RFID技术总复习3

1、RFID射频识别技术陈 晔四教20918289581709物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用第第4章章 编码与调制编码与调制点击此处结束放映点击此处结束放映 RFID是一种系统，一种射频识别系统。典型的RFID系统主要由阅读器、电子标签、阅读器、电子标签、RFID中间件和应用系统软件中间件和应用系统软件4部分构成，一般我们把中间件和应用软件统称为应用系统。 RFID系统构架图4-2 RFID的系统结构 在实际在实际RFID解决方案中，不论是简单的解决方案中，不论是简单的RFID系统还是复杂系统还是复杂的的RFID系统都包含一些基本组件。系统都包含一些基本组

2、件。组件分为硬件组件和软件组件分为硬件组件和软件组件。组件。RFID系统构架图4-3 射频识别系统基本组成 若从功能实现的角度观察，可将RFID系统分成边沿系统和软件系统两大部分，如图4-3示。这种观点同现代信息技术观点相吻合。边沿系统主要是完成信息感知，属于硬件组件部分；软件系统完成信息的处理和应用；通信设施负责整个RFID系统的信息传递。 1、电子标签电子标签 二、 RFID系统构架图4-4 RFID系统构件标签 电子标签（Electronic Tag）也称也称应答器或智能标签（Smart Label），是一个微型的无线收发装置，主要由内置天线和芯片组成。 电压调节器：把由标签阅读器送来的

3、射频信号转换为直流电源，并经大电容储存能量，再经稳压电路以提供稳定的电源；调制器：逻辑控制电路送出的数据经调制电路调制后加载到天线送给阅读器；解调器：把载波去除以取出真正的调制信号；逻辑控制单元：用来译码阅读器送来的信号，并依其要求回送数据给阅读器；存储单元：包括EEPROM与ROM，作为系统运行及存放识别数据的位置。 2、读写器读写器 二、 RFID系统构架图4-6 读写器组成示意图 读写器是一个捕捉和处理RFID标签数据的设备，它可以是单独的个体，也可以嵌入到其他系统之中。读写器也是构成RFID系统的重要部件之一，由于它能够将数据写到RFID标签中，因此称为读写器。读写器的硬件部分通常由收

4、发机、微处理器、存储器、外部传感器/执行器，报警器的输入/输出接口、通信接口及电源等部件组成，如图4-6所示。3、控制器控制器二、 RFID系统构架 控制器是读写器芯片有序工作的指挥中心，主要功能是：与应用系统软件进行通信；执行从应用系统软件发来的动作指令；控制与标签的通信过程；基带信号的编码与解码；执行防碰撞算法；对读写器和标签之间传送的数据进行加密和解密；进行读写器与电子标签之间的身份认证；对键盘、显示设备等其他外部设备的控制。其中，最重要的是对读写器芯片的控制操作。 通常，按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。 模拟通信系统是利用模拟信号

5、来传递信息的通信系统。 可见，在模拟通信系统中，发送设备简化为调制器，接收设备简化为解调器，主要是强调在模拟通信系统中调制的重要作用。图4 模拟通信系统模型2、通信系统分类数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。 信源编码与译码目的：提高信息传输的有效性以及完成模/数转换 ； 信道编码与译码目的：增强抗干扰能力； 加密与解密目的：保证所传信息的安全； 数字调制与解调目的：形成适合在信道中传输的带通信号 ； 同步目的：使收发两端的信号在时间上保持步调一致 。 图5 数字通信系统模型RFID系统常采用数字信号。其主要特点信号的完整性RFID采用非接触技术传递信息，容易遇到干扰，使信息传输发

6、生改变。数字信号容易校验，并容易防碰撞，可以使信号保持完整性。信号的安全性RFID系统采用无线方式传递信息，开放的无线系统存在安全隐患。数字信号的加密和解密处理比模拟信号容易的多。便于存储、处理和交换数字信号的形式与计算机所用的信号一致，都是二进制代码。便于与计算机互联网，也便于计算机对数字信息进行存储、处理和交换，可使物联网的管理和维护实现自动化、智能化。RFID系统的基本通信模型l按读写器到电子标签的数据传输方向，RFID系统的通信模型主要由读写器（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）组成

