《射频识别技术与应用》课件专题5-RFID系统的信号调制方式

目录CATALOG030102信号调制和通信模型信号传输的系统RFID系统的调制模式2

第一部分信号传输的系统PART01012

本节将要介绍信号传输的系统的相关概念、信道、基带信号、模拟通信系统、数字通信系统等含义和特征。前言3信号和信道

RFID系统里的编码和调制涉及信号和信道两个概念。在RFID系统中，所使用的信号是电信号，通过电信号可以实现RFID阅读器与电子标签之间的信息传输。信道是通信的通道和传输媒介。短波信道、微波信道和有线信道是常见的信道，而RFID系统则采用无线信道。信道包含两个参数：带宽和速率。信号传输的频率范围是带宽，数据在传输介质上的传输速度是速率。4基带信号

原始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，但以自由空间为信道的无线传输不能直接传输基带信号。基带信号被编码，然后转换成适合在信道中传输的信号，这个过程叫做编码和调制。在接收端，基带信号被反变换然后解码，这个过程称为解调和解码。调制信号有两个基本特性：携带信息和适合在信道中传输。5信息传播与通信系统

信息传播总是伴随着人类的生活、生产和社会活动，这种信息的传递称为通信。通信系统是指完成通信过程的所有设备和传输介质。通信系统涉及的主要术语和概念包括信息源、发射装置、信道、噪声源、接收设备、受信端、模拟信号和数字信号。6通信系统涉及的主要术语（1）信息源：信息源是通过特定装置把各种信息转换成的电信号。（2）发射装置：发射装置是用于产生适于在信道上传输的信号的装置。（3）信道：信道是将信号从发送设备发送到接收端的物理介质。（4）噪声源：噪声源是分布在整个通信系统中的噪声。（5）接收设备：接收设备是从接收设备恢复信号的装置。（6）受信端：受信端是将原始电信号还原为相应信息的终端。（7）模拟信号：模拟信号是指报文的信号参数值是连续的。（8）数字信号：数字信号是指信息的信号参数是有限的和离散的。7模拟通信系统和数字通信系统

信号传输系统包括模拟通信系统和数字通信系统。模拟通信系统通过模拟信号传输信息，发送和接收设备则简化为调制器和解调器，而数字通信系统使用数字信号来传输信息。其中，信源编解码的目的是提高信息传输的有效性；信道编解码的目的是增强抗干扰能力；加解密的目的是提高信息的安全性；数字调制和解调的目的是形成适合在信道中传输的信号。8数字信号的优点

与模拟信号相比，数字信号具有许多优点，特别是在信号安全性、存储方便性、信号转换方便性、物联网适用性等方面。数字信号的安全性体现在数字信号的加解密比模拟信号的加解密容易。数字信号存储方便性体现在易于转换成二进制数据，便于计算机存储和信号转换。物联网适用性体现在数字信号更有利于不同对象之间的信号传输，更适合建立复杂的传感器网络。9

第二部分信号调制和通信模型PART020210

为了便于信号在信道中传输，需要对信号进行调制，本节介绍了信号调制和通信模型。前言11信号调制

在通信系统中，系统发送端的电信号通常是低频信号，不适合在信道中直接传输。因此有必要将原始信号转换成适合信道传输的高频信号，这个过程叫做调制。以正弦信号为例，利用Matlab对信号调制进行了仿真。原始低频正弦信号如右图所示。12高频正弦载波信号载波信号采用高频正弦信号，如右图所示。13调制信号调制信号如右图所示。14调制信号波形的比较

通过对比，可以看出调制信号的波形发生了很大的变化，但信号的包络与原始信号一致。因此，调制信号主要通过高频信号的包络来传输原始信号的信息。15语音信号的调制以通信中常见的语音调制为例，对于1.5s左右的声音信号，利用Matlab对调制前后的信号波形进行仿真，如右图所示。16信号的频谱调制前后的信号的对应的频谱如右图所示。从图中调制前后语音信号的频谱来看，调制的作用是实现频谱的偏移，同时保留了频谱本身的纹理特征。17RFID系统的信号通信方式

