02--RFID设计技术基础

2.2 信号的编码与调制
• 2.2.2编码与调制 • 数字通信系统是利用数字信号来传递 信息的通信系统，其涉及的技术问题 很多，其中主要有信源编码与解码、 加密与解密、信道编码与解码、数字 调制与解调以及同步等。
2.2 信号的编码与调制
• 1.编码与解码 • 编码是为了达到某种目的而对信号进 行的一种变换。 • 其逆变换称为解码或译码。
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• 1）信道带宽 • 信号所拥有的频率范围叫做信号的频 带宽度，简称带宽。模拟信道的带宽 为
BW f 2 f1
2.2 信号的编码与调制
• 2）信道传输速率 • 就是数据在传输介质（信道）上的传 输速率。数据传输速率的单位为比特/ 秒，记做bps或bit/s。 – 1k bit/s=103bit/s – 1M bit/s=103k bit/s – 1G bit/s=103M bit/s
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• 1. 信号 • 读写器与电子标签之间传输的信号有 其自身的特点，常需要讨论信号工作 方式和通信握手等问题。 • 信号工作方式 • 读写器与电子标签之间的工作方式可 以分为时序系统、全双工系统和半双 工系统。
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• (1)时序系统 • 在时序系统中，从电子标签到读写器 的信息传输是在电子标签能量供应间 歇进行的，读写器与电子标签不同时 发射，这种方式可以改善信号受干扰 的状况，提高系统的工作距离。
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• 通信握手 • 通信握手是指读写器与电子标签双方 在通信开始、结束和通信过程中的基 本沟通，通信握手要解决通信双方的 工作状态、数据同步和信息确认等问 题。
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• 2. 信道 • 信道可以分为两大类，一类是电磁波 在空间传播的渠道，如短波信道、微 波信道等；另一类是电磁波的导引传 播渠道，如电缆信道、波导信道等。 RFID的信道是具有各种传播特性的自 由空间，所以RFID采用无线信道。
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• 1. 载波 • 在信号传输的过程中，并不是将信号 直接进行传输，而是将信号与一个固定 频率的波进行相互作用，这个过程称为 加载，这样一个固定频率的波称为载波。 • 在RFID系统中，正弦载波除了是信息的 载体外，在无源电子标签中还具有提供 能量的作用，这一点与其他无线通信有 所不同。
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• 2.2.4 RFID常用的调制方法 • 按照从读写器到电子标签的传输方向， 读写器中发送的信号首先需要编码， 然后通过调制器调制，最后传送到传 输通道上去。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 信号的过程称为数字调制，RFID主要 采用数字调制的方式。
2.1 数字通信基础
• 图2-5给出了RFID系统的通信模型。 在这个模型中，信道由自由空间、读 写器天线、 读写器射频前端、电子标 签天线和电子标签射频前端构成。
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• 2.2.1信号与信道 • 信号是消息的载体，在通信系统中消 息以信号的形式从一点传送到另一点。 • 信道是信号的传输媒质，信道的作用 是把携有信息的信号从它的输入端传 递到输出端。
• 根据编码的目的不同，编码理论有信 源编码、信道编码和保密编码三个分 支。
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• 1）信源编码与解码 • 信源编码是对信源输出的信号进行变 换，包括连续信号的离散化（即将模 拟信号通过采样和量化变成数字信 号），以及对数据进行压缩以提高信 号传输有效性而进行的编码。信源解 码是信源编码的逆过程。
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• 6）变形密勒编码 • 变形密勒编码相对于密勒编码来说， 将其每个边沿都用负脉冲代替。由于 负脉冲的时间较短，可以保证数据在 传输过程中，能够从高频场中持续为 射频标签提供能量。变形密勒编码在 电感耦合的射频识别系统中，主要用 于从读写器到射频标签的数据传输。
2.2 信号的编码与调制
2.2 信号的编码与调制
• 2）曼彻斯特编码 • 曼彻斯特编码也称为分相编码（SplitPhase Coding）。在曼彻斯特编码中， 用电压跳变的相位不同来区分1和0， 其中从高到低跳变表示1，从低到高跳 变表示0。
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• 3）单极性归零编码 • 对于单极性归零码，当发1码时发出 正电流，但正电流持续的时间短于一 个码元宽度，即发出一个窄脉冲；当 发0码时，仍然完全不发送电流。
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• 2）信道编码与解码 • 信道编码是对信源编码器输出的信号 进行再变换，包括区分通路、适应信 道条件和提高通信可靠性而进行的编 码。信道解码是信道编码的逆过程。
