第3讲RFID的编码调制和校验

V
（b）mA＝1 的调幅波波形
0
fC -
1

fC
fC
1
f

（c）脉冲调幅波的频谱
20
用于动物识别的代码结构和技术准则 ISO 11784和11785应 答器采用FSK调制，NRZ编码
ISO14443从阅读器向标签传送信号时，TYPE A采用改进的 Miller编码方式，调制深度为100%的ASK信号；TYPE B则采用 NRZ编码方式，调制深度为10%的ASK信号。
3、副载波调制与解调
在RFID系统中，副载波的调制方法主要应用在频率 为13.56MHz的RFID系统中，而且仅是在从电子标签向 阅读器的数据传输中采用。
对13.56MHz的RFID系统，大多数使用的副载波频率 为847kHz（13.56MHz/16）、424 kHz（13.56MHz/32） 212 kHz（13.56MHz/64）。

n ∑ Ci⊕C0＝0 i-1

…… （3）
对于奇校验, 合法码字应满足
n ∑ Ci⊕C0＝1 …… （4） i-1
正确比特流 接收比特流 错误图样 00111000 01100100 01011100 异或
突发错误长度b=5

混合错误
25

差错控制 在传输信息数据中增加一些冗余编码，使监督码元和信息码元之 间建立一种确定的关系，实现差错控制编码和差错控制解码功能 。 反馈重发（ARQ）、前向纠错（FEC）和混合纠错（HEC） 反馈重发发送端需要在得到接收端正确收到所发信息码元 （通常以帧的形式发送）的确认信息后，才能认为发送成 功。 前向纠错接收端通过纠错解码自动纠正传输中出现的差错， 所以该方法不需要重传。这种方法需要采用具有很强纠错 能力的编码技术 。 混合纠错是ARQ和FEC的结合，设计思想是对出现的错误尽 量纠正，纠正不了则需要通过重发来消除差错。
在二进制时分为：振幅键控（ASK）、频移键控 （FSK）、相移键控（PSK）。其中，ASK属于线性调 制，FSK、PSK属于非线性调制

数字调制的分类

注：RFID系统通常采用数字调制方式传送消息，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。
1 s(t) Tb 载波信号
0
1
1
0
0
1
t
注：ISO18000-6 typeA 由标签向阅读器的数据发送采用FM0 编码
5、PIE编码
PIE（Pulse interval encoding）编码的全称为脉冲宽度编码，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。
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25μs。
注：ISO18000-6 typeA 由阅读器向标签的数据发送采用PIE编码
注：选择编码方法的考虑因素
1、在REID系统中使用的电子标签常常是无源的，而无源标签需要在读 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中断读写器对电子标签的能量供应。 另外，出于保障系统可靠工作的需要，还必须在编码中提供数据一级 的校验保护，编码方式应该提供这种功能。可以根据码型的变化来判 断是否发生误码或有电子标签冲突发生。 2、在RFID系统中，当电子标签是无源标签时，经常要求基带编码在每 两个相邻数据位元间具有跳变的特点，这种相邻数据间有跳变的码， 不仅可以保证在连续出现“0”时对电子标签的能量供应，而且便于电 子标签从接收到的码中提取时钟信息。在实际的数据传输中，由于信 道中干扰的存在，数据必然会在传输过程中发生错误，这时要求信道 编码能够提供一定程度的检测错误的能力。
74HC74Q
74HC74Q （输出）
1
0
0
2、密勒码编码
密勒码（Miller）也称延迟调制码，是一种变形双向码。 密勒码编码规则
bit(i-1) × 0 bit i 1 0 密勒码编码规则 bit i的起始位置不变化，中间位置 跳变 bit i的起始位置跳变，中间位置不 跳变
1
0
bit i的起始位置不跳变，中间位置 不跳变
从标签向阅读器传送信号时，二者均通过调制载波传送信号, 副载波频率皆为847KHz。TYPE A采用开关键控（On-Off keying）的Manchester编码；TYPE B采用NRZ-L的BPSK编码。
ISO 15693标准规定的载波频率亦为13.56MHz，阅读器和标 签全部都用ASK调制原理，调制深度为10%和100%，
TYPE A中定义了如下三种时序： （1）时序X：该时序将在64／fc处产生一个“pause”（凹槽）； （2）时序Y：该时序在整个位期间（128／fc）不发生调制； （3）时序Z：这种时序在位期间的开始时，产生一个“pause”。 在上述时序说明中，fc为载波13．56MHz，pause凹槽脉冲的底宽为 0．5～3．0μs，90％幅度宽度不大于4．5μs。用这三种时序即可对帧 进行编码，即修正的密勒码。 逻辑“1”选择时序X；逻辑“0”选择时序Y。但有两种情况除外， 第一种是在相邻有两个或更多的“0”时，此时应从第二个“0”开始采用 时序Z；第二种是在直接与起始位相连的所有位为“0”时，此时应当用 时序Z表示。 另外，通信开始时，用时序Z表示。通信结束则用逻辑“0”加时序Y 表示。无信息时，通常应用至少两个时序Y来表示。
1、曼彻斯特（Manchester）编码
编码控制 7486 数据 CLK 异 或 7404 2CLK 1 非门 VCC
使能（PR 端）
PR D 74HC74 CLK CL
Q
Q
输出
曼彻斯特码编码器时序波形图
编码器电路
2CLK
CLK
DATA（数据）
异或输出
注：ISO18000-6 TYPEB 读 写器到标签之间采用的是曼 彻斯特编码
t
2 ASK信号 t
二进制振幅键控信号时间波型
注：调幅技术实现起来简单，但容易受增益变化的影响，是一种 低效的调制技术。
调制深度
B
A
mA=（A-B）/（A+B）*100%
17
ak a b c s(t) s(t)
1
0
1
1
0
0
1 t t t
d
t
e
t
f
t
g
2 FSK信号
t
二进制移频键控信号的时间波形
注：该技术抗干扰性能好，但占用带宽较大。
00001 00010 00100 00111 01000 01011 01101 01110 10000 10011 10101 10110 11001 11010 11100 11111
奇偶校验的校验方程
设7位信息码组为C7C6C5C4C3C2C1, 校验码为C0 ,则对偶校验, 当 满足 C7⊕C6⊕C5⊕C4⊕C3⊕C2⊕C1⊕C0＝0 …… （1） 时, 为合法码; 对奇校验, 当满足 C7⊕C6⊕C5⊕C4⊕C3⊕C2⊕C1⊕C0 ＝1 ……（2） 时, 为合法码。这里的⊕表示模2相加。 对于偶校验, 合法码字应满足
第3讲 RFID的编码和调制
RFID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，RFID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。 RFID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：RFID读写器向RFID电子标签方向的数据传输 和RFID电子标签向RFID读写器方向的数据传输。
1
0
0
1
0
1
t
原始信息
载波
t
2PSK
t
二进制移相键控信号的时间波形
注：用180相移表示1，用0相移表示0。这种调制技术抗干扰性能最好， 且相位的变化也可以作为定时信息来同步发送机和接收机的时钟，并对传 输速率起到加倍的作用。

