第4章-采样、编码与调制-2

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，这个过程称为个过程称为编码与调制编码与调制；在接收端进行反变换，然后进行解码，；在接收端进行反变换，然后进行解码，这个过程称为这个过程称为解调与解码解调与解码。调制以后的信号称为已调信号，它具。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常用的编码方法常用的编码方法4.3点击此处结束放映点击此处结束放映数字数字/数字转换时用数字转换时用。例如，当数据从计算机传输到到打印。例如，当数据从计算机传输到到打印机时，原始数据和传输数据都是数字的。机时，原始数据和传输数据都是数字的。在这种情况下，由计算机产生的在这种情况下，由计算机产生的0和和1被转被转换成一串可以再导线上传输的电压脉冲。换成一串

4、可以再导线上传输的电压脉冲。图图5.1给出了数字信息、数字给出了数字信息、数字/数字编码器和数字编码器和产生数字信号之间的关系。产生数字信号之间的关系。实现数字实现数字/数字转换的编码方法有多种，为数字转换的编码方法有多种，为此只讨论在数据通信中常用的编码方法。此只讨论在数据通信中常用的编码方法。这些编码方法可以分为这些编码方法可以分为3类：类：、和和。单极性编码很简单，。单极性编码很简单，在实际应用中只有一种技术。极化编码可在实际应用中只有一种技术。极化编码可进一步分为进一步分为、和和。单极性编码和。单极性编码和极化编码有多种变体，双极性编码有三种极化编码有多种变体，双极性编码有三种变体，即

5、变体，即、和和码。码。 利用一来编码信号。通过使用正负两种电压，可降低大多数极化编码线路上的平均电压值，且解决了单极性编码中的问题。例如，在曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码中，每比特均含有正电压和负电压，从而彻底解决了直流分量问题。极性编码有多种变体，在此只讨论3种最普遍的，即、和。其中NRZ编码包括和2种双相位编码则包括和两种，前者用于以太局域网，后者用于令牌环局域网。 1. NRZ编码编码在NRZ编码中，信号的电压值或正或负。下面讨论两种最常用的非归零编码方法。在NRZ-L编码中，信号的电平是根据它所对应的比特位的取值决定的。其中，高电平代表比特高电平代表比特0，而，而低电平代表比特低电平代

6、表比特1，或者反之，或者反之。当接收数据中存在一长串连续的0或者1时，即接收方连续接收到相同的电压，此时应该由时钟来确定发送了多少比特，但接收方的时钟可能无法与发送方的。 1011010 用 NRZ 编码 1. NRZ编码编码 1. NRZ编码编码图5.3所示为同一串比特的NRZ-L和NRZ-I编码。在NRZ-L编码序列中，高低电平分别具有特定的含义：；.在NRZ-I编码序列中，每一间隙的电压值是没有意义的，接收方以来作为识别比特1的标志。如上所述，在出现连续的1或0的时候，接收方会失去同步。在中曾提及，有一种保证同步的方法是在一条。但是，这一方法并不经济，且易于出错。一个更好的方案是让编码信

7、号本身携带同步信息，与NRZ-I编码中使用的方案一样，但同时还需要提供对连续0的同步。为了保证，在每个比特中都必须有信号变化。接收方可以利用这些跳变来。在NRZ-I编码中对于连续1序列实现了同步，但是为了使每比特都有信号变化，则需要利用两个以上的电压值。 1011010 用 RZ 编码 一种可实现同步的编码方案是RZ编码，它使用了3个电平：。在RZ编码中，信号变化不是发生在比特质检而是发生在比特内。与NRZ-L编码一样，高电平代表比特0，低电平代表比特1.不同于NRZ-L编码的是，在每比特间隔的中段，信号将归零。比特1实际是用高电平到零的跳变表示，而比特0则是用低电平到零的跳变表示的，而不仅仅