RFID系统的信号通信方式如右图所示。18RFID系统的通信模型RFID系统的通信模型包括信号编码、调制器、传输介质、电子标签、解调器和信号解码。其中，阅读器是发射机，信号编解码是信号处理的过程，调制器由载波电路组成，传输介质是信道，电子标签是接收机，解调器由载波电路组成。RFID系统的数据传输包括阅读器到电子标签的数据传输和电子标签到阅读器的反向数据传输。19解调调制的逆过程是解调。下面以电阻负载调制为例，比较调制和解调信号的变化。利用MATLAB对二进制信号的调制解调进行了仿真，原始二进制信号和高频载波信号如右图所示。20信号解调前后的信号对比信号调制和信号解调后的信号对比如右图所示。可以看出，解调后的信号与原始信号不完全一致，但可以恢复信号包络等基本特征，通过解调后信号的包络特征可以提取出原始目标信号有效信息。21

第三部分RFID系统的调制模式PART030322数字基带信号中含有低频分量，不能通过无线信道传输，因此需要调制来匹配信道特性。RFID系统主要采用数字调制方式，利用数字基带信号控制载波，将数字基带信号转换为数字调制信号。调制以后的信号称为已调信号，它包含了基带信号的特性。前言23调制的功能

调制的基本功能是实现频移和信道复用。另外，调制频率一般较高，工作频率越高，带宽越大，天线尺寸越小。其中，频移的作用是将基带信号频谱移到特定的频率，使信号在特定的信道中传输。24信道复用

信道复用是指通过调制，将待发送的多个信号的频谱移到指定的位置，不同信号的位置不同，使多个信号的频谱信息同时加载到一个信道中，可以同时传输更多的目标信号。根据信息论理论，高频占据了更大的带宽。工作频率越高，天线尺寸越小，意味着工作频率与波长成反比，高频对应的是小波长，因此天线尺寸较小。25RFID系统常用的调制方法

载波参数包括振幅、频率和相位。在工程实现中，可以根据不同的参数实现幅度调制、频率调制和相位调制。调幅是指通过特定的调制技术使载波信号的幅度参数随目标信号的变化而变化；调频是指通过特定的调制技术，载波信号的频率参数随着目标信号的变化而变化；调相是指通过特定的调制技术，载波信号的相位参数随着目标信号的变化而变化。由此可以产生调幅、调频和调相三种调制方法。在工程实践中，一般选用正弦信号作为载波。26幅度调制技术

幅度调制被称为调幅技术，在幅度调制中只改变载波信号的幅度参数，而频率和相位参数保持不变。调制信号的幅度应与目标信号的幅度一致。其中，幅度键控（ASK）是一种常用的幅度调制技术，它利用载波的幅度变化来传输数字信息。在非二进制数字调制中，载波的幅度由多个值组成，而在二进制数字调制中，载波的振幅只有“1”和“0”两种数值。27ASK调制的仿真ASK调制的仿真结果如右图所示。在图中，第一子图是二进制的数据序列，第二子图是高频载波信号，第三子图是ASK调制后的仿真结果。28频率调制技术

频移键控（FSK）是一种常用的频率调制技术，它通过改变载波频率信息来传输目标信号的信息。同样，在非二进制数字调制中，频移键控载波的频率变化可以有多个值，而在二进制数字调制中，载波频率的两个频点只有“1”和“0”两个数值状态。29FSK调制的仿真

FSK调制的仿真结果如右图所示。在图中，第一子图是二进制的数据序列，第二子图是对第一子图的数据取反后（“1”和“0”切换）的二进制数据序列,第三子图是第一个频率的载波信号，第四子图是第二个频率的载波信号，第五子图是FSK调制后的仿真结果。30相位调制技术

相移键控（PSK）是一种常用的相位调制技术，它利用载波相位变化来传输目标信号信息。同样，在非二进制数字调制中，相移键控载波的初始相位可以有多个值，而在二进制数字调制中，相移键控载