什么是RFID系統編碼

1.數據和信號

     數據可定義為表意的實體，分為模擬數據和數字數據。模擬數據在某些時間間隔上取連續(xù)的值，如語音、溫度、壓力等。數字數據取離散值，為人們所熟悉的例子是文本或字符串。在電子標簽中存放的數據是數字數據。
    在通信系統中，數據以電氣信號的形式從一點傳向另一點。信號是數據的電氣或者電磁形式的編碼，信號可以分為模擬信號和數字信號。
    模擬信號是連續(xù)變化的電磁波，可以通過不同的介質傳輸，如有線信道和無線信道。模擬信號在時域中表現為連續(xù)的變化，在頻域中其頻譜是離散的。模擬信號用來表示模擬數據。
    數字信號是一種電壓脈沖序列，數據取離散值，它可以通過有線介質傳輸。數字信號用于表示數字數據，通?？捎眯盘柕膬蓚€穩(wěn)態(tài)電平來表示，一個表示二進制的0，另一個表示二進制的1。

2.信號的帶寬
   信號的帶寬是指信號頻譜的寬度。很多信號具有無限的帶寬，但是信號的大部分能量往往集中在較窄的一段頻帶中，這個頻帶稱為該信號的有效帶寬或帶寬。

3.傳輸介質
   傳輸介質是數據傳輸系統里發(fā)送器和接收器之間的物理通路。傳輸介質可以分為有線傳輸介質和無線傳輸介質。RFID系統信道的傳輸介質為磁場（電感耦合）和電磁波（微波），都屬于無線傳輸。
RFID系統所用的頻率為小于135kHz的LF頻率及ISM頻率的13.56MHz（HF）、433MHz（UHF）、869MHz（UHF）、915MHz（UHF）、2.45GHz（UHF）、5.8GHz（SHF）。

4.信道
    與信號可分為模擬信號和數字信號相似，信道也可以分為傳送模擬信號的模擬信道和傳送數字信號的數字信道兩大類。但應注意的是，數字信號經過數模變換后就可以在模擬信道上傳送，模擬信號經過模數變換后也可以在數字信道上傳送。
1）數據傳輸速率
    數據傳輸速率指每秒傳輸二進制信息的位數，單位為位/秒，記作bps或b/s。其計算公式為:s=1/T log2N (dps)

   式中，T為一個數字脈沖信號的寬度（全寬碼）或重復周期（歸零碼），單位為秒；N為一個碼元所取的離散值個數。
    通常N=2K，K為二進制信息的位數，K=log2N。
     當N=2時，S=1/T，表示數據傳輸速率等于碼元脈沖的重復頻率。
2）信號傳輸速率
   信號傳輸速率指單位時間內通過信道傳輸的碼元數，單位為波特，記作Baud。其計算公式為
   式中，T為信號碼元的寬度，單位為秒。
   信號傳輸速率也稱碼元速率、調制速率或波特率。
由式（4-1）、式（4-2）得

S=B log2N (dps)  或  B=S/log2N(Baud)

5.信道容量

    給定條件，給定通信路徑或信道上的數據傳輸速率稱為信道容量。信道容量表示一個信道的最大數據傳輸速率，其單位為位/秒（bps）。信道容量與數據傳輸速率的區(qū)別是，前者表示信道的最大數據傳輸速率，是信道傳輸數據能力的極限，而后者是實際的數據傳輸速率。
    信道容量和傳輸帶寬成正比關系。實際所用的帶寬都有一定的限制，這往往是考慮到不要對其他的信號源產生干擾，從而有意對帶寬進行了限制。因此，必須盡可能高效率地使用帶寬，這樣能在有限的帶寬中獲得最大的數據傳輸速率。制約帶寬使用效率的主要因素是噪聲。
1）離散的信道容量
   奈奎斯特（Nyquist）在無噪聲下的碼元速率極限值B與信道帶寬H的關系為

B=2 H (Baud)
奈奎斯特公式：無噪信道傳輸能力公式，為

C=2 H log2N(bps)
式中，H為信道的帶寬，即信道傳輸上、下限頻率的差值，單位為Hz；N為一個碼元所取的離散值個數。
2）連續(xù)的信道容量
香農公式：帶噪信道容量公式，為

