1、物聯網射頻識別（物聯網射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用第第4章章 編碼與調制編碼與調制點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯網射頻識別（物聯網射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用讀寫器與電子標簽之間消息的傳遞是通過電信號實現的。讀寫器與電子標簽之間消息的傳遞是通過電信號實現的。原始的電信號通常稱為基帶信號，有些信道可以直接傳輸基帶信原始的電信號通常稱為基帶信號，有些信道可以直接傳輸基帶信號，但以自由空間作為信道的無線電傳輸卻無法直接傳遞基帶信號，但以自由空間作為信道的無線電傳輸卻無法直接傳遞基帶信號。將基帶信號編碼，然后變換成適合在信道中傳輸的信號，這號。將基帶信

2、號編碼，然后變換成適合在信道中傳輸的信號，這個過程稱為編碼與調制；在接收端進行反變換，然后進行解碼，個過程稱為編碼與調制；在接收端進行反變換，然后進行解碼，這個過程稱為解調與解碼。調制以后的信號稱為已調信號，它具這個過程稱為解調與解碼。調制以后的信號稱為已調信號，它具有兩個基本特征，一個是攜帶有信息，一個是適合在信道中傳輸。有兩個基本特征，一個是攜帶有信息，一個是適合在信道中傳輸。 點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯網射頻識別（物聯網射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用點擊此處結束放映點擊此處結束放映 信號與信道信號與信道4.1編碼與調制編碼與調制4.2RFID常用的編碼方法常

3、用的編碼方法4.3RFID常用的調制方法常用的調制方法4.4物聯網射頻識別（物聯網射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯網射頻識別（物聯網射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用RFID常用的調制方法常用的調制方法4.4點擊此處結束放映點擊此處結束放映1、調制和解調l通常基帶信號具有較低的頻率分量，不宜通過無線信道傳輸。因此，在通信系統的發送端需要由一個載波來運載基帶信號，也就是使載波的某個參量隨基帶信號的規律而變化，這一過程稱為（載波）調制。l載波受調制以后稱為已調信號，它含有基帶信號的全部特征。l在通信系統的接收端則需要有解調過程，

4、其作用是將已調信號中的原始基帶信號恢復出來。l調制和解調過程對通信系統是至關重要的，因為調制解調方式在很大程度上決定了系統可能達到的性能。三、RFID的調制和解調海南汽車過海0.5cbaudfN0.5cbaudfNcfcf(1)baudBWdNBWbaudNd0cf1cf01()ccbaudBWffN 與計算與計算ASK調制所需最小帶寬的原理相同，調制所需最小帶寬的原理相同，。但。但PSK調制中的調制中的最大比特率比最大比特率比ASK要大的多要大的多。因此，盡管在相同的帶寬。因此，盡管在相同的帶寬下下ASK調制和調制和PSK調制的最大波特率相同，調制的最大波特率相同，但但PSK調制的調制的卻可

5、以是卻可以是ASK調制的兩調制的兩倍或更多（如圖倍或更多（如圖5.26所示）所示）. 物聯網射頻識別（物聯網射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用數字基帶信號往往具有豐富的低頻分量，必須用數字基帶信號往往具有豐富的低頻分量，必須用數字基帶信號對載波進行調制，而不是直接傳送數字基數字基帶信號對載波進行調制，而不是直接傳送數字基帶信號，以使信號與信道的特性相匹配。帶信號，以使信號與信道的特性相匹配。用數字基帶信用數字基帶信號控制載波，把數字基帶信號變換為數字已調信號的過號控制載波，把數字基帶信號變換為數字已調信號的過程稱為數字調制程稱為數字調制，RFID主要采用主要采用數字調制數字調制

