RFID系統(tǒng)信源如何編碼？

發(fā)布日期：2021-02-25 08:52:31 作者：Ling 點擊：30940

RFID信源編碼方法
RFID系統(tǒng)信源編碼是指將模擬信號轉換成數(shù)字信號，或將數(shù)字信號編碼成更適合傳輸?shù)臄?shù)字信號。RFID系統(tǒng)中讀寫器和電子標簽所存儲的信息都已經是數(shù)字信號，因此本書介紹的編碼均為數(shù)字信號的編碼。
在實際應用的RFID系統(tǒng)中，選擇編碼方法的考慮因素有很多。例如，無源標簽需要在與讀寫器的通信過程中獲得自身的能量供應；為了保證系統(tǒng)的正常工作，信道編碼方式必須保證不中斷讀寫器對電子標簽的能量供應。數(shù)據編碼一般又稱為基帶數(shù)據編碼，常用的數(shù)據編碼方法有反向不歸零編碼、曼徹斯特編碼、密勒編碼、修正密密勒編碼等，這幾種典型的編碼方式如圖所示，下面將詳細介紹這幾種編碼。

幾種數(shù)據編碼波形圖
1. 反向不歸零編碼
反向不歸零編碼（Non Return Zero，NRZ）用高電平表示二進制“1”，低電平表示二進制“0”。反向不歸零碼一般不宜用于實際傳輸中，主要有以下原因：

1)存在直流分量，信道一般難以傳輸零頻附近的頻率分量；
2)接收端判決門限與信號功率有關，使用不方便；
3)不能直接用來提取位同步信號，因為NRZ中不含有位同步信號頻率成分；
4)要求傳輸線中有一根接地。
5)在RFID系統(tǒng)應用中，為了能很好地解決讀寫器和電子標簽通信時的同步問題，往往不使用數(shù)據的反向不歸零編碼直接對射頻信號進行調制，而是將數(shù)據的反向不歸零碼進行某種編碼后再對射頻信號進行調制，所采用的編碼方法主要有曼徹斯特編碼、密勒碼和修正密勒碼等。

2. 曼徹斯特編碼
曼徹斯特編碼也稱為分相編碼（Split Phase Coding），某位的值是由半個位周期（50%）的電平變化（上升/下降）來表示的。在半個位周期時的負跳變（即電平由1變?yōu)?）表示二進制“1”，正跳變（即電平由0變?yōu)?）表示二進制“0”。
在采用副載波的負載調制或者反向散射調制時，曼徹斯特編碼通常用于從電子標簽到讀寫器方向的數(shù)據傳輸，這有利于發(fā)現(xiàn)數(shù)據傳輸?shù)腻e誤。比如，當多個電子標簽同時發(fā)送的數(shù)據位有不同值時，接收的上升邊和下降邊互相抵消，導致在整個位長度副載波信號是不跳變的，但由于該狀態(tài)是不允許的，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。

曼徹斯特編碼是一種自同步的編碼方式，其時鐘同步信號隱藏在數(shù)據波形中。在曼徹斯特編碼中，每一位的中間跳變既可作為時鐘信號，又可作為數(shù)據信號，因此具有自同步能力和良好的抗干擾性能。
3. 密勒（Miller）編碼

密勒編碼規(guī)則為：對于原始符號“1”，用碼元起始不跳變而中心點出現(xiàn)跳變來表示，即用10或01表示；對于原始符號“0”，則分成單個“0”還是連續(xù)“0”予以不同的處理，單個“0”時，保持“0”前的電平不變，即在碼元邊界處電平不跳變，在碼元中間點電平也不跳變；對于連續(xù)兩個“0”，則使連續(xù)兩個“0”的邊界處發(fā)生電平跳變。密勒碼的編碼規(guī)則如表所示。

密勒碼編碼方法
密勒碼的解碼方法是以2倍時鐘頻率讀入位值后再判決解碼的。首先，讀出0→1的跳變后，表示獲得了起始位，然后每兩位進行一次轉換：01和10都譯為1，00和11都譯為0。密勒碼停止位的電位隨前一位的不同而變化，既可能為00，也可能為11，因此，為保證起始位的一致，停止位后必須規(guī)定位數(shù)的間歇。此外，在判別時若結束位為00，則問題不大，后面再讀入也為00，則可判知前面一個00為停止位。但若停止位為11，則再讀入4位才為0000，而實際上，停止位為11，而不是第一個00。解決這個問題的辦法就是預知傳輸?shù)奈粩?shù)或以字節(jié)為單位傳輸，這兩種方法在RFID系統(tǒng)中均可實現(xiàn)。

4. 修正密勒碼
修正密勒碼是ISO/IEC 14443（Type-A）規(guī)定使用的從讀寫器到電子標簽的數(shù)據傳輸編碼。以ISO/IEC 14443（Type-A）為例，修正密勒碼的編碼規(guī)則為：每位數(shù)據中間有個窄脈沖表示“1”，數(shù)據中間沒有窄脈沖表示“0”，當有連續(xù)的“0”時，從第二個“0”開始在數(shù)據的起始部分增加一個窄脈沖。該標準還規(guī)定起始位的開始處也有一個窄脈沖，而結束位用“0”表示。如果有兩個連續(xù)的位開始和中間部分都沒有窄脈沖，則表示無信息。

該規(guī)則描述為：Type-A首先定義如下三種時序。
1)時序X：在64/f處產生一個凹槽。
2)時序Y：在整個位期間（128/f）不發(fā)生調制。
3)時序Z：在位期間的開始處產生一個凹槽。

其中，f為載波頻率，即13.56 MHz，凹槽脈沖的時間長度為0.5～3.0 μs，用這三種時序對數(shù)據幀進行編碼即修正密勒碼，其編碼規(guī)則如下。
1)邏輯1為時序X。
2)邏輯0為時序Y。
3)數(shù)據傳輸開始時用時序Z表示。
4)數(shù)據傳輸結束時用邏輯0加時序Y表示。
5)無信息傳輸時用至少兩個時序Y表示。
但兩種情況除外：若相鄰有兩個或者更多的0，則從第二個0開始采用時序Z；直接與起始位相連的所有0，用時序Z表示。

修正密勒碼編碼電路原理圖和時序圖如圖所示。假設輸入數(shù)據為011010，則圖（a）所示原理圖中有關部分的波形如圖b）所示。其中，波形c實際上是曼徹斯特編碼的反相波形，用它的上升沿輸出便產生了密勒碼，而用其上升沿產生一個凹槽就是修正密勒碼。