脉冲调幅波
V V T
τ
0
B
A t 0 t
τ
T-τ
τ
（a）数字调幅波波形
二、RFID调制
1、脉冲调制 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。

主要的调制方式为频移键控FSK和相移键控PSK。
FSK
数据时钟
数据 NRZ 码
0
0
1
1
0
FSK 脉冲 f0 f0 f1 f1
FSK脉冲调制波形
13
PSK1和PSK2
数据 NRZ 码 PP PSK1 P PSK2 P PP PP PP 0 0 1 1 PP
三、数据校验
在RFID系统中，数据传输的完整性存在两个方面的问题： 外界的各种干扰可能使数据传输产生错误； 多个应答器同时占用信道使发送数据产生碰撞。 运用数据检验（差错检测）和防碰撞算法可分别解决这 两个问题。

差错 随机错误：由信道中的随机噪声干扰引起。在出现这种错误时， 前后位之间的错误彼此无关。 突发错误：由突发干扰引起，当前面出现错误时，后面往往也 会出现错误，它们之间有相关性。
0 0 1 1 0 1 0 0
d Z e Z X X Y X Y Z Y
起始用时 直接与起始位 序Z 相连的0用时 序Z
（b）波形图示例
相邻多个或更多 通信结束用逻 0，则从第二格0 辑0加时序Y 开始用时序Z
4、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 25μs。
编码控制 非门 曼彻斯特码 1 CLK 7474 D CL VCC
Q
PR
Q
密勒码输出
用曼彻斯特码产生密勒码的电路
Fra Baidu bibliotek
数据 数据时钟
1
0
1
1
0
0
1
0
NRZ 倒相的 曼彻斯特码
密勒码
1
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
1
1
0
0
0
密勒码波形及与NRZ码、曼彻斯特码的波形关系
3、修正密勒码编码
注：在ISO/IEC 14443标准（近耦合非接触式IC卡标准），TYPE A中 采用修正密勒码方式对载波进行调制。
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。
14
2、数字调制

数字调制的概念

用二进制（多进制）数字信号作为调制信号，去控 制载波某些参量的变化，这种把基带数字信号变换成 频带数字信号的过程称为数字调制，反之，称为数字 解调。



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检纠错码

信息码元与监督码元
k n r
信息码元 k
监督码元r
27

检纠错码的分类
检纠错码
检纠随机错误码
检纠突发错误码
卷积码
分组码
分组码
交织码
非线性码
线性码
比特交织码
字节交织码
非循环码
循环码
海明码
奇偶校验码
CRC
RS
BCH
28
奇偶校验




奇偶校验码是一种最简单而有效的数据校验方法。 实现方法: 在每个被传送码的左边或右边加上1位奇偶校验位0 或1, 若采用奇校验位, 只需把每个编码中1的个数凑成奇数; 若 采用偶校验位, 只要把每个编码中1的个数凑成偶数。 检验原理: 这种编码能发现1个或奇数个错, 但因码距较小, 不能 实现错误定位。 对奇偶校验码的评价:它能发现一位或奇数个位出错，但无错 误定位和纠错能力。尽管奇偶校验码的检错能力较低，但对出 错概率统计, 其中70～80％是1位错误, 另因奇偶校验码实现简 单, 故它还是一种应用最广泛的校验方法。 实际应用中, 多采用奇校验, 因奇校验中不存在全“0”代码, 在 某些场合下更便于判别。

一、RFID常用的编码方式
数字基带信号波形，可以用不同形式的代码来表示二进制的“1”和 “0”。 RFID系统通常使用下列编码方法中的一种：反向不归零（NRZ）编 码、曼彻斯特（Manchester）编码、单极性归零（RZ）编码、差动双 相（DBP）编码、密勒（Miller）编码和差动编码。
编码器 数据 NRZ 码 输入 b 异 或 c a 13.56MHz 时钟 e 13.56MHz 128 分频 数据时钟 使能 计数器 d 修正密勒码 输出
假设输入数据 为01 1010
（a）修正密勒码编码器原理框图 波形C实际上是曼彻斯特的反相波形，用它
a b c
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