时域波形见下图。 5.4 正弦波调制 willtg. All rights reserved. 5.4.3 5.4.3 数字调制数字调制ASKASK