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RFID數(shù)據(jù)校檢方式

RFID數(shù)據(jù)校檢方式

發(fā)布日期:2020-06-20 18:36:55 作者:Ling 點擊:22569

     RFID系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾源嬖趦蓚€方面的問題:一是外界的各種干擾可能使數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生錯誤;二是多個電子標簽同時占用信道會使發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生碰撞。運用數(shù)據(jù)檢驗(差錯檢測)和防碰撞算法可分別解決這兩個問題。通常,在設(shè)計數(shù)字通信系統(tǒng)時,首先應(yīng)從合理地選擇調(diào)制制度、解調(diào)方法及發(fā)送功率等方面考慮。若采取上述措施仍難以滿足要求,則需考慮采用下述差錯控制技術(shù)。

1.差錯
按加性干擾引起的錯碼分布規(guī)律的不同,可將差錯分為以下三種類型。
(l)隨機差錯:由隨機噪聲(如熱噪聲)造成的誤碼、錯碼的出現(xiàn)是隨機的;錯碼之間沒有相關(guān)性,是統(tǒng)計獨立的;錯碼的分布是零散的。
(2)突發(fā)差錯:由脈沖噪聲(如閃電等)造成的誤碼、錯碼的出現(xiàn)是成串的;差錯分布比較密集,也就是說在一些短促的時間區(qū)間內(nèi)會出現(xiàn)大量錯碼;差錯之間有相關(guān)性。差錯的持續(xù)時間稱為突發(fā)長度。
(3)混合差錯:既出現(xiàn)隨機差錯又出現(xiàn)突發(fā)出錯,而且哪一種都不能忽略不計的差錯稱為混合差錯。
出現(xiàn)上述三種差錯的信道分別稱為隨機信道、突發(fā)信道和混合信道。

2.差錯控制
    為了降低誤碼率,提高數(shù)字通信的可靠性,往往要采用差錯控制技術(shù)來發(fā)現(xiàn)可能產(chǎn)生的錯碼或發(fā)現(xiàn)并糾正錯碼。差錯控制方式常用的有以下四種。

(1)檢錯重發(fā)方式(Automation Repeat Request,ARQ):接收端收到發(fā)送端發(fā)出的信碼后經(jīng)檢驗,如果發(fā)現(xiàn)有錯碼,但不知道該錯碼的準確位置,則通過反向信道把這一判斷結(jié)果告訴發(fā)送端,然后發(fā)送端把前面發(fā)出的信碼重新傳送,直到接收端確認已正確收到信碼為止。這種方式的實時性不是很強,而且需要具備雙向信道。它適用于非實時通信系統(tǒng),如計算機數(shù)據(jù)通信。
(2)前向糾錯方式(Forward Error Correction,F(xiàn)EC):接收端在收到的信碼中不僅能發(fā)現(xiàn)錯碼,而且還能夠確定錯碼的準確位置,并糾正錯碼。對于二進制系統(tǒng),如果能夠確定錯碼的位置,就能夠糾正它(只要將出錯處的bit取反即可)。這種方式的優(yōu)點是不需要反向信道(傳送重發(fā)指令),也不存在由于反復(fù)重發(fā)所造成的時延,實時性好,但是其糾錯設(shè)備要比檢錯設(shè)備復(fù)雜。它適用于實時通信系統(tǒng),如語音通信等。
(3)反饋校驗方式:接收端將收到的信碼原封不動地轉(zhuǎn)發(fā)回發(fā)送端,并與原發(fā)送信碼相比較,如果發(fā)現(xiàn)錯誤,則發(fā)送端再進行重發(fā)。這種方法的原理和設(shè)備都較簡單,但需要有雙向信道。由于每一信碼都相當于至少傳送了兩次,所以其傳輸效率較低。
(4)混合糾錯方式(Hybrid Error Correction,HEC):該方方式是(1)、(2)兩種方式的結(jié)合,接收端若發(fā)現(xiàn)有少量錯碼,在碼的糾錯能力以內(nèi)用前向糾錯方式進行糾錯;如果錯碼很多,超出了碼的糾錯能力范圍,但能檢測出有錯碼,則自動采用檢錯重發(fā)方式。這種方式能大大降低通信系統(tǒng)的誤碼率,因此它得到了廣泛應(yīng)用。此法又稱為“糾檢結(jié)合方式”。
       在上述幾種方法中,(1)、(2)和(4)都需要在接收端識別有無錯碼。但由于信息碼元序列是一個隨機序列,接收端是無法預(yù)知的(如果預(yù)先知道,就沒有必要發(fā)送了),也無法識別其中有無錯碼,所以為了能夠在接收端識別錯碼,要由發(fā)送端的信道編碼器在信息碼元序列中增加一些監(jiān)督碼元。這些監(jiān)督碼元和信息碼元之間有一定的關(guān)系,使接收端可以利用這種關(guān)系借助信道譯碼器來發(fā)現(xiàn)或糾正可能存在的錯碼。這種在信息碼元序列中加入監(jiān)督碼元的編碼就稱為差錯控制編碼,又稱信道編碼或糾錯編碼。在信息碼中附加冗余的監(jiān)督碼元降低了編碼效率。由此可見,信道編碼是以降低通信的有效性為代價來換取通信可靠性的提高的。
     差錯控制編碼可以從不同的角度進行分類。按碼的控制功能,它分為檢錯碼(只能發(fā)現(xiàn)差錯)和糾錯碼(能發(fā)現(xiàn)并糾正錯碼);按信息碼元和附加的監(jiān)督碼元之間的關(guān)系它可分為分組碼和非分組碼。將信息碼分組,為每組信息碼元附加若干監(jiān)督碼元,監(jiān)督碼元僅監(jiān)督本碼組中的信息碼元,也就是說,每個碼組的監(jiān)督碼元只和該碼組的信息碼元相關(guān),而與其他組的信息碼元無關(guān),則這種碼組稱為分組碼。如果分組內(nèi)信息碼元和監(jiān)督碼元之間是線性關(guān)系,則稱為線性分組碼,否則稱為非線性分組碼。如果采用的編碼規(guī)則使若干個相鄰的碼組都具有了一定的相關(guān)性,則稱這種碼為非分組碼。常用的卷積碼就是非分組碼中最主要的一類。雖然卷積碼編碼后的碼元序列也劃分為碼組,但每組的監(jiān)督碼元不僅與本組的信息碼元有關(guān),而且與前面碼組的信息碼元也有約束關(guān)系。

