RFID系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸編碼分析

射頻識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與通信系統(tǒng)的基本模型相類似，滿足了通信功能的基本要求。讀寫器和電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸構(gòu)成了與基本通信模型相類似的結(jié)構(gòu)。讀寫器與電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)傳輸需要三個(gè)主要的功能塊，如圖1所示。按讀寫器到電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸方向，是讀寫器（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）。

　　圖1 射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本通信結(jié)構(gòu)框圖

　　在圖1中，信號(hào)編碼系統(tǒng)的作用是對(duì)要傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行編碼，以便傳輸信號(hào)能夠盡可能最佳地與信道相匹配，這樣的處理包括了對(duì)信息提供某種程度的保護(hù)，以防止信息受干擾或相碰撞，以及對(duì)某些信號(hào)特性的蓄意改變。調(diào)制器用于改變高頻載波信號(hào)，即使載波信號(hào)的振幅、頻率或相位與調(diào)制的基帶信號(hào)相關(guān)。射頻識(shí)別系統(tǒng)信道的傳輸介質(zhì)為磁場(chǎng)（電感耦合）和電磁波（微波）。解調(diào)器的作用是解調(diào)獲取信號(hào)，以便再生基帶信號(hào)。信號(hào)譯碼的作用則是對(duì)從解調(diào)器傳來的基帶信號(hào)進(jìn)行譯碼，恢復(fù)成原來的信息，并識(shí)別和糾正傳輸錯(cuò)誤。

　　1． RFID數(shù)據(jù)傳輸常用編碼格式

　　可以用不同形式的代碼來表示二進(jìn)制的“1”和“0”。射頻識(shí)別系統(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（UnipolarHZ）編碼、差動(dòng)雙相（DBP）編碼、米勒（Miller）編碼利差動(dòng)編碼。

　?。?）反向不歸零（NRZ，NON Return Zero）編碼

　　反向不歸零編碼用高電平表示二進(jìn)制“1”，低電平表示二進(jìn)制“0”，如圖2所示。

　　圖2 NRZ編碼

　　此碼型不宜傳輸，有以下原因：（a）有直流，一般信道難于傳輸零頻附近的頻率分量；（b）收端判決門限與信號(hào)功率有關(guān)，不方便使用；（G）不能直接用來提取位同步信號(hào)，因?yàn)樵贜RZ中不含位同步信號(hào)頻率成分；（d）要求傳輸線有一根接地。

　?。?）曼徹斯特（Manchester）編碼

　　曼徹斯特編碼也被稱為分相編碼（Split－Phase Coding）。在曼徹斯特編碼中，某位的值是由該位長度內(nèi)半個(gè)位周期時(shí)電平的變化（上升／下降）來表示的，在半個(gè)位周期時(shí)的負(fù)跳變表示二進(jìn)制“1”，半個(gè)位周期時(shí)的正跳變表示二進(jìn)制“0″，如圖3所示。

　　圖3 曼徹斯特編碼

　　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。這是因?yàn)樵谖婚L度內(nèi)，“沒有變化”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，所以讀寫器利用該錯(cuò)誤就可以判定碰撞發(fā)生的具體位置。

　?。?）單極性歸零（Unipolar RZ）編碼

　　單極性歸零編碼在第一個(gè)半個(gè)位周期中的高電平表示二進(jìn)制“1”，而持續(xù)整個(gè)位周期內(nèi)的低電平信號(hào)表示二進(jìn)制“0”，如圖4所示。單極性歸零編碼可用來提取位同步信號(hào)。

　　圖4 單極性歸零編碼（4）差動(dòng)雙相（DBP）編碼

　　差動(dòng)雙相編碼在半個(gè)位周期中的任意的邊沿表示二進(jìn)制“0”，而沒有邊沿就是二進(jìn)制“1”，如圖5所示。此外，在每個(gè)位周期開始時(shí)，電平都要反相。因此，對(duì)接收器來說，位節(jié)拍比較容易重建。

　　圖5 差動(dòng)雙相編碼

　　（5）米勒（Miller）編碼

　　米勒編碼在半個(gè)位周期內(nèi)的任意邊沿表示二進(jìn)制“1”，而經(jīng)過下一個(gè)位周期中不變的電平表示二進(jìn)制“0”。位周期開始時(shí)產(chǎn)生電平交變，如圖6所示。因此，對(duì)接收器來說，位節(jié)拍比較容易重建。

　　圖6 米勒編碼

　?。?）差動(dòng)編碼

　　差動(dòng)編碼中，每個(gè)要傳輸?shù)亩M(jìn)制“1”都會(huì)引起信號(hào)電平的變化，而對(duì)于二進(jìn)制“0”，信號(hào)電平保持不變，如圖7所示。用XOR門的D觸發(fā)器就能很容易地從NRZ信號(hào)中產(chǎn)生差動(dòng)編碼，具體電路如圖8所示。

　　圖7 差動(dòng)編碼

　　圖8 從NRZ編碼產(chǎn)生差動(dòng)編碼

　　2． 選擇編碼方法的考慮因素

　　在REID系統(tǒng)中，由于使用的電子標(biāo)簽常常是無源的，市無源標(biāo)簽需要在讀寫器的通信過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器對(duì)電子標(biāo)簽的能量供應(yīng)。另外，作為保障系統(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T功能，并可以根據(jù)碼型的變化來判斷是否發(fā)生誤碼或有電子標(biāo)簽沖突發(fā)生。

　　在RFD系統(tǒng)中，當(dāng)電子標(biāo)簽是無源標(biāo)簽時(shí)，經(jīng)常要求基帶編碼在每兩個(gè)相鄰數(shù)據(jù)位元間具有跳變的特點(diǎn)，這種相鄰數(shù)據(jù)間有跳變的碼，不僅可以保證在連續(xù)出現(xiàn)“0”的時(shí)候?qū)﹄娮訕?biāo)簽的能量供應(yīng)，而且便于電子標(biāo)簽從接收到的碼中提取時(shí)鐘信息患。在實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸中，由于信道中干擾的存在，數(shù)據(jù)必然會(huì)在傳輸過程中發(fā)生錯(cuò)誤，這時(shí)要求信道編碼能夠提供一定程度檢測(cè)錯(cuò)誤的能力。