8、是通过电平的高低来表示。如图5.4所示。RZ编码的主要缺点是1比特，从而。但是，相对于前面讨论过的3种编码方法，它是最有效的。目前对于最好的解决方案是。在这种编码中，信号在每比特时间间隔的中间发生改变但并不归零，而是转为反相的一极。与RZ类似，这种可实现同步。和就是在网络中经常使用的两种双相位编码。 1011010 用 Manchester 编码 1011010 用差分 Manchester 编码 与与RZ编码一样，双极性编码也使用编码一样，双极性编码也使用3个电平值：个电平值：。但与。但与RZ编码不同的是，零电平编码不同的是，零电平在双极性编码中代表比特在双极性编码中代表比特0，高低电平交替

9、代表比特，高低电平交替代表比特1。如果第一个比特。如果第一个比特1由高电平表示，则在第二个比由高电平表示，则在第二个比特特1由低电平表示，第三个比特由低电平表示，第三个比特1仍由高电平表示，仍由高电平表示，以此类推。这种交替有时在比特以此类推。这种交替有时在比特1并不连续的情况下并不连续的情况下也会出现。也会出现。在数据通信中，常用的双极性编码包括传号交替反在数据通信中，常用的双极性编码包括传号交替反转（转（）、双极性）、双极性8连连0替换（替换（）和）和3阶高密阶高密度双极性（度双极性（）编码）编码3种。种。 101 1010用AM I编 码 物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID

10、）技术与应用）技术与应用二进制编码是用不同形式的代码来表示二进制的二进制编码是用不同形式的代码来表示二进制的1和和0。按照数字编码方式，可以将编码划分为。按照数字编码方式，可以将编码划分为单极性码单极性码和和双极性码双极性码，单极性码使用正（或负）的电压表示数据；，单极性码使用正（或负）的电压表示数据；双极性码双极性码1为反转，为反转，0为保持零电平。按照信号是否归零，为保持零电平。按照信号是否归零，还可以将编码划分为归零码和还可以将编码划分为归零码和非非归零码，归零码在码元归零码，归零码在码元中间信号回归到中间信号回归到0电平；非归零码遇电平；非归零码遇1电平翻转，遇电平翻转，遇0电平电平不

11、变。不变。 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4.3.1 编码格式编码格式1. 反向不归零（反向不归零（NRZ）编码）编码反向不归零编码用高电平表示二进制的反向不归零编码用高电平表示二进制的1，用低电平，用低电平表示二进制的表示二进制的0。点击此处结束放映点击此处结束放映（1）反向不归零编码（NRZ，Non Return Zero）反向不归零编码用高电平表示二进制“1”，低电平表示二进制“0”，如下图所示：图7 反向不归零编码此码型不宜传输，有以下原因a) 有直流，一般信道难于传输零频附近的频率分量；b) 接收端判决门限与信

12、号功率有关，不方便使用；c) 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；d) 要求传输线有一根接地。注：ISO14443 TYPE B协议中电子标签和阅读器传递数据时均采用NRZ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. 曼彻斯特（曼彻斯特（Manchester）编码）编码在曼彻斯特编码中，用电压跳变的相位不同来区分在曼彻斯特编码中，用电压跳变的相位不同来区分1和和0，其中，其中从高到低的跳变表示从高到低的跳变表示1，从低到高的跳变表示，从低到高的跳变表示0。点击此处结束放映点击此处结束放映48vRFID中常用的编码方式及编解码器v曼彻

13、斯特（Manchester）码 编码器电路 三、RFID编码、调制与数据校验493 编码和调制 vRFID中常用的编码方式及编解码器v曼彻斯特（Manchester）码 曼彻斯特码编码器时序波形图示例 曼彻斯特编码的特点l曼彻斯特编码在采用负载波的负载调制或者反向散射调制时，通常用于从电子标签到读写器的数据传输，因为这有利于发现数据传输的错误。这是因为在比特长度内，“没有变化”的状态是不允许的。l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。l曼彻斯特编码由于跳

14、变都发生在每一个码元中间，接收端可以方便地利用它作为同步时钟。注：ISO14443 TYPE A协议中电子标签向阅读器传递数据时采用曼彻斯特编码。 ISO18000-6 TYPE B 读写器向电子标签传递数据时采用的是曼彻斯特编码 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. 单极性归零（单极性归零（Unipolar RZ）编码）编码单极性归零码，当发单极性归零码，当发1码时发出正电流，但正电流码时发出正电流，但正电流持续的时间短于一个码元的时间宽度，即发出一个窄脉持续的时间短于一个码元的时间宽度，即发出一个窄脉冲；当发冲；当发0码时，完全不发送电流。码时，完全

