2020 4 21 3 編碼 調制和解調 2020 4 21 3 1概述 1 編碼的分類 信源編碼和信道編碼 1 信源編碼 對信源信息進行加工處理 模擬數據要經過采樣 量化和編碼變換為數字數據 為降低所需要傳輸的數據量 在信源編碼中往往還采用數據壓縮技術 以提高信息傳輸的有效性 2 信道編碼 將數字數據編碼成適合于在數字信道上傳輸的數字信號 并具有所需的抵抗差錯的能力 即通過相應的編碼方法使接收端能具有檢錯或糾錯能力 增強其抗干擾能力 2020 4 21 3 1概述 2 RFID系統的信息傳輸方向通信信息的傳輸包括讀寫器到標簽 前向鏈路 以及標簽到讀寫器 反向鏈路 兩個通信方向 3 RFID中常用的編碼方式 1 曼徹斯特 Manchester 碼 2 密勒 Miller 碼 3 脈沖間隔編碼 PulseIntervalEncoding PIE 4 FM0碼 2020 4 21 3 1概述 4 數字基帶信號常用編碼波形 2020 4 21 1 曼徹斯特碼編碼方法曼徹斯特碼也被稱為分相編碼 Split PhaseCoding 某比特位的值是由該比特長度內半個比特周期時電平的變化 上升或下降 來表示的 在半個比特周期時的負跳變表示二進制 1 半個比特周期時的正跳變表示二進制 0 UHF頻段ISO IEC18000 6B前向鏈路采用該編碼方式 3 2曼徹斯特碼 2020 4 21 3 2曼徹斯特碼 2 曼徹斯特碼波形比較 2020 4 21 NRZ 反向不歸零編碼 NonReturnZero 用高電平表示二進制 1 低電平表示二進制 0 此碼型不宜在信道中傳輸 有直流 一般信道難于傳輸零頻附近的頻率分量 接收端判決門限與信號功率有關 不方便使用 不能直接用來提取位同步信號 因為NRZ中不含有位同步信號頻率成分 要求傳輸線有一根接地 3 2曼徹斯特碼 2020 4 21 3 曼徹斯特碼在RFID中的應用特點曼徹斯特編碼在比特長度內 沒有變化 的狀態是不允許的 所以 在采用負載波的負載調制或者反向散射調制時 曼徹斯特編碼通常用于從電子標簽到讀寫器的數據傳輸 以利于發現數據傳輸的錯誤 當多個標簽同時發送的數據位有不同值時 則接收的上升邊和下降邊互相抵消 導致在整個比特長度內是不間斷的負載波信號 由于該狀態不允許 所以讀寫器利用該錯誤就可以判定碰撞發生的具體位置 3 2曼徹斯特碼 2020 4 21 4 曼徹斯特編碼器 編碼器電路 3 2曼徹斯特碼 2020 4 21 曼徹斯特碼編碼器時序波形圖 3 2曼徹斯特碼 2020 4 21 3 3密勒碼 1 密勒碼編碼方法密勒 Miller 編碼在半個比特周期內的任意邊沿表示二進制 1 而經過下一個比特周期中不變的電平表示二進制 0 UHF頻段ISO IEC18000 6B反向鏈路可采用該編碼方式 密勒碼編碼規則 2020 4 21 密勒碼波形及與NRZ碼 曼徹斯特碼的波形關系 3 3密勒碼 2020 4 21 2 密勒編碼器 用曼徹斯特碼產生密勒碼的電路 3 3密勒碼 2020 4 21 3 修正的密勒碼 ISO IEC14443標準規定的數據傳輸速率為106kbps 數據時鐘頻率為載波頻率的128分頻 從PCD ProximityCouplingDevice 近耦合讀寫器 向PICC ProximityIntegratedCircuitCard 近耦合集成電路卡 傳輸數據時 若使用TYPEA模式 則應采用修正的密勒碼 而用TYPEB則可直接使用NRZ 不歸零 碼 在這兩種編碼中 修正的密勒碼比較復雜 修正密勒編碼相對于米勒編碼來說 將其每個邊沿都用負脈沖代替 由于負脈沖的時間很短 可以保證在數據傳輸的過程中從高頻場中連續給電子標簽提供能量 修正密勒編碼在電感耦合的射頻識別系統中用于從讀寫器到電子標簽的數據傳輸 3 3密勒碼 2020 4 21 3 3密勒碼 2020 4 21 3 3密勒碼 TYPEA中定義了如下三種時序 1 時序X 該時序將在64 fc處產生一個 pause 凹槽 2 時序Y 該時序在整個位期間 128 fc 不發生調制 3 時序Z 該時序在位期間的開始時 產生一個 pause 2020 4 21 3 3密勒碼 其中 使能信號e用于激活編碼器電路以使其開始工作 波形a為數據時鐘 b為數據輸入端波形 它的第一位為起始位 用于送出不歸零碼0 第二位至第七位為數據信息 其后是結束位 也應以不歸零碼輸出 編碼電路要將00110100變換成修正的密勒碼編碼 從圖中可以發現 a和b異或 模2加 后形成的波形c有一個特點 即其上升沿正好對應于X Z時序所需的 