7、。l RFID系统最终要完成的功能是对数据的获取，这种在系统内的数据交换有两个方面的内容：RFID读写器向RFID电子标签方向的数据传输和RFID电子标签向RFID读写器方向的数据传输。 3、RFID系统的基本通信模型 信号编码系统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的与信道相匹配，防止信息干扰或发生碰撞。 调制器用于改变高频载波信号，即使得载波信号的振幅、频率或相位与调制的基带信号相关。 射频识别系统信道的传输介质为磁场（电感耦合）和电磁波（微波）。 解调器用于解调获取信号，以便再生基带信号。 信号译码系统是对从解调器传来的基带信号进行译码，恢复成原来的信息，并识别和纠正传输

8、错误。物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用读写器与电子标签之间消息的传递是通过电信号实现的。读写器与电子标签之间消息的传递是通过电信号实现的。原始的电信号原始的电信号通常称为通常称为基带信号基带信号，有些信道可以直接传输基带信，有些信道可以直接传输基带信号，但号，但以自由空间作为信道的无线电传输却无法直接传递基带信以自由空间作为信道的无线电传输却无法直接传递基带信号号。将基带信号编码，然后变换成适合在信道中传输的信号，这。将基带信号编码，然后变换成适合在信道中传输的信号，这个过程称为个过程称为编码与调制编码与调制；在接收端进行反变换，然后进行解码，；在接收端

9、进行反变换，然后进行解码，这个过程称为这个过程称为解调与解码解调与解码。调制以后的信号称为已调信号，它具。调制以后的信号称为已调信号，它具有两个基本特征，有两个基本特征，一个是携带有信息，一个是适合在信道中传输一个是携带有信息，一个是适合在信道中传输。 点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用点击此处结束放映点击此处结束放映 信号与信道信号与信道4.1编码与调制编码与调制4.2RFID常用的编码方法常用的编码方法4.3RFID常用的调制方法常用的调制方法4.4物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用

10、点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用 信号与信道信号与信道4.1点击此处结束放映点击此处结束放映 信息编码就是采用某种原则或方法编制代码来表示信息； 信息编码的根本目的是为了能对信息进行有效的处理，有时也是为了对信息加密，使其不为局外人所知。 不同领域有着不同的信息编码原则和方法 计算机必须将所有信息数字化即转化成由计算机必须将所有信息数字化即转化成由“0”、“1”两个符号组成的二进制代码两个符号组成的二进制代码用二进制记数法对数值数据进行编码，这种用二进制记数法对数值数据进行编码，这种方法在计算机中信息的存储效率较高。例如：

11、方法在计算机中信息的存储效率较高。例如： 1、计算简单，只有、计算简单，只有0和和1两个数字。采两个数字。采 用逢二进一的进位规则用逢二进一的进位规则 2、“0”和和“1”刚好代表电路中的关开。刚好代表电路中的关开。著名科学家冯著名科学家冯诺依曼计算机内的数据和程序采用二进制代诺依曼计算机内的数据和程序采用二进制代码表示。电子计算机将所有输入的信息（数据、程序等）都码表示。电子计算机将所有输入的信息（数据、程序等）都转化为机器能识别和处理的二进制数字代码，由转化为机器能识别和处理的二进制数字代码，由“0”、“1”组成的代码叫组成的代码叫二进制代码二进制代码。物联网射频识别（物联网射频识别（RF

12、IDRFID）技术与应用）技术与应用4.1.1 信号信号信号是消息的载体，在通信系统中消息以信号信号是消息的载体，在通信系统中消息以信号的形式从一点传送到另一点。信号分为模拟信号和数的形式从一点传送到另一点。信号分为模拟信号和数字信号，字信号，RFID系统主要处理的是数字信号系统主要处理的是数字信号。信号可。信号可以从时域和频域两个角度来分析，在以从时域和频域两个角度来分析，在RFID传输技术传输技术中，对信号频域的研究比对信号时域的研究更重要。中，对信号频域的研究比对信号时域的研究更重要。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用

