第4章采样、编码与调制3

1、物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用第第4章章 编码与调制编码与调制点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用读写器与电子标签之间消息的传递是通过电信号实现的。读写器与电子标签之间消息的传递是通过电信号实现的。原始的电信号通常称为基带信号，有些信道可以直接传输基带信原始的电信号通常称为基带信号，有些信道可以直接传输基带信号，但以自由空间作为信道的无线电传输却无法直接传递基带信号，但以自由空间作为信道的无线电传输却无法直接传递基带信号。将基带信号编码，然后变换成适合在信道中传输的信号，这号。将基带信

2、号编码，然后变换成适合在信道中传输的信号，这个过程称为编码与调制；在接收端进行反变换，然后进行解码，个过程称为编码与调制；在接收端进行反变换，然后进行解码，这个过程称为解调与解码。调制以后的信号称为已调信号，它具这个过程称为解调与解码。调制以后的信号称为已调信号，它具有两个基本特征，一个是携带有信息，一个是适合在信道中传输。有两个基本特征，一个是携带有信息，一个是适合在信道中传输。 点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用点击此处结束放映点击此处结束放映 信号与信道信号与信道4.1编码与调制编码与调制4.2RFID常用的编码方法常

3、用的编码方法4.3RFID常用的调制方法常用的调制方法4.4物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用RFID常用的调制方法常用的调制方法4.4点击此处结束放映点击此处结束放映1、调制和解调l通常基带信号具有较低的频率分量，不宜通过无线信道传输。因此，在通信系统的发送端需要由一个载波来运载基带信号，也就是使载波的某个参量随基带信号的规律而变化，这一过程称为（载波）调制。l载波受调制以后称为已调信号，它含有基带信号的全部特征。l在通信系统的接收端则需要有解调过程，

4、其作用是将已调信号中的原始基带信号恢复出来。l调制和解调过程对通信系统是至关重要的，因为调制解调方式在很大程度上决定了系统可能达到的性能。三、RFID的调制和解调海南汽车过海0.5cbaudfN0.5cbaudfNcfcf(1)baudBWdNBWbaudNd0cf1cf01()ccbaudBWffN 与计算与计算ASK调制所需最小带宽的原理相同，调制所需最小带宽的原理相同，。但。但PSK调制中的调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，尽管在相同的带宽。因此，尽管在相同的带宽下下ASK调制和调制和PSK调制的最大波特率相同，调制的最大波特率相同，但但PSK调制的调制的却可

5、以是却可以是ASK调制的两调制的两倍或更多（如图倍或更多（如图5.26所示）所示）. 物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用数字基带信号往往具有丰富的低频分量，必须用数字基带信号往往具有丰富的低频分量，必须用数字基带信号对载波进行调制，而不是直接传送数字基数字基带信号对载波进行调制，而不是直接传送数字基带信号，以使信号与信道的特性相匹配。带信号，以使信号与信道的特性相匹配。用数字基带信用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字已调信号的过号控制载波，把数字基带信号变换为数字已调信号的过程称为数字调制程称为数字调制，RFID主要采用主要采用数字调制数字调制

6、的方式。的方式。点击此处结束放映点击此处结束放映l调制的基本作用是频率搬移。概括起来，调制主要有如下几个目的：频率搬移频率搬移。调制把基带信号频谱搬移到一定的频率范围，以适应信道传输要求。实现信道复用实现信道复用。一般每个被传输信号占用的带宽小于信道带宽，因此，一个信道同时只传一个信号是很浪费的，此时信道工作在远小于其传输信息容量的情况下。然而通过调制，使各个信号的频谱搬移到指定的位置，从而实现在一个信道里同时传输许多信号。工作频率越高带宽越大工作频率越高带宽越大。根据信息论一般原理可知，宽带通信系统一般表现出较好的抗干扰性能。将信号变换，使它占据较大的带宽，它将具有较强的抗干扰性。工作频率越

7、高天线尺寸越小工作频率越高天线尺寸越小。如果天线的尺寸可以与工作波长相比拟，天线的辐射更为有效。由于工作频率与波长成反比，提高工作频率可以降低波长，进而减小天线的尺寸，迎合现代通信对尺寸小型化的要求。调制深度调制深度BAmA=（A-B）/（A+B）*100%51物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用4.4.1 数字调制数字调制 数字信号有离散取值的特点，数字调制技术利用数数字信号有离散取值的特点，数字调制技术利用数字信号的这一特点，字信号的这一特点，通过开关通过开关“键控键控”载波载波，从而实现，从而实现数字调制。数字调制。 数字信息有二进制与多进制之分，数字

8、调制也分为数字信息有二进制与多进制之分，数字调制也分为二进制调制与多进制调制。二进制调制与多进制调制。点击此处结束放映点击此处结束放映RFID常用调制方法一个正弦波可以通过3个特性进行定义：振幅、频率和相位。当我们改变其中任何一个特性时，就有了波的另一个形式。有3种将数字数据调制到模拟信号的机制。幅移键控法（Amplitude-Shift Keying，ASK）。频移键控法（Frequency-Shift Keying，FSK）。相移键控法（Phase-Shift Keying，PSK）。正交调幅（Quadrature Amplitude Modulation，QAM），一种将振幅和相位变化结