C=H log2(1+S/N) (bps)
式中，S為信號功率；N為噪聲功率；S/N為信噪比，通常把信噪比表示成10lg（S/N）分貝（dB）。

6.編碼
     RFID系統的結構與通信系統的基本模型結構相類似，滿足了通信功能的基本要求。其讀寫器和電子標簽之間的數據傳輸構成了與基本通信模型相類似的結構。其讀寫器與電子標簽之間的數據傳輸需要三個主要功 能塊，按讀寫器到電子標簽的數據傳輸方向，RFID系統的通信模型主要由讀寫器（發(fā)送器）中的信號編碼（信號處理）和調制器（載波電路），傳輸介質（信道），以及電子標簽（接收器）中的解調器（載波回路）和信號譯碼（信號處理）組成。
1）RFID數據傳輸的常用編碼格式
數字基帶信號波形，可以用不同形式的代碼來表示二進制的“1”和“0”。RFID系統通常使用下列編碼方法中的一種：反向不歸零（NRZ）編碼、曼徹斯特（Manchester）編碼、單極性歸零（RZ）編碼、差動雙相（DBP）編碼、密勒（Miller）編碼和差動編碼。
最常用的數字信號波形為矩形脈沖，因為矩形脈沖易于產生和變換。下面以矩形脈沖為例來介紹幾種常用的脈沖波形和傳輸碼型。
（1）反向不歸零（Non Return Zero，NRZ）編碼。
反向不歸零編碼用高電平表示二進制“1”，用低電平表示二進制“0”，此碼型不宜傳輸，有以下原因：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，因為在NRZ中不含位同步信號頻率成分；要求傳輸線有一根接地。
設消息代碼由二進制符號“0”、“1”組成，則單極性不歸零編碼如圖4-9（a）所示。這里，基帶信號的零電位及正電位分別與二進制符號的“0”及“1”一一對應。由此可見，它是一種最簡單的常用碼型。
（2）單極性歸零（RZ）編碼。
單極性歸零碼是在傳送“1”碼時發(fā)送一個寬度小于碼元持續(xù)時間的歸零脈沖，而在傳送“0”碼時不發(fā)送脈沖，即代表數碼的脈沖在小于碼的間間隔內電平回到零值，因此它又稱為歸零碼。它的特點是碼元間隔明顯，有利于碼元定時信號的提取，但碼元的能量較小。
（3）雙極性不歸零編碼。
雙極性不歸零（NRZ）編碼，其特點是數字消息用兩個極性相反而幅度相等的脈沖表示。它與單極性碼相比較有以下優(yōu)點：
① 從平均統計角度來看，消息“1”和“0”的數目各占一半，因此無直流分量；
② 接收雙極性碼時判決門限電平為零，穩(wěn)定不變，因而不受信道特性變化的影響，抗噪聲性能好；
③ 可以在電纜等無接地的傳輸線上傳輸。
（4）曼徹斯特（Manchester）編碼。
     曼徹斯特編碼也稱分相編碼（Split—Phase Coding），其波形如圖4-10 所示，在每一位的中間有一個跳變。位中間的跳變既作為時鐘，又作為數據，其從高到低的跳變表示1，從低到高的跳變表示0。曼徹斯特編碼也是一種歸零碼。曼徹斯特編碼在采用負載波的負載調制或者反向散射調制時，通常用于從電子標簽到讀寫器的數據傳輸，因為這有利于發(fā)現數據傳輸的錯誤。究其原因，在曼徹斯特編碼中“沒有變化”的狀態(tài)是不允許的。當多個電子標簽同時發(fā)送的數據位有不同值時，接收的上升邊和下降邊互相抵消，導致在整個位長度內是不間斷的副載波信號，由于該狀態(tài)不允許，所以讀寫器利用該錯誤就可以判定碰撞發(fā)生的具體位置。
（5）密勒（Miller）編碼。
      Miller編碼也稱延遲調制碼，是一種變形雙向碼。其編碼規(guī)則為：對原始符號，如果是“1”碼元起始，則不跳變，用中心點出現跳變來表示，即用10或01表示。對原始符號“0”則分成單個“0”還是連續(xù)“0”分別進行處理：對于單個“0”，保持0前的電平不變，即在碼元邊界處的電平不跳變，碼元中間點處的電平也不跳變；對于連續(xù)“0”，則使連續(xù)兩個“0”的邊界處發(fā)生電平跳變。
      密勒編碼在半個位周期內的任意邊沿表示二進制“1”，而經過下一個位周期中不變的電平用二進制“0”表示。位周期開始時產生電平交變，如圖4-11所示。因此，對接收器來說，位節(jié)拍比較容易重建。
圖4-11 密勒編碼
2）選擇編碼方法的考慮因素
     在REID系統中使用的電子標簽常常是無源的，而無源標簽需要在讀寫器的通信過程中獲得自身的能量供應。為了保證系統的正常工作，信道編碼方式首先必須保證不能中斷讀寫器對電子標簽的能量供應。另外，出于保障系統可靠工作的需要，還必須在編碼中提供數據一級的校驗保護，編碼方式應該提供這種功能。可以根據碼型的變化來判斷是否發(fā)生誤碼或有電子標簽沖突發(fā)生.