13、1.模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信息模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信息，其其信号的幅度、信号的幅度、频率频率或相位随时间作连续变化。或相位随时间作连续变化。数字信号是指数字信号是指幅度幅度的取值是的取值是离散离散的，的，幅值幅值表示被表示被限制在有限个数值之内。限制在有限个数值之内。EPC码码（二进制码）（二进制码）就是一就是一种数字信号种数字信号。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用数字信号较模拟信号有许多优点，数字信号较模拟信号有许多优点，RFID系统系统常采用数字信号。常

14、采用数字信号。RFID系统数字信号的主要特点如系统数字信号的主要特点如下。下。 （1）信号的完整性）信号的完整性（2）信号的安全性）信号的安全性（3）便于存储、处理和交换）便于存储、处理和交换（4）设备便于集成化、微型化）设备便于集成化、微型化（5）便于构成物联网）便于构成物联网点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用2.时域和频域时域和频域时域的自变量是时间，时域表达信号随时间的变时域的自变量是时间，时域表达信号随时间的变化。频域的自变量是频率，频域表达信号随频率的变化。频域的自变量是频率，频域表达信号随频率的变化。化。在在RF

15、ID传输技术中，对信号频域的研究比对信传输技术中，对信号频域的研究比对信号号时域的研究更重要。时域的研究更重要。点击此处结束放映点击此处结束放映4、信号工作方式时序系统 电子标签和读写器的信息传输是在电子标签能量供应间歇进行的，读写器与电子标签不同时发射，这种方式可改善信号受干扰的状况，提高系统的工作距离。全双工系统 电子标签和读写器之间可以在同一时刻互相传送信息半双工系统 电子标签和读写器之间可以双向传送信息，但在同一时刻只能向一个方向传送信息发射能量，给电子标签充电读写器停止发射能量，电子标签工作，向读写器发送信号下传：从读写器到标签的数据传输上传：从标签到读写器的数据传输1time24全

16、双工（FDX）半双工（HDX）时序（SEQ）RFID系统的工作方式信道的定义和分类信道信道：以传输媒质为基础的信号通道。：以传输媒质为基础的信号通道。狭义信道狭义信道：仅指传输媒质。：仅指传输媒质。分为有线信道（明线、对称电缆、同轴电分为有线信道（明线、对称电缆、同轴电缆及光纤）和无线信道（地波传播、短波缆及光纤）和无线信道（地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、卫电离层反射、超短波或微波视距中继、卫星中继、散射及移动无线电信道）。星中继、散射及移动无线电信道）。广义信道广义信道：除包含传输媒质外，还：除包含传输媒质外，还包括发送设备、接收设备、馈线与包括发送设备、接收设备、馈线与天

17、线、调制天线、调制/解调器等。其可分为调解调器等。其可分为调制信道和编码信道。制信道和编码信道。信道的定义和分类信道的定义和分类信道的定义和分类编码器调制器发转换器收转换器解调器译码器媒质调制信道调制信道编码信道编码信道输入输入输出输出调制信道是为研究调制与解调问题而定义的广义调制信道是为研究调制与解调问题而定义的广义信道。它可分为恒参信道和随参信道。信道。它可分为恒参信道和随参信道。编码信道是为研究数字通信系统中的编码和译码编码信道是为研究数字通信系统中的编码和译码问题而定义的广义信道。它是一种数字信道或离问题而定义的广义信道。它是一种数字信道或离散信道。散信道。物联网射频识别（物联网射频识

18、别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用4.1.2信道信道信道可以分为两大类，信道可以分为两大类，一类是电磁波在空间传一类是电磁波在空间传播的渠道播的渠道，如短波信道、微波信道等；另一类是，如短波信道、微波信道等；另一类是电磁电磁波的导引传播渠道波的导引传播渠道，如电缆信道、波导信道等。，如电缆信道、波导信道等。RFID的信道是具有各种传播特性的空间，所以的信道是具有各种传播特性的空间，所以RFID采用无线信道。采用无线信道。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用1.信道带宽信道带宽信号所拥有的频率范围叫做信号的频带宽度，简