9、合起来的机制，其中正交调幅的效率最高，也是现在所有的调制解调器中经常采用的技术。53物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用1. 载波载波载波是指被调制以传输信号的波形，载波一般为载波是指被调制以传输信号的波形，载波一般为正弦振荡信号，正弦振荡的载波信号可以表示为正弦振荡信号，正弦振荡的载波信号可以表示为 （5.6）载波被调制以后，载波的振幅、频率或相位就随信号的载波被调制以后，载波的振幅、频率或相位就随信号的变化而变化。变化而变化。)cos()(tAtvc点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用2

10、.振幅键控振幅键控调幅是指载波的频率和相位不变，载波的振幅随调调幅是指载波的频率和相位不变，载波的振幅随调制信号的变化而变化。制信号的变化而变化。振幅键控（振幅键控（Amplitude Shift Keying，ASK）是利用载）是利用载波的幅度变化传递数字信息波的幅度变化传递数字信息，在二进制数字调制中，载波，在二进制数字调制中，载波的幅度只有两种变化，分别对应二进制的的幅度只有两种变化，分别对应二进制的“1”和和“0”。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用图图4.9 振幅键控的时间波形振幅键控的时间波形点击此处结束放映点击

11、此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用3.频移键控频移键控频移键控（频移键控（Frequency Shift Keying，FSK）是利用载）是利用载波的频率变化传递数字信息，是对载波的频率进行键控波的频率变化传递数字信息，是对载波的频率进行键控。二进制频移键控载波的频率只有两种变化状态，载波的频二进制频移键控载波的频率只有两种变化状态，载波的频率在率在 和和 两个频率点变化，分别对应二进制信息两个频率点变化，分别对应二进制信息的的“1”和和“0”。1f2f点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用

12、）技术与应用图图4.11 频移键控的时间波形频移键控的时间波形点击此处结束放映点击此处结束放映59v脉冲调制 v 将数据的NRZ码变换为更高频率的脉冲串，该脉冲串的脉冲波形参数受NRZ码的值0和1调制。v 主要的调制方式为频移键控FSK和相移键控PSK。 三、RFID编码、调制与数据校验60v脉冲调制 vFSK FSK脉冲调制波形 三、RFID编码、调制与数据校验61v脉冲调制 vFSK调制调制 FSK实现的原理框图 三、RFID编码、调制与数据校验62v脉冲调制 vFSK解调解调 FSK解调电路原理图 三、RFID编码、调制与数据校验63v脉冲调制 vFSK解调解调工作原理如下：vv 触发器

13、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。 三、RFID编码、调制与数据校验物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用4. 相移键控相移键控相移键控（相移键控（Phase Shift Keying，PSK）是利用载波的）是利用载波的相位变化传递数字信息相位变化传递数字信息，是对载波的相位进行键控。二进，是对载波的相位进行键控。二进制相移键控载波的初始相位有两种变化状态，通常载波的制相移键控载波的初始相位有两种变化

14、状态，通常载波的初始相位在初始相位在0和和两种状态变化，分别对应二进制信息的两种状态变化，分别对应二进制信息的“1”和和“0”。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用图图4.12 相移键控的时间波形相移键控的时间波形点击此处结束放映点击此处结束放映66v脉冲调制vPSK1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。 三、RFID编码、调制与数据校验67vPSK调制

15、电路 选择相位法电路框图 三、RFID编码、调制与数据校验683 编码和调制 vPSK解调电路 v阅读器能正确将PSK调制信号变换为NRZ码的关键。69v 设PSK信号的数据速率为fc/2（fc为射频载波频率值125 kHz），则加至解调器的PSK信号是125 kHz/2=62.5 kHz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125 kHz载波基准形成的62.5 kHz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

16、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。 三、RFID编码、调制与数据校验70PSK解调电路的相关波形 三、RFID编码、调制与数据校验物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用4.4.2 副载波调制副载波调制副载波调制是指副载波调制是指首先把信号调制在载波首先把信号调制在载波1上上，出于某，出于某种原因，决定对这个结果再进行一次调制，于是用这个结种原因，决定对这个结果再进行一次调制，于是用这个结果去调制另外一个频率更高的载波果去调制另外一个频率更高的载波2。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（

17、RFIDRFID）技术与应用）技术与应用图图4.13 采用振幅键控采用振幅键控ASK的副载波调制的副载波调制点击此处结束放映点击此处结束放映74v副载波与副载波调制解调 vTYPE A中的副载波调制 标准帧的结构 副载波调制波形 三、RFID编码、调制与数据校验75v副载波与副载波调制解调 vTYPE B中的副载波调制 ：vv 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1，0180表示逻辑0，副载波频率fs=847 kHz，数据传输速率为106 kbps。 三、RFID编码、调制与数据校验76v副载波与副载波调制解调 vTYPE B中的副载波调制 ：vv数位的副载波调制加负载调制 三、RFID编码、调制与数据校验77vTYPE A中的副载波解调v相干解调（同步解调 ） v非相干解调 v 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。三、RFID编码、调制与数据校验78v