什么是RFID系統(tǒng)編碼

1.數(shù)據(jù)和信號(hào)

     數(shù)據(jù)可定義為表意的實(shí)體，分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)在某些時(shí)間間隔上取連續(xù)的值，如語(yǔ)音、溫度、壓力等。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)取離散值，為人們所熟悉的例子是文本或字符串。在電子標(biāo)簽中存放的數(shù)據(jù)是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
    在通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)以電氣信號(hào)的形式從一點(diǎn)傳向另一點(diǎn)。信號(hào)是數(shù)據(jù)的電氣或者電磁形式的編碼，信號(hào)可以分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。
    模擬信號(hào)是連續(xù)變化的電磁波，可以通過(guò)不同的介質(zhì)傳輸，如有線信道和無(wú)線信道。模擬信號(hào)在時(shí)域中表現(xiàn)為連續(xù)的變化，在頻域中其頻譜是離散的。模擬信號(hào)用來(lái)表示模擬數(shù)據(jù)。
    數(shù)字信號(hào)是一種電壓脈沖序列，數(shù)據(jù)取離散值，它可以通過(guò)有線介質(zhì)傳輸。數(shù)字信號(hào)用于表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，通?？捎眯盘?hào)的兩個(gè)穩(wěn)態(tài)電平來(lái)表示，一個(gè)表示二進(jìn)制的0，另一個(gè)表示二進(jìn)制的1。

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

3.傳輸介質(zhì)
   傳輸介質(zhì)是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)里發(fā)送器和接收器之間的物理通路。傳輸介質(zhì)可以分為有線傳輸介質(zhì)和無(wú)線傳輸介質(zhì)。RFID系統(tǒng)信道的傳輸介質(zhì)為磁場(chǎng)（電感耦合）和電磁波（微波），都屬于無(wú)線傳輸。
RFID系統(tǒng)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(hào)可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)相似，信道也可以分為傳送模擬信號(hào)的模擬信道和傳送數(shù)字信號(hào)的數(shù)字信道兩大類(lèi)。但應(yīng)注意的是，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)模變換后就可以在模擬信道上傳送，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)變換后也可以在數(shù)字信道上傳送。
1）數(shù)據(jù)傳輸速率
    數(shù)據(jù)傳輸速率指每秒傳輸二進(jìn)制信息的位數(shù)，單位為位/秒，記作bps或b/s。其計(jì)算公式為:s=1/T log2N (dps)

   式中，T為一個(gè)數(shù)字脈沖信號(hào)的寬度（全寬碼）或重復(fù)周期（歸零碼），單位為秒；N為一個(gè)碼元所取的離散值個(gè)數(shù)。
    通常N=2K，K為二進(jìn)制信息的位數(shù)，K=log2N。
     當(dāng)N=2時(shí)，S=1/T，表示數(shù)據(jù)傳輸速率等于碼元脈沖的重復(fù)頻率。
2）信號(hào)傳輸速率
   信號(hào)傳輸速率指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)信道傳輸?shù)拇a元數(shù)，單位為波特，記作Baud。其計(jì)算公式為
   式中，T為信號(hào)碼元的寬度，單位為秒。
   信號(hào)傳輸速率也稱碼元速率、調(diào)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(shù)據(jù)傳輸速率稱為信道容量。信道容量表示一個(gè)信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，其單位為位/秒（bps）。信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別是，前者表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，是信道傳輸數(shù)據(jù)能力的極限，而后者是實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸速率。
    信道容量和傳輸帶寬成正比關(guān)系。實(shí)際所用的帶寬都有一定的限制，這往往是考慮到不要對(duì)其他的信號(hào)源產(chǎn)生干擾，從而有意對(duì)帶寬進(jìn)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(shù)據(jù)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(wú)噪聲下的碼元速率極限值B與信道帶寬H的關(guān)系為

B=2 H (Baud)
奈奎斯特公式：無(wú)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(gè)碼元所取的離散值個(gè)數(shù)。
2）連續(xù)的信道容量
香農(nóng)公式：帶噪信道容量公式，為