19、信号所拥有的频率范围叫做信号的频带宽度，简称为带宽。称为带宽。（5.1）12ffBW点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用2.信道传输速率信道传输速率信道传输速率就是数据在传输介质（信道）上的信道传输速率就是数据在传输介质（信道）上的传输速率。数据传输速率的单位为比特传输速率。数据传输速率的单位为比特/秒，记做秒，记做bps或或b/s。1kbps=103bps1Mbps=103kbps1Gbps=103Mbps点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用3.波特率与比特

20、率波特率与比特率 （1）波特率）波特率（2）比特率）比特率（3）波特率与比特率的关系）波特率与比特率的关系 比特率比特率=波特率波特率 （5.2）M2log点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用4.信道容量信道容量 （1）具有理想低通矩形特性的信道）具有理想低通矩形特性的信道这种信道的最高数据传输速率为这种信道的最高数据传输速率为（5.4）（2）带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道）带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道这种情况的信道容量为这种情况的信道容量为（5.5）MBWC2log2)1 (log2NSBWC点击此处结束放映点击此处结

21、束放映1、 RFID编码编码三、RFID编码、调制与数据校验 射频识别系统的结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。读写器和电子标签之间的数据传输构成了与基本通信模型相类似的结构。读写器与电子标签之间的数据传输需要三个主要的功能块，如图4-8所示。按读写器到电子标签的数据传输方向，是读写器（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）。图4-8射频识别系统的基本通信结构框图 PSK原理介绍1、二进制数字调制技术原理 数字调制技术的两种方法： l 利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即

22、把数字调制看成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理l利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制 这种方法通常称为键控法，比如对载波的振幅、频率和相位进行键控，便可获得振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）三种基本的调制方式。 相应的信号波形如图1所示：图1 正弦载波的三种键控波形三种键控的比较： 在大多数情况下，数字调制是利用数字信号的离散值去键控载波。对载波的幅度、频率或相位进行键控，便可获ASK、FSK、PSK等。这三种数字调制方式在抗干扰噪声能力和信号频谱利用率等方面，以相干PSK的性能最好，目前已在中、高速传输数据时得到广

23、泛应用。 2）、）、 RFID调制调制三、RFID编码、调制与数据校验 脉冲调制是指将数据的NRZ码变换为更高频率的脉冲串，该脉冲串的脉冲波形参数受NRZ码的值0和1调制。主要的调制方式为频移键控FSK和相移键控PSK。图4-12FSK脉冲调制波形 0 0 0 1 1 数据时钟 数据 NRZ 码 FSK 脉冲 f0 f0 f1 f1 （1）FSK调制 FSK是指对已调脉冲波形的频率进行控制，FSK调制方式用于频率低于135kHz(射频载波频率为125kHz)的情况，图4-12所示为FSK方式一例，数据传输速率为fc/40,fc为射频载波频率。FSK调制时对应数据1的脉冲频率f1=fc/5,对应

24、数据0的脉冲频率f0=fc/8。物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用 图图5.2 数字通信系统的模型数字通信系统的模型点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用4.2.1编码与解码编码与解码1. 信源编码与解码信源编码与解码（1）提高信息传输的有效性）提高信息传输的有效性（2）完成模）完成模/数转换数转换点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用 2. 信道编码与解码信道编码与解码信道编码是对信源编码器输出的信号进行再变换信道编码是对信

25、源编码器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，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。行的编码。信道解码是信道编码的逆过程。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用 3. 保密保密编码与解码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。传输过程中不易被人窃译而进行的编码。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用

26、4.2.2 调制与解调调制与解调调制的目的是把传输的模拟信号或数字信号，变调制的目的是把传输的模拟信号或数字信号，变换成适合信道传输的信号，这就意味着要把信源的基带换成适合信道传输的信号，这就意味着要把信源的基带信号，转变为一个相对基带频率而言非常高的频带信号信号，转变为一个相对基带频率而言非常高的频带信号。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用1.信号需要调制的原因信号需要调制的原因为了有效地传输信息，无线通信系统需要采用较为了有效地传输信息，无线通信系统需要采用较高频率的信号高频率的信号。点击此处结束放映点击此处结束放映物联