15、不发送电流。点击此处结束放映点击此处结束放映（4）差动双相编码（DBP）l差动双相编码在半个比特周期中的任意的边沿表示二进制“0”，而没有边沿就是二进制“1”，如下图所示。此外在每个比特周期开始时，电平都要反相。因此，对于接收器来说，位节拍比较容易重建。图10 差动双相编码物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用4. 差动双相（差动双相（DBP）编码）编码5.米勒（米勒（Miller）编码）编码6. 差动编码差动编码点击此处结束放映点击此处结束放映54v RFID中常用的编码方式及编解码器v 密勒（Miller）码 密勒码编码规则 bit(i-1)bit i密勒

16、码编码规则1bit i的起始位置不变化，中间位置跳变00bit i的起始位置跳变，中间位置不跳变10bit i的起始位置不跳变，中间位置不跳变三、RFID编码、调制与数据校验55v RFID中常用的编码方式及编解码器v 密勒码波形及与NRZ码、曼彻斯特码的波形关系 三、RFID编码、调制与数据校验56v RFID中常用的编码方式及编解码器v 密勒（Miller）码 用曼彻斯特码产生密勒码的电路 三、RFID编码、调制与数据校验57v修正密勒码编码器v假设输出数据为01 1010 三、RFID编码、调制与数据校验58v修正密勒码解码 修正密勒码解码器原理框图 三、RFID编码、调制与数据校验59

17、v修正密勒码解码 解码时序波形图示例 三、RFID编码、调制与数据校验（7）脉冲间歇编码l对于脉冲间歇编码来说，在下一脉冲前的暂停持续时间t表示二进制“1”，而下一脉冲前的暂停持续时间2t则表示二进制“0”，如下图所示。图13 脉冲间歇编码l这种编码方法在电感耦合的射频系统中用于从读写器到电子标签的数据传输，由于脉冲转换时间很短，所以就可以在数据传输过程中保证从读写器的高频场中连续给射频标签供给能量。（8）脉冲位置编码（PPM，Pulse Position Modulation）l脉冲位置编码与上述的脉冲间歇编码类似，不同的是，在脉冲位置编码中，每个数据比特的宽度是一致的。其中，脉冲在第一个时

18、间段表示“00”， 第二个时间段表示“01”， 第三个时间段表示“10”， 第四个时间段表示“11”， 如右图所示。注：ISO15693协议中，数据编码采用PPM(9)FM0编码FM0（即Bi-Phase Space）编码的全称为双相间隔码编码，工作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是25s。 注：ISO18000-6 typeA 由标签向阅读器的数据发送采用FM0编码 (10)PIE编码PIE（Pulse interval encoding）编码的全称为脉

19、冲宽度编码，原理是通过定义脉冲下降沿之间的不同时间宽度来表示数据脉冲下降沿之间的不同时间宽度来表示数据。在该标准的规定中，由阅读器发往标签的数据帧由SOF（帧开始信号）、EOF（帧结束信号）、数据0和1组成。在标准中定义了一个名称为“Tari”的时间间隔，也称为基准时间间隔，该时间段为相邻两个脉冲下降沿的时间宽度，持续为25s。 注：ISO18000-6 typeA 由阅读器向标签的数据发送采用PIE编码 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4.3.2 编码编码方式的选择因素方式的选择因素1.编码方式的选择要考虑电子标签能量的来源编码方式的选择要考虑电子标签能量的来源在在RFID系统中，由于使用的电子标签常常是无源的，系统中，由于使用的电子标签常常是无源的，无源标签需要在与读写器的通信过程中获得自身的能量供应。无源标签需要在与读写器的通信过程中获得自身的能量供应。为了保证系统的正常工作，信道编码方式首先必须保证不能为了保证系统的正常工作，信道编码方式首先必须保证不能中断