pause 的起始位置 因此 可以用c波形控制計數器的開始 以對13 56MHz時鐘計數 若按模8計數 則d波形中的 pause 脈寬應為8 13 56即0 59 s 因而可滿足TYPEA中 pause 凹槽脈沖底寬的要求 這樣 通過波形d中輸出的相應時序ZZXXYXYZY即可完成修正密勒碼的編碼 當送完數據后 拉低使能電平 編碼器停止工作 2020 4 21 4 修正密勒碼解碼器 修正密勒碼解碼器原理框圖 3 3密勒碼 2020 4 21 修正密勒碼解碼時序圖 3 3密勒碼 2020 4 21 讀寫器向電子標簽傳輸的數據編碼采用脈沖間隔編碼 PulseIntervalEnconding PIE 在PIE編碼中 通過定義脈沖下降沿之間的不同時間寬度來表示4種符號 0 1 SOF EOF Tari時間段稱為基本時間段 它為符號0的相鄰兩個脈沖之間的時間寬度 基準值為20us 100ppm UHF頻段ISO IEC18000 6C前向鏈路可采用該編碼方式 3 4脈沖間隔編碼 2020 4 21 FM0 即Bi phaseSpace 編碼的全稱為雙相間隔碼編碼 編碼原理是在一個位窗內采用電平變化來表示邏輯 如果電平從位窗的起始處翻轉 則表示邏輯 1 如果電平除了在位窗的起始處翻轉 還在位窗中間翻轉則表示邏輯 0 一個位窗的持續時間25 s UHF頻段ISO IEC18000 6B 6C反向鏈路可采用該編碼方式 3 5FM0碼 2020 4 21 3 5FM0碼 2020 4 21 將編碼數據變換為更高頻率的脈沖串 該脈沖串的脈沖波形參數受編碼數據0和1調制 主要的調制方式為頻移鍵控FSK和相移鍵控PSK 3 6脈沖調制與解調 1 FSK FSK脈沖調制波形 2020 4 21 FSK實現的原理框圖 3 6脈沖調制與解調 2020 4 21 FSK解調電路原理圖 3 6脈沖調制與解調 2020 4 21 FSK解調工作原理如下 觸發器D1將輸入FSK信號變為窄脈沖 觸發器D1采用74HC74 當端為高時 FSK上跳沿將Q端置高 但由于此時為低 故CL端為低 又使Q端回到低電平 Q端的該脈沖使十進計數器4017復零并可重新計數 3 6脈沖調制與解調 2020 4 21 2 PSK1和PSK2 采用PSK1調制時 若在數據位的起始處出現上升沿或下降沿 即出現1 0或0 1交替 則相位將于位起始處跳變180 而PSK2調制時 相位在數據位為1時從位起始處跳變180 在數據位為0時則相位不變 3 6脈沖調制與解調 2020 4 21 PSK調制電路 選擇相位法電路框圖 3 6脈沖調制與解調 2020 4 21 PSK解調電路 3 6脈沖調制與解調 2020 4 21 設PSK信號的數據速率為fc 2 fc為射頻載波頻率值125kHz 則加至解調器的PSK信號是125kHz 2 62 5kHz的方波信號 該PSK信號進入解調器后分為兩路 一路加至觸發器D3的時鐘輸入端 CLK 觸發器D3是位值判決電路 另一路用于形成相位差為90 的基準信號 觸發器D3的D輸入端加入的是由125kHz載波基準形成的62 5kHz基準方波信號 這樣 若觸發器的D3的時鐘與D輸入端兩信號相位差為90 或相位差不偏至0 或180 附近 則觸發器D3的Q端輸出信號即為NRZ碼 可供微控制器MCU讀入 3 6脈沖調制與解調 2020 4 21 PSK解調電路的相關波形 3 6脈沖調制與解調 2020 4 21 1 TYPEA中的副載波調制 標準幀的結構 3 7副載波與副載波調制解調 副載波調制波形 2020 4 21 2 TYPEB中的副載波調制位編碼采用不歸零NRZ編碼 副載波調制采用BPSK方式 邏輯狀態的轉換用副載波相移180 來表示 0表示邏輯1 0 180 表示邏輯0 副載波頻率fs 847kHz 數據傳輸速率為106kbps 3 7副載波與副載波調制解調 副載波調制波形 2020 4 21 3 TYPEA中的副載波解調 1 相干解調 同步解調 2 非相干解調ASK調制時 其包絡線與基帶信號成正比 因此采用包絡檢波就可以復現基帶信號 這種方法無須同頻同相的副載波基準信號 3 7副載波與副載波調制解調 2020 4 21 1 正弦振蕩的載波信號調幅 調制信號 產生的調幅波 設上式v t 的相位角 0 積化和差 3 8正弦波調制解調 2020 4 21 2 振幅調制模型3 調幅波的頻域 3 8正弦波調制解調 2020 4 21 4 脈沖調幅波 3 8正弦波調制解調 2020 4 21 5 數字調制ASK方式的實現國際標準ISO14443的負