27、网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用2.信号调制的方法信号调制的方法在无线通信中，调制是指载波调制。载波调制，在无线通信中，调制是指载波调制。载波调制，就是用调制信号去控制载波参数的过程。就是用调制信号去控制载波参数的过程。（1）调幅）调幅（2）调频）调频（3）调相）调相点击此处结束放映点击此处结束放映1）、）、 RFID数据传输常用编码格式数据传输常用编码格式三、RFID编码、调制与数据校验 数字基带信号波形，可以用不同形式的代码来表示二进制的“1”和“0”。射频识别系统通常使用下列编码方法中的一种：反向不归零（NRZ）编码、曼彻斯特（Manchester）编

28、码、单极性归零（UnipolarHZ）编码、差动双相（DBP）编码、米勒（Miller）编码利差动编码。 最常用的数字信号波形为矩形脉冲，矩形脉冲易于产生和变换。以下用矩形脉冲为例来介绍几种常用的脉冲波形和传输码型。图4-9所示为4种数字矩形码的脉冲波形。图4-9数据矩形码的脉冲波形物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用RFID常用的编码方法常用的编码方法4.3点击此处结束放映点击此处结束放映 数字数字/数字转换时用数字转换时用。例如，当数据从计算机传输到到打印。例如，当数据从计算机传输到到打印机时，原始数据和传输数据都是数字的。机时，原始数据和传输数据都是数

29、字的。在这种情况下，由计算机产生的在这种情况下，由计算机产生的0和和1被转被转换成一串可以再导线上传输的电压脉冲。换成一串可以再导线上传输的电压脉冲。图图5.1给出了数字信息、数字给出了数字信息、数字/数字编码器和数字编码器和产生数字信号之间的关系。产生数字信号之间的关系。 实现数字实现数字/数字转换的编码方法有多种，为数字转换的编码方法有多种，为此只讨论在数据通信中常用的编码方法。此只讨论在数据通信中常用的编码方法。这些编码方法可以分为这些编码方法可以分为3类：类：、和和。单极性编码很简单。单极性编码很简单，在实际应用中只有一种技术。极化编码，在实际应用中只有一种技术。极化编码可进一步分为可

30、进一步分为、和和。单极性编码和。单极性编码和极化编码有多种变体，双极性编码有三种极化编码有多种变体，双极性编码有三种变体，即变体，即、和和码。码。 利用一来编码信号。通过使用正负两种电压，可降低大多数极化编码线路上的平均电压值，且解决了单极性编码中的问题。例如，在曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码中，每比特均含有正电压和负电压，从而彻底解决了直流分量问题。 极性编码有多种变体，在此只讨论3种最普遍的，即、和。其中NRZ编码包括和2种双相位编码则包括和两种，前者用于以太局域网，后者用于令牌环局域网。 1. NRZ编码编码在NRZ编码中，信号的电压值或正或负。下面讨论两种最常用的非归零编码方法。在NR

31、Z-L编码中，信号的电平是根据它所对应的比特位的取值决定的。其中，高电平代表比特高电平代表比特0，而，而低电平代表比特低电平代表比特1，或者反之，或者反之。当接收数据中存在一长串连续的0或者1时，即接收方连续接收到相同的电压，此时应该由时钟来确定发送了多少比特，但接收方的时钟可能无法与发送方的。 1011010 用 NRZ 编码 1. NRZ编码编码 1. NRZ编码编码 图5.3所示为同一串比特的NRZ-L和NRZ-I编码。在NRZ-L编码序列中，高低电平分别具有特定的含义：；.在NRZ-I编码序列中，每一间隙的电压值是没有意义的，接收方以来作为识别比特1的标志。如上所述，在出现连续的1或0

32、的时候，接收方会失去同步。在中曾提及，有一种保证同步的方法是在一条。但是，这一方法并不经济，且易于出错。一个更好的方案是让编码信号本身携带同步信息，与NRZ-I编码中使用的方案一样，但同时还需要提供对连续0的同步。为了保证，在每个比特中都必须有信号变化。接收方可以利用这些跳变来。在NRZ-I编码中对于连续1序列实现了同步，但是为了使每比特都有信号变化，则需要利用两个以上的电压值。 1011010 用 RZ 编码 一种可实现同步的编码方案是RZ编码，它使用了3个电平：。在RZ编码中，信号变化不是发生在比特质检而是发生在比特内。与NRZ-L编码一样，高电平代表比特0，低电平代表比特1.不同于NRZ