6、的方式。的方式。點擊此處結束放映點擊此處結束放映l調制的基本作用是頻率搬移。概括起來，調制主要有如下幾個目的：頻率搬移頻率搬移。調制把基帶信號頻譜搬移到一定的頻率范圍，以適應信道傳輸要求。實現信道復用實現信道復用。一般每個被傳輸信號占用的帶寬小于信道帶寬，因此，一個信道同時只傳一個信號是很浪費的，此時信道工作在遠小于其傳輸信息容量的情況下。然而通過調制，使各個信號的頻譜搬移到指定的位置，從而實現在一個信道里同時傳輸許多信號。工作頻率越高帶寬越大工作頻率越高帶寬越大。根據信息論一般原理可知，寬帶通信系統一般表現出較好的抗干擾性能。將信號變換，使它占據較大的帶寬，它將具有較強的抗干擾性。工作頻率越

7、高天線尺寸越小工作頻率越高天線尺寸越小。如果天線的尺寸可以與工作波長相比擬，天線的輻射更為有效。由于工作頻率與波長成反比，提高工作頻率可以降低波長，進而減小天線的尺寸，迎合現代通信對尺寸小型化的要求。調制深度調制深度BAmA=（A-B）/（A+B）*100%51物聯網射頻識別（物聯網射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用4.4.1 數字調制數字調制 數字信號有離散取值的特點，數字調制技術利用數數字信號有離散取值的特點，數字調制技術利用數字信號的這一特點，字信號的這一特點，通過開關通過開關“鍵控鍵控”載波載波，從而實現，從而實現數字調制。數字調制。 數字信息有二進制與多進制之分，數字

8、調制也分為數字信息有二進制與多進制之分，數字調制也分為二進制調制與多進制調制。二進制調制與多進制調制。點擊此處結束放映點擊此處結束放映RFID常用調制方法一個正弦波可以通過3個特性進行定義：振幅、頻率和相位。當我們改變其中任何一個特性時，就有了波的另一個形式。有3種將數字數據調制到模擬信號的機制。幅移鍵控法（Amplitude-Shift Keying，ASK）。頻移鍵控法（Frequency-Shift Keying，FSK）。相移鍵控法（Phase-Shift Keying，PSK）。正交調幅（Quadrature Amplitude Modulation，QAM），一種將振幅和相位變化結

9、合起來的機制，其中正交調幅的效率最高，也是現在所有的調制解調器中經常采用的技術。53物聯網射頻識別（物聯網射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用1. 載波載波載波是指被調制以傳輸信號的波形，載波一般為載波是指被調制以傳輸信號的波形，載波一般為正弦振蕩信號，正弦振蕩的載波信號可以表示為正弦振蕩信號，正弦振蕩的載波信號可以表示為 （5.6）載波被調制以后，載波的振幅、頻率或相位就隨信號的載波被調制以后，載波的振幅、頻率或相位就隨信號的變化而變化。變化而變化。)cos()(tAtvc點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯網射頻識別（物聯網射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用2

10、.振幅鍵控振幅鍵控調幅是指載波的頻率和相位不變，載波的振幅隨調調幅是指載波的頻率和相位不變，載波的振幅隨調制信號的變化而變化。制信號的變化而變化。振幅鍵控（振幅鍵控（Amplitude Shift Keying，ASK）是利用載）是利用載波的幅度變化傳遞數字信息波的幅度變化傳遞數字信息，在二進制數字調制中，載波，在二進制數字調制中，載波的幅度只有兩種變化，分別對應二進制的的幅度只有兩種變化，分別對應二進制的“1”和和“0”。點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯網射頻識別（物聯網射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用圖圖4.9 振幅鍵控的時間波形振幅鍵控的時間波形點擊此處結束放映點擊

11、此處結束放映物聯網射頻識別（物聯網射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用3.頻移鍵控頻移鍵控頻移鍵控（頻移鍵控（Frequency Shift Keying，FSK）是利用載）是利用載波的頻率變化傳遞數字信息，是對載波的頻率進行鍵控波的頻率變化傳遞數字信息，是對載波的頻率進行鍵控。二進制頻移鍵控載波的頻率只有兩種變化狀態，載波的頻二進制頻移鍵控載波的頻率只有兩種變化狀態，載波的頻率在率在 和和 兩個頻率點變化，分別對應二進制信息兩個頻率點變化，分別對應二進制信息的的“1”和和“0”。1f2f點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯網射頻識別（物聯網射頻識別（RFIDRFID）技術與應用