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• 3）保密编码与解码
• 保密编码是对信号进行再变换，即为了使信 息在传输过程中不易被人窃译而进行的编码。 • 保密解码是保密编码的逆过程，保密解码在 接收端利用与发送端相同的密码复制品对收 到的数据进行解密，恢复原来信息。
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• 5）密勒编码 --编码规则：
• 对原始符号“1”码元起始不跃变，中心点出现跃 变来表示，即用10或01表示。 • 对原始符号“0”则分成单个“0”还是连续“0”予 以不同处理； • 单个“0”时，保持0前的电平不变，即在码元边界 处电平不跃变，在码元中间点电平也不跃变； • 对于连续“0”，则使连续两个“0”的边界处发生 电平跃变。
比特率 波特率 log2 M
2.2 信号的编码与调制
• 4）信道容量
• 信道容量是信道的一个参数，反映了信 道所能传输的最大信息量。 • （1）具有理想低通矩形特性的信道。
• 根据奈奎斯特准则，这种信道的最高码 元传输速率为：最高码元传输速率=2BW • 也即这种信道的最高数据传• 4）差动双相编码 • 差动双相编码在半个位周期中的任意 边沿表示二进制0，而没有边沿跳变表 示二进制1。此外，在每个位周期开始 时，电平都要反相。差动双相编码对 接收器来说较容易重建。
2.2 信号的编码与调制
• 5）密勒编码 • 密勒编码在位周期开始时产生电平交 变，对接收器来说，位节拍比较容易 重建。密勒编码在半个位周期内的任 意边沿表示二进制1，而经过下一个位 周期中不变的电平表示二进制0。
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• 时序系统的工作过程如下。
– （1）读写器先发射射频能量，该能量传送到电 子标签，给电子标签的电容器充电，将能量用 电容器存储起来，这时电子标签的芯片处于省 电模式或备用模式。 – （2）读写器停止发射能量，电子标签开始工作， 电子标签利用电容器的储能向读写器发送信号， 这时读写器处于接收电子标签响应的状态。 – （3）能量传输与信号传输交叉进行，一个完整 的读出周期由充电阶段和读出阶段两个阶段构 成。
C 2BWlog2 M
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• （2）带宽受限且有高斯白噪声干扰的 信道。 • 香农提出并严格证明了在被高斯白噪 声干扰的信道中，最大信息传送速率的 公式。这种情况的信道容量为：
S C BW log 2 1 N
2.2 信号的编码与调制
• （3）RFID的信道容量。 • 带宽越大，信道容量越大。 • 在物联网中RFID主要选用微波频率， 微波频率比低频频率和高频频率有更 大的带宽。 • 信噪比越大，信道容量越大。RFID无 线信道有传输衰减和多径效应等，应 尽量减小衰减和失真，提高信噪比。
2.1 数字通信基础
• 2.1.2数字通信的特点和主要性能指标 • • • • 2. 数字通信的主要性能指标 数据传输速率 信道频带宽度 误码率
2.1 数字通信基础
• 2.1.3 RFID通信方式 • RFID通信是指读写器和标签之间的信 息传输，传输的是无线电信号，其主 要特点是通信距离很短。
2.2 信号的编码与调制
• 在RFID系统中，读写器与电子标签之 间交换的是信息，由于采用非接触的 通信方式，读写器与电子标签之间构 成一个无线通信系统，其中读写器是 通信的一方，电子标签是通信的另一 方。
2.2 信号的编码与调制
• 1. 信号 • 信号分为模拟信号和数字信号，RFID 系统主要处理的是数字信号。 • 信号可以从时域和频域两个角度来分 析，在RFID传输技术中，对信号频域 的研究比对信号时域的研究更重要。
• 7）差分编码 • 对于差分编码，每个要传输的二进制1 都会引起信号电平的变化，而对于二 进制0，信号电平保持不变。
2.2 信号的编码与调制
--汇总图
2.2 信号的编码与调制
--汇总图
2.2 信号的编码与调制
• 2. 编码方式的选择因素 • 1）编码方式的选择要考虑电子标签 能量的来源 • 2）编码方式的选择要考虑电子标签 检错的能力 • 3）编码方式的选择要考虑电子标签 时钟的提取
2.2 信号的编码与调制
• 2.2.3 RFID常用的编码方法 • 编码是RFID系统的一项重要工作，二 进制编码是用不同形式的代码来表示 二进制的1和0。对于传输数字信号来 说，最常用的方法是用不同的电压电 平来表示两个二进制数字，也即数字 信号由矩形脉冲组成。
2.2 信号的编码与调制
• 按数字编码方式，可以将编码划分为 单极性码和双极性码，单极性码使用 正（或负）的电压表示数据；双极性 码1为反转，0为保持零电平。
2.2 信号的编码与调制
• 2.调制和解调 • 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， 意味着要把信源的基带信号，转变为 一个相对基带频率而言非常高的频带 信号。
2.2 信号的编码与调制
• 调制的过程用于通信系统的发送端， 调制就是将基带信号的频谱搬移到信 道通带中的过程，经过调制的信号称 为已调信号，已调信号的频谱具有带 通的形式，已调信号称为带通信号或 频带信号。 • 在接收端需将已调信号还原成原始信 号，解调是将信道中的频带信号恢复 为基带信号的过程。