33、-L编码的是，在每比特间隔的中段，信号将归零。比特1实际是用高电平到零的跳变表示，而比特0则是用低电平到零的跳变表示的，而不仅仅是通过电平的高低来表示。如图5.4所示。 RZ编码的主要缺点是1比特，从而。但是，相对于前面讨论过的3种编码方法，它是最有效的。目前对于最好的解决方案是。在这种编码中，信号在每比特时间间隔的中间发生改变但并不归零，而是转为反相的一极。与RZ类似，这种可实现同步。和就是在网络中经常使用的两种双相位编码。 1011010 用 Manchester 编码 1011010 用差分 Manchester 编码 与与RZ编码一样，双极性编码也使用编码一样，双极性编码也使用3个电平

34、值：个电平值：。但与。但与RZ编码不同的是，零电平编码不同的是，零电平在双极性编码中代表比特在双极性编码中代表比特0，高低电平交替代表比，高低电平交替代表比特特1。如果第一个比特。如果第一个比特1由高电平表示，则在第二个由高电平表示，则在第二个比特比特1由低电平表示，第三个比特由低电平表示，第三个比特1仍由高电平表示仍由高电平表示，以此类推。这种交替有时在比特，以此类推。这种交替有时在比特1并不连续的情并不连续的情况下也会出现。况下也会出现。 在数据通信中，常用的双极性编码包括传号交替反在数据通信中，常用的双极性编码包括传号交替反转（转（）、双极性）、双极性8连连0替换（替换（）和）和3阶高密

35、阶高密度双极性（度双极性（）编码）编码3种。种。 101 1010用AM I编 码 物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用RFID常用的调制方法常用的调制方法4.4点击此处结束放映点击此处结束放映1、调制和解调通常基带信号具有较低的频率分量，不宜通过无线信道传输。因此，在通信系统的发送端需要由一个载波来运载基带信号，也就是使载波的某个参量随基带信号的规律而变化，这一过程称为（载波）调制。载波受调制以后称为已调信号，它含有基带信号的全部特征。在通信系统的接收端则需要有解调过程，其作用是将已调信号中的原始基带信号恢复出来。调制和解调过程对通信系统是至关重要的，因为

36、调制解调方式在很大程度上决定了系统可能达到的性能。三、RFID的调制和解调0.5cbaudfN0.5cbaudfNcfcf(1)baudBWdNBWbaudNd0cf1cf01()ccbaudBWffN 与计算与计算ASK调制所需最小带宽的原理相同调制所需最小带宽的原理相同，。但。但PSK调制中的调制中的最大比最大比特率比特率比ASK要大的多要大的多。因此，尽管在相同。因此，尽管在相同的带宽下的带宽下ASK调制和调制和PSK调制的最大波特调制的最大波特率相同，但率相同，但PSK调制的调制的却可以是却可以是ASK调制的两倍或更多（如图调制的两倍或更多（如图5.26所示）所示）. 物联网射频识别（

37、物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用数字基带信号往往具有丰富的低频分量，必须用数字基带信号往往具有丰富的低频分量，必须用数字基带信号对载波进行调制，而不是直接传送数字基数字基带信号对载波进行调制，而不是直接传送数字基带信号，以使信号与信道的特性相匹配。带信号，以使信号与信道的特性相匹配。用数字基带信用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字已调信号的过号控制载波，把数字基带信号变换为数字已调信号的过程称为数字调制程称为数字调制，RFID主要采用主要采用数字调制数字调制的方式。的方式。点击此处结束放映点击此处结束放映调制的基本作用是频率搬移。概括起来，调制主要有如下几个