3.檢糾錯碼
  RFID數(shù)據(jù)信息由信息碼元k與監(jiān)督碼元(也稱檢糾錯碼)r組成,信息碼元與監(jiān)督碼元示意圖4.檢、糾錯碼的分類,根據(jù)檢錯碼與糾錯碼對隨機錯誤和突發(fā)錯誤的檢錯能力,可以對其分類.
1)分組碼
     碼組的檢糾錯碼元僅與本碼組的信息碼元有關(guān),而與其他碼元組的信息碼元無關(guān)。這樣的碼組叫分組碼。
2)卷積碼
     碼組的檢糾錯碼元不僅與本碼組的信息碼元相關(guān),而且與本碼組相鄰的前m個時刻輸入的碼組的信息碼元之間也具有約束關(guān)系,這樣的碼組叫卷積碼,其性能優(yōu)于分組碼。
3)交織碼
交織碼是利用交織技術(shù)構(gòu)造出來的編碼

5.RFID中的差錯檢測

  RFID中的差錯檢測主要采用的是奇偶檢驗碼和CRC碼,它們都屬于線性分組碼。
1)奇偶檢驗碼
奇偶校驗碼是一種通過增加冗余位使得碼字中“1”的個數(shù)恒為奇數(shù)或偶數(shù)的編碼方法,它是一種檢錯碼。在實際使用時,它又可分為垂直奇偶校驗、水平奇偶校驗和水平垂直奇偶校驗等幾種。
2)CRC碼
    CRC碼(循環(huán)冗余碼)具有較強的檢錯能力,其硬件實現(xiàn)簡單,因此在RFID中獲得了廣泛的應(yīng)用。

(1)算法步驟。CRC 碼是基于多項式的編碼技術(shù),在多項式編碼中,將信息位串看成階次從 Xk-1到 X0的信息多項式 M(X)的系數(shù)序列,多項式 M(X)的階次為 k-1。在計算CRC 碼時,發(fā)送方和接收方必須采用一個共同的生成多項式 G(x),G(x)的階次應(yīng)低于M(X),且其最高和最低階的系數(shù)為 1。在此基礎(chǔ)上,CRC碼的算法步驟為:
① 將 k 位信息寫成 k-1 階多項式M(X);
② 設(shè)生成多項式G(X)的階為r;
③ 用模2除法計算XrM(X)/G(X),獲得余數(shù)多項式R(X);

④ 用模 2 減法求得傳送多項式 T(X),T(X)=XrM(X)-R(X),則T(X)多項式系數(shù)序列的前 k 位為信息位,后 r 位為校驗位,總位數(shù)n=k+r。
CRC碼的計算示例如圖4-31所示。信息位串為1111 0111,生成多項式G(X)的系數(shù)序列為10011,階r為4,進行模2除法后,得到余數(shù)多項式R(X)的系數(shù)序列為1111,因此傳送多項式T(X)的系數(shù)為1111 0111 1111,前8位為信息位,后4位為監(jiān)督檢驗位

(2)CRC檢驗原理。因為T(X)一定能被G(X)模2整除,所以判斷接收到的T(X)能否被G(X)整除,就可以知道在傳輸過程中是否出現(xiàn)錯碼。當采用循環(huán)移位寄存器實現(xiàn)CRC碼計算時,應(yīng)注意收、發(fā)雙方的循環(huán)移位寄存器的初始值相同。
(3)CRC編碼標準。CRC碼的優(yōu)點是識別錯誤的可靠性比較好,且只需要少量的操作就可以實現(xiàn)。16位的CRC碼適用于檢驗4KB長數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)完整性,而在RFID系統(tǒng)中,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀明顯地比4KB短,因此除了16位的CRC碼外,還可以使用12位(甚至5位)的CRC碼。

常用的標準生成多項式有如下4個(其中前3個生成多項式是國際標準):
① CRC(12位)=X12+X11+X3+X2+X+1;
② CRC(16位)=X16+X15+X2+1;
③ CRC(CCITT)=X16+X12+X5+1;
④ CRC(32位)=X32+X26+X23+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1。
CRC(16位)多項式對應(yīng)的二進制校驗序列為1 1000 0000 0000 0101B。國際電報電話咨詢委員會(CCITT)推薦的多項式CRC(CCITT)對應(yīng)的二進制校驗序列為1 0001 0000 0010 0001B。

    在RFID標準ISO/IEC14443中,采用的是CRC(CCITT)的生成多項式。但應(yīng)注意的是,該標準中的TYPE A采用CRC-A,計算時循環(huán)移寄存器的初始值為6363H;TYPE B采用CRC-B,循環(huán)位移寄存器的初始值為FFFFH。

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關(guān)鍵詞: RFID數(shù)據(jù)校檢方式RFID

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