C=H log2(1+S/N) (bps)
式中，S為信號(hào)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(tǒng)的結(jié)構(gòu)與通信系統(tǒng)的基本模型結(jié)構(gòu)相類(lèi)似，滿足了通信功能的基本要求。其讀寫(xiě)器和電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸構(gòu)成了與基本通信模型相類(lèi)似的結(jié)構(gòu)。其讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸需要三個(gè)主要功 能塊，按讀寫(xiě)器到電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸方向，RFID系統(tǒng)的通信模型主要由讀寫(xiě)器（發(fā)送器）中的信號(hào)編碼（信號(hào)處理）和調(diào)制器（載波電路），傳輸介質(zhì)（信道），以及電子標(biāo)簽（接收器）中的解調(diào)器（載波回路）和信號(hào)譯碼（信號(hào)處理）組成。
1）RFID數(shù)據(jù)傳輸?shù)某Ｓ镁幋a格式
數(shù)字基帶信號(hào)波形，可以用不同形式的代碼來(lái)表示二進(jìn)制的“1”和“0”。RFID系統(tǒng)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(dòng)雙相（DBP）編碼、密勒（Miller）編碼和差動(dòng)編碼。
最常用的數(shù)字信號(hào)波形為矩形脈沖，因?yàn)榫匦蚊}沖易于產(chǎn)生和變換。下面以矩形脈沖為例來(lái)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(jìn)制“1”，用低電平表示二進(jìn)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(mén)限與信號(hào)功率有關(guān)，不方便使用；不能直接用來(lái)提取位同步信號(hào)，因?yàn)樵贜RZ中不含位同步信號(hào)頻率成分；要求傳輸線有一根接地。
設(shè)消息代碼由二進(jìn)制符號(hào)“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(hào)的零電位及正電位分別與二進(jìn)制符號(hào)的“0”及“1”一一對(duì)應(yīng)。由此可見(jiàn)，它是一種最簡(jiǎn)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(shí)發(fā)送一個(gè)寬度小于碼元持續(xù)時(shí)間的歸零脈沖，而在傳送“0”碼時(shí)不發(fā)送脈沖，即代表數(shù)碼的脈沖在小于碼的間間隔內(nèi)電平回到零值，因此它又稱為歸零碼。它的特點(diǎn)是碼元間隔明顯，有利于碼元定時(shí)信號(hào)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(diǎn)是數(shù)字消息用兩個(gè)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(diǎn)：
① 從平均統(tǒng)計(jì)角度來(lái)看，消息“1”和“0”的數(shù)目各占一半，因此無(wú)直流分量；
② 接收雙極性碼時(shí)判決門(mén)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(wú)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(gè)跳變。位中間的跳變既作為時(shí)鐘，又作為數(shù)據(jù)，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(fù)載波的負(fù)載調(diào)制或者反向散射調(diào)制時(shí)，通常用于從電子標(biāo)簽到讀寫(xiě)器的數(shù)據(jù)傳輸，因?yàn)檫@有利于發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e(cuò)誤。究其原因，在曼徹斯特編碼中“沒(méi)有變化”的狀態(tài)是不允許的。當(dāng)多個(gè)電子標(biāo)簽同時(shí)發(fā)送的數(shù)據(jù)位有不同值時(shí)，接收的上升邊和下降邊互相抵消，導(dǎo)致在整個(gè)位長(zhǎng)度內(nèi)是不間斷的副載波信號(hào)，由于該狀態(tài)不允許，所以讀寫(xiě)器利用該錯(cuò)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(diào)制碼，是一種變形雙向碼。其編碼規(guī)則為：對(duì)原始符號(hào)，如果是“1”碼元起始，則不跳變，用中心點(diǎn)出現(xiàn)跳變來(lái)表示，即用10或01表示。對(duì)原始符號(hào)“0”則分成單個(gè)“0”還是連續(xù)“0”分別進(jìn)行處理：對(duì)于單個(gè)“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(diǎn)處的電平也不跳變；對(duì)于連續(xù)“0”，則使連續(xù)兩個(gè)“0”的邊界處發(fā)生電平跳變。
      密勒編碼在半個(gè)位周期內(nèi)的任意邊沿表示二進(jìn)制“1”，而經(jīng)過(guò)下一個(gè)位周期中不變的電平用二進(jìn)制“0”表示。位周期開(kāi)始時(shí)產(chǎn)生電平交變，如圖4-11所示。因此，對(duì)接收器來(lái)說(shuō)，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(tǒng)中使用的電子標(biāo)簽常常是無(wú)源的，而無(wú)源標(biāo)簽需要在讀寫(xiě)器的通信過(guò)程中獲得自身的能量供應(yīng)。為了保證系統(tǒng)的正常工作，信道編碼方式首先必須保證不能中斷讀寫(xiě)器對(duì)電子標(biāo)簽的能量供應(yīng)。另外，出于保障系統(tǒng)可靠工作的需要，還必須在編碼中提供數(shù)據(jù)一級(jí)的校驗(yàn)保護(hù)，編碼方式應(yīng)該提供這種功能?？梢愿鶕?jù)碼型的變化來(lái)判斷是否發(fā)生誤碼或有電子標(biāo)簽沖突發(fā)生.