38、目的：频率搬移频率搬移。调制把基带信号频谱搬移到一定的频率范围，以适应信道传输要求。实现信道复用实现信道复用。一般每个被传输信号占用的带宽小于信道带宽，因此，一个信道同时只传一个信号是很浪费的，此时信道工作在远小于其传输信息容量的情况下。然而通过调制，使各个信号的频谱搬移到指定的位置，从而实现在一个信道里同时传输许多信号。工作频率越高带宽越大工作频率越高带宽越大。根据信息论一般原理可知，宽带通信系统一般表现出较好的抗干扰性能。将信号变换，使它占据较大的带宽，它将具有较强的抗干扰性。工作频率越高天线尺寸越小工作频率越高天线尺寸越小。如果天线的尺寸可以与工作波长相比拟，天线的辐射更为有效。由于工作

39、频率与波长成反比，提高工作频率可以降低波长，进而减小天线的尺寸，迎合现代通信对尺寸小型化的要求。调制深度调制深度BAmA=（A-B）/（A+B）*100%130物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用4.4.1 数字调制数字调制 数字信号有离散取值的特点，数字调制技术利用数数字信号有离散取值的特点，数字调制技术利用数字信号的这一特点，字信号的这一特点，通过开关通过开关“键控键控”载波载波，从而实现，从而实现数字调制。数字调制。 数字信息有二进制与多进制之分，数字调制也分为数字信息有二进制与多进制之分，数字调制也分为二进制调制与多进制调制。二进制调制与多进制调制。

40、点击此处结束放映点击此处结束放映RFID常用调制方法一个正弦波可以通过3个特性进行定义：振幅、频率和相位。当我们改变其中任何一个特性时，就有了波的另一个形式。有3种将数字数据调制到模拟信号的机制。幅移键控法（Amplitude-Shift Keying，ASK）。频移键控法（Frequency-Shift Keying，FSK）。相移键控法（Phase-Shift Keying，PSK）。正交调幅（Quadrature Amplitude Modulation，QAM），一种将振幅和相位变化结合起来的机制，其中正交调幅的效率最高，也是现在所有的调制解调器中经常采用的技术。132物联网射频识别（

41、物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用1. 载波载波载波是指被调制以传输信号的波形，载波一般为载波是指被调制以传输信号的波形，载波一般为正弦振荡信号，正弦振荡的载波信号可以表示为正弦振荡信号，正弦振荡的载波信号可以表示为 （5.6）载波被调制以后，载波的振幅、频率或相位就随信号的载波被调制以后，载波的振幅、频率或相位就随信号的变化而变化。变化而变化。)cos()(tAtvc点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用2.振幅键控振幅键控调幅是指载波的频率和相位不变，载波的振幅随调调幅是指载波的频率和相位不变，载波的振

42、幅随调制信号的变化而变化。制信号的变化而变化。振幅键控（振幅键控（Amplitude Shift Keying，ASK）是利）是利用载波的幅度变化传递数字信息用载波的幅度变化传递数字信息，在二进制数字调制中，在二进制数字调制中，载波的幅度只有两种变化，分别对应二进制的载波的幅度只有两种变化，分别对应二进制的“1”和和“0”。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用图图4.9 振幅键控的时间波形振幅键控的时间波形点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用3.频移键控频移键

43、控频移键控（频移键控（Frequency Shift Keying，FSK）是利）是利用载波的频率变化传递数字信息，是对载波的频率进行键用载波的频率变化传递数字信息，是对载波的频率进行键控控。二进制频移键控载波的频率只有两种变化状态，载波二进制频移键控载波的频率只有两种变化状态，载波的频率在的频率在 和和 两个频率点变化，分别对应二进两个频率点变化，分别对应二进制信息的制信息的“1”和和“0”。1f2f点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用图图4.11 频移键控的时间波形频移键控的时间波形点击此处结束放映点击此处结束放映138

44、脉冲调制 将数据的NRZ码变换为更高频率的脉冲串，该脉冲串的脉冲波形参数受NRZ码的值0和1调制。 主要的调制方式为频移键控FSK和相移键控PSK。 三、RFID编码、调制与数据校验139 脉冲调制 FSK FSK脉冲调制波形 三、RFID编码、调制与数据校验140 脉冲调制 FSK调制调制 FSK实现的原理框图 三、RFID编码、调制与数据校验141 脉冲调制 FSK解调解调 FSK解调电路原理图 三、RFID编码、调制与数据校验142 脉冲调制 FSK解调解调工作原理如下： 触发器D1将输入FSK信号变为窄脉冲。触发器D1采用74HC74，当端为高时，FSK上跳沿将Q端置高，但由于此时为低

