RFID的编码技术及其应用

文章目录

  • 前言
  • 一、编码与解码
  • 1.信源编码与解码
  • 2.信道编码与解码
  • 3.保密编码与解码
  • 二、RFID常用编码
  • 1.不归零(NRZ)编码
  • ①单极性不归零码
  • ②双极性不归零码
  • 2.曼彻斯特编码
  • 3.单极性归零(RZ)编码
  • 4.差动双相(DBP)编码
  • 5.密勒编码
  • 6.差动(分)编码
  • 三、选择编码方式的考虑因素
  • 总结

  • 前言

    本文主要介绍三种编码理论及RFID系统常用的编码方式 。


    一、编码与解码

      编码是为了达到某种目的而对信号进行的一种变换,相反过程一般称为解码或译码。根据编码的目的不同,编码理论有信源编码、信道编码和保密编码3种,主要应用在数字通信技术、自动控制技术和计算机技术等领域。

    1.信源编码与解码

      信源编码是对信源输出的信号进行变换,即将需要转换的模拟信号通过采样、量化变成数字信号,然后对数据压缩(目的是减少码元数目和降低码元速率)以提高信号传输的有效性(通过传输带宽体现)而进行的编码。信源解码是信源编码的逆过程。

    2.信道编码与解码

      信道编码是对信源编码输出的信号进行再变换,包括区分通路、适应信道条件和提高通信可靠性而进行的编码。信道解码是信道编码的逆过程。信道编码的主要目的是前向纠错,增强数字信号的抗干扰能力。数字信号在信道传输时受到噪声等影响会引起差错,为了减小差错,信道编码器对传输的信道码元按照一定的规则加入保护成分(监督码元),组成抗干扰编码。接收端的信道解码器按照相应的逆规则进行解码,从中发现错误或纠正错误,以提高通信的可靠性。

    3.保密编码与解码

      保密编码是对信号进行再变换,即为了使信息在传输过程中不易被人窃译而进行的编码。保密编码的目的是为了隐藏敏感信息,一般采用乱置、替换或两种都有的方法实现,这种处理过程又称为加密。保密解码是保密编码的逆过程,保密解码利用与发送端相同的密码复制品(秘钥),接收端接收数据,实施解密恢复信息的过程(对称加密)。

    二、RFID常用编码

      射频识别系统的机构与通信系统的基本模型相类似,满足了通信功能的基本要求。读写器与电子标签之间的数据传输需要三个主要功能模块,如图所示。按读写器到电子标签的数据传输方向,RFID结构顺序为读写器(发送器)中的信号编码(信号处理)和调制器(载波电路),传输介质(信道),以及电子标签(接收器)中的解调器(载波回路)和信号译码(信号处理)。

      信号编码系统的作用是对要传输的信息进行编码,以便传输信号能够尽可能最佳地与信道相匹配;
      调制器用于改变高频载波信号,即使载波信号的振幅、频率或相位与调制的基带信号相关;
      射频识别系统通信的传输介质为磁场(电感耦合)和电磁波(微波);
      解调器的作用是解调获取信号,以便再生成基带信号;
      信号译码的作用则是对从解调器传来的基带信号进行译码,恢复原来的信息,并识别和纠正传输错误。

    1.不归零(NRZ)编码

      不归零编码用高电平表示二进制“1”,低电平表示二进制“0”。

    ①单极性不归零码

      无电压(元电流)表示“0”,恒定正电压表示“1”。采样时间为每个码元的中间时刻,判决门限为半幅度电平(0.5)。接收信号的值在0.5与1之间为“1”码;在0与0.5之间为“0”码。
      单极性非归零码的特点是:有直流成分,因此很难在低频传输特性比较差的有线信道进行传输;由于判决电平一般取为“1”码电平的一半,因此在信道特性发生变化时,容易导致接收波形的振幅和宽度变化,使得判决电平不能稳定在最佳电平,从而引起噪声;单极性非归零码不能直接提取同步信号,并且传输时必须将信道一端接地,从而对传输线路有一定要求。

