RFID系統(tǒng)的通信過程
數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳輸信息的通信系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中，信源編碼與信源譯碼的目的是提高信息傳輸?shù)挠行砸约巴瓿赡?數(shù)轉(zhuǎn)換等；信道編碼與信道譯碼的目的是增強(qiáng)信號(hào)的抗干擾能力，提高傳輸?shù)目煽啃?；?shù)字調(diào)制是改變載波的某些參數(shù)（如振幅、頻率等），使其按照將要傳輸信號(hào)的特點(diǎn)變化而變化的過程，通過將數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到高頻處，形成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘?hào)。按照信道所采用的傳輸介質(zhì)，信道一般可分為有線信道和無(wú)線信道。解調(diào)和譯碼分別是調(diào)制和編碼的逆過程。
在RFID系統(tǒng)中，讀寫器和電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸方式與基本的數(shù)字通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類似。讀寫器與電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，這里以讀寫器向電子標(biāo)簽傳輸數(shù)據(jù)為例說(shuō)明其通信過程。讀寫器中的信號(hào)經(jīng)過信號(hào)編碼、調(diào)制器、傳輸介質(zhì)（無(wú)線信道），以及電子標(biāo)簽中的解調(diào)器和信號(hào)譯碼等處理，如下圖所示。
1. 編碼與解碼
信號(hào)編碼的作用是對(duì)發(fā)送端要傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行編碼，使要傳輸?shù)男盘?hào)與信道相匹配，防止信息受到干擾或發(fā)生碰撞。根據(jù)編碼目的的不同，編碼主要包括信源編碼和信道編碼。
（1）信源編碼與信源解碼。信源編碼是對(duì)信源輸出的信號(hào)進(jìn)行變換，就RFID而言，編碼的對(duì)象通常是存儲(chǔ)器中數(shù)字信息。信源解碼是信源編碼的逆過程。
在RFID系統(tǒng)中，當(dāng)電子標(biāo)簽是無(wú)源標(biāo)簽時(shí)，經(jīng)常要求基帶編碼在每?jī)蓚€(gè)相鄰數(shù)據(jù)位元間具有跳變的特點(diǎn)，相鄰數(shù)據(jù)間的碼跳變不僅可以在連續(xù)出現(xiàn)“0”時(shí)保證對(duì)電子標(biāo)簽的能量供應(yīng)，而且便于電子標(biāo)簽從接收碼中提取時(shí)鐘信息。
（2）信道編碼與信道解碼。信道編碼是對(duì)信源編碼器輸出的信號(hào)進(jìn)行再變換，是為了區(qū)分通路、適應(yīng)信道條件，以及提高通信可靠性而進(jìn)行的編碼。信道編碼的主要目的是前向糾錯(cuò)，以增強(qiáng)數(shù)字信號(hào)的抗干擾能力。數(shù)字信號(hào)在信道傳輸時(shí)會(huì)受到噪聲等因素影響引起差錯(cuò)，為了減少差錯(cuò)，發(fā)送端的信道編碼器對(duì)傳輸?shù)男盘?hào)碼元按一定的規(guī)則加入保護(hù)成分（監(jiān)督元），組成抗干擾編碼。接收端的信道編碼器按相應(yīng)的逆規(guī)則進(jìn)行解碼，從而發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或糾正錯(cuò)誤，以提高通信系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃浴?/span>
2. 調(diào)制與解調(diào)
調(diào)制器用于改變高頻載波信號(hào)，使得載波信號(hào)的振幅、頻率或相位與要發(fā)送的基帶信號(hào)相關(guān)。解調(diào)器的作用則是解調(diào)獲取到的信號(hào)，以重現(xiàn)基帶信號(hào)。此處給出一個(gè)形象的例子來(lái)說(shuō)明調(diào)制和解調(diào)，假設(shè)某人需要從出發(fā)點(diǎn)（即信源）到目的地（即信宿），由于天氣刮風(fēng)下雨（可理解為受到噪聲的影響），此人需乘車前往，則這個(gè)人相當(dāng)于我們所說(shuō)的調(diào)制信號(hào)，而汽車在這里相當(dāng)于載波，人在出發(fā)點(diǎn)上車的過程可以理解為調(diào)制的過程，而在目的處下車的過程則可理解為解調(diào)的過程。從技術(shù)角度講，信號(hào)需要調(diào)制的因素包括：:
（1）工作頻率越高帶寬就越大。要使信號(hào)的能量能以電場(chǎng)和磁場(chǎng)的形式向空中發(fā)射出去傳向遠(yuǎn)方，需要較高的振蕩頻率方能使電場(chǎng)和磁場(chǎng)迅速變化。例如，當(dāng)工作頻率為1 GHz時(shí)，若傳輸?shù)南鄬?duì)帶寬為10%時(shí)，可以傳輸100 MHz帶寬的信號(hào)；當(dāng)工作頻率為1 MHz時(shí)，若傳輸?shù)南鄬?duì)帶寬也為10%，只可以傳輸0.1 MHz帶寬的信號(hào)。通過比較可以看出，工作頻率越高，帶寬就越大。
（2）工作頻率越高天線尺寸就越小。由天線知識(shí)可知，只有當(dāng)饋送到天線上的信號(hào)波長(zhǎng)和天線的尺寸可以相比擬時(shí)，天線才能有效地輻射或接收電磁波。電磁波的波長(zhǎng)λ和頻率f之間的關(guān)系為
芯創(chuàng)益-邱日恒:
λ=c/f
式中，c為光速，c=3×108 m/s。
如果信號(hào)的頻率太低，則無(wú)法產(chǎn)生迅速變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，同時(shí)它們的波長(zhǎng)又太大，如20 000 Hz頻率下波長(zhǎng)仍為15 000 m，實(shí)際中是不可能架設(shè)這么長(zhǎng)的天線。因此，要把信號(hào)傳輸出去，必須提高頻率，縮短波長(zhǎng)。常用的一種方法是將信號(hào)“搭乘”在高頻載波上，也就是高頻調(diào)制，借助于高頻電磁波將低頻信號(hào)發(fā)射出去。
（3）信道復(fù)用。一般每個(gè)需要傳輸?shù)男盘?hào)占用的帶寬都小于信道帶寬，因此，一個(gè)信道可由多個(gè)信號(hào)共享。但是未經(jīng)調(diào)制的信號(hào)很多都處于同一頻率
芯創(chuàng)益-邱日恒:
范圍內(nèi)，接收端難以正確識(shí)別，一種解決方法是將多個(gè)基帶信號(hào)分別搬移到不同的載頻處，從而實(shí)現(xiàn)在一個(gè)信道里同時(shí)傳輸許多信號(hào)，提高信道利用率。