12、）技術與應用圖圖4.11 頻移鍵控的時間波形頻移鍵控的時間波形點擊此處結束放映點擊此處結束放映59v脈沖調制 v 將數據的NRZ碼變換為更高頻率的脈沖串，該脈沖串的脈沖波形參數受NRZ碼的值0和1調制。v 主要的調制方式為頻移鍵控FSK和相移鍵控PSK。 三、RFID編碼、調制與數據校驗60v脈沖調制 vFSK FSK脈沖調制波形 三、RFID編碼、調制與數據校驗61v脈沖調制 vFSK調制調制 FSK實現的原理框圖 三、RFID編碼、調制與數據校驗62v脈沖調制 vFSK解調解調 FSK解調電路原理圖 三、RFID編碼、調制與數據校驗63v脈沖調制 vFSK解調解調工作原理如下：vv 觸發器

13、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。 三、RFID編碼、調制與數據校驗物聯網射頻識別（物聯網射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用4. 相移鍵控相移鍵控相移鍵控（相移鍵控（Phase Shift Keying，PSK）是利用載波的）是利用載波的相位變化傳遞數字信息相位變化傳遞數字信息，是對載波的相位進行鍵控。二進，是對載波的相位進行鍵控。二進制相移鍵控載波的初始相位有兩種變化狀態，通常載波的制相移鍵控載波的初始相位有兩種變化

14、狀態，通常載波的初始相位在初始相位在0和和兩種狀態變化，分別對應二進制信息的兩種狀態變化，分別對應二進制信息的“1”和和“0”。點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯網射頻識別（物聯網射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用圖圖4.12 相移鍵控的時間波形相移鍵控的時間波形點擊此處結束放映點擊此處結束放映66v脈沖調制vPSK1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。 三、RFID編碼、調制與數據校驗67vPSK調制

15、電路 選擇相位法電路框圖 三、RFID編碼、調制與數據校驗683 編碼和調制 vPSK解調電路 v閱讀器能正確將PSK調制信號變換為NRZ碼的關鍵。69v 設PSK信號的數據速率為fc/2（fc為射頻載波頻率值125 kHz），則加至解調器的PSK信號是125 kHz/2=62.5 kHz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125 kHz載波基準形成的62.5 kHz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

16、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。 三、RFID編碼、調制與數據校驗70PSK解調電路的相關波形 三、RFID編碼、調制與數據校驗物聯網射頻識別（物聯網射頻識別（RFIDRFID）技術與應用）技術與應用4.4.2 副載波調制副載波調制副載波調制是指副載波調制是指首先把信號調制在載波首先把信號調制在載波1上上，出于某，出于某種原因，決定對這個結果再進行一次調制，于是用這個結種原因，決定對這個結果再進行一次調制，于是用這個結果去調制另外一個頻率更高的載波果去調制另外一個頻率更高的載波2。點擊此處結束放映點擊此處結束放映物聯網射頻識別（物聯網射頻識別（

17、RFIDRFID）技術與應用）技術與應用圖圖4.13 采用振幅鍵控采用振幅鍵控ASK的副載波調制的副載波調制點擊此處結束放映點擊此處結束放映74v副載波與副載波調制解調 vTYPE A中的副載波調制 標準幀的結構 副載波調制波形 三、RFID編碼、調制與數據校驗75v副載波與副載波調制解調 vTYPE B中的副載波調制 ：vv 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1，0180表示邏輯0，副載波頻率fs=847 kHz，數據傳輸速率為106 kbps。 三、RFID編碼、調制與數據校驗76v副載波與副載波調制解調 vTYPE B中的副載波調制 ：vv數位的副載波調制加負載調制 三、RFID編碼、調制與數據校驗77vTYPE A中的副載波解調v相干解調（同步解調 ） v非相干解調 v 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。三、RFID編碼、調制與數據校驗78v