    ②双极性不归零码

      “1”码和“0”码都有电压,恒定正电压表示“1”,恒定负电压表示“0”,正和负的幅度相等,故称为双极性码。此时的判决门限为零电平,接收端使用零判决器或正负判决器,接收信号的值在零电平以上为“1”码;在零电平一下为“0”码。
      双极性非归零码的特点是:从统计平均来看,该码型信号在“1”和“0”的数目各占一半时无直流成分;接收时判决电平为0,容易设置并且稳定,因此抗干扰能力强;可在电缆等无接地的传输线上传输;不能直接从双极性非归零码中提取同步信号,并且“1”码和“0”码不等概时,仍有直流成分。

    2.曼彻斯特编码

      在曼彻斯特编码中,某位的值是由该位长度内半个位周期时电平的变化(上升/下降)来表示的,在半个位周期时的正跳变表示“0”,负跳变表示“1”,也可采用相反的约定。

      曼彻斯特编码在采用副载波的负载调制或反向散射调制时,通常用于从电子标签到读写器的数据传输,这有利于发现数据传输的错误。这是因为在位长度内,“没有变化”的状态是不允许的。当多个电子标签同时发送的数据位有不同值时,接收的上升沿和下降沿互相抵消,导致在整个位长度内是不间断的副载波信号,由于该状态不被允许,所以读写器利用该错误就可以判定碰撞发生的具体位置。

    3.单极性归零(RZ)编码

      单极性归零码是指高电平和零电平分别表示“1”和“0”,在无电压表示“0”,恒定正电压表示“1”,与单极性非归零码相比,其持续时间短于一个码元的时间宽度,即发出一个窄脉冲。采样时间为每个码元时间的中间点,判决门限为半幅电平。单极性归零码可以用来提取位同步信号。

    4.差动双相(DBP)编码

      差动双相编码是通过在一个位周期内采用电平变化来表示逻辑0和1的。如果电平只在一个位周期的起始处发生跳变,则表示逻辑1;如果电平除了在一个周期的起始处发生跳变,还在为周期的中间发生跳变,则表示逻辑0。差动双相编码与前一位数据的逻辑有关,根据前一位的不同会有两种不同的编码。

    5.密勒编码

      密勒编码也称延迟调制码,是一种变形双相码。其编码规则为:对原始符号“1”码元起始不跃变,中心点出现跃变来表示。信息码连“1”时,后面的“1”要交错编码;信息码中的“0”编码为双极性非归零码,即码元中间不跳变;信息码单个“0”时,其前沿、中间时刻、后沿均不跳变;信息码连“0”时,两个“0”码元的间隔跳变。

    6.差动(分)编码

      在差动(分)编码中,每个要传输的二进制“1”都会引起信号电平的变化,而对于二进制“0”,信号电平保持不变。

    三、选择编码方式的考虑因素

      通常在RFID系统中使用的电子标签是无源的,无源标签需要在读写器的通信过程中获得自身的能量供应。为了保证系统的正常工作,信道编码方式首先必须保证不能中断读写器对电子标签的能量供应;另外,作为保障系统可靠性工作的需要,还必须在编码中提供数据一级的校验保护,编码方式应该提供这一功能,并可以根据码型的变化来判断是否发生误码或有电子标签冲突。
      在RFID系统中,当电子标签是无源标签时,经常要求基带编码在每两个相邻数据元间具有跳变的特点。这种相邻数据间有跳变的码,不仅可以保证在连续出现0的时候对电子标签的能量供应,且便于电子标签从接收到的码中提取时钟信息。在实际的数据传输中存在信道中的干扰,数据必然会在传输过程中发生错误,这时要求信道编码能够提供一定程度检测错误的能力。


    总结

      以上就是今天要讲的内容,本文介绍了信源编码、信道编码及保密编码三种编码理论,信源编码的目的是提高信息传输的有效性;信道编码的主要目的是提高信息传输的可靠性;保密编码则是对传输的信息进行加密。其次介绍了RFID常用的几种编码方式,牢记其信号波形,达到“见图知意”的效果。

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