45、，故CL端为低，又使Q端回到低电平。Q端的该脉冲使十进计数器4017复零并可重新计数。 三、RFID编码、调制与数据校验物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用4. 相移键控相移键控相移键控（相移键控（Phase Shift Keying，PSK）是利用载）是利用载波的相位变化传递数字信息波的相位变化传递数字信息，是对载波的相位进行键控。，是对载波的相位进行键控。二进制相移键控载波的初始相位有两种变化状态，通常载二进制相移键控载波的初始相位有两种变化状态，通常载波的初始相位在波的初始相位在0和和两种状态变化，分别对应二进制信息两种状态变化，分别对应二进制信息的的

46、“1”和和“0”。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用图图4.12 相移键控的时间波形相移键控的时间波形点击此处结束放映点击此处结束放映145 脉冲调制PSK1和PSK2 采用PSK1调制时，若在数据位的起始处出现上升沿或下降沿（即出现1，0或0，1交替），则相位将于位起始处跳变180。而PSK2调制时，相位在数据位为1时从位起始处跳变180，在数据位为0时则相位不变。 三、RFID编码、调制与数据校验146 PSK调制电路 选择相位法电路框图 三、RFID编码、调制与数据校验1473 编码和调制 PSK解调电路 阅读器能正确

47、将PSK调制信号变换为NRZ码的关键。148 设PSK信号的数据速率为fc/2（fc为射频载波频率值125 kHz），则加至解调器的PSK信号是125 kHz/2=62.5 kHz的方波信号。该PSK信号进入解调器后分为两路：一路加至触发器D3的时钟输入端（CLK），触发器D3是位值判决电路；另一路用于形成相位差为90的基准信号。触发器D3的D输入端加入的是由125 kHz载波基准形成的62.5 kHz基准方波信号，这样，若触发器的D3的时钟与D输入端两信号相位差为90（或相位差不偏至0或180附近），则触发器D3的Q端输出信号即为NRZ码，可供微控制器MCU读入。 三、RFID编码、调制与数

48、据校验149PSK解调电路的相关波形 三、RFID编码、调制与数据校验物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用4.4.2 副载波调制副载波调制副载波调制是指副载波调制是指首先把信号调制在载波首先把信号调制在载波1上上，出于某，出于某种原因，决定对这个结果再进行一次调制，于是用这个结种原因，决定对这个结果再进行一次调制，于是用这个结果去调制另外一个频率更高的载波果去调制另外一个频率更高的载波2。点击此处结束放映点击此处结束放映物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用图图4.13 采用振幅键控采用振幅键控ASK的副载波调制的副载波调制

49、点击此处结束放映点击此处结束放映153 副载波与副载波调制解调 TYPE A中的副载波调制 标准帧的结构 副载波调制波形 三、RFID编码、调制与数据校验154 副载波与副载波调制解调 TYPE B中的副载波调制 ： 位编码采用不归零NRZ编码，副载波调制采用BPSK方式，逻辑状态的转换用副载波相移180来表示，0表示逻辑1，0180表示逻辑0，副载波频率fs=847 kHz，数据传输速率为106 kbps。 三、RFID编码、调制与数据校验155 副载波与副载波调制解调 TYPE B中的副载波调制 ：数位的副载波调制加负载调制 三、RFID编码、调制与数据校验156 数字调制ASK方式的实现

50、 国际标准ISO 14443的负载调制测试用的PICC电路 应答器谐振回路由线圈L和电容器CV1组成，其谐振电压经桥式整流器VD1VD4整流，并用齐纳二极管VD5稳压在3 V左右。副载波信号（874 kHz）可通过跳线选择Cmod1或Rmod1进行负载调制。由曼彻斯特码或NRZ码进行ASK或BPSK副载波调制。 三、RFID编码、调制与数据校验157 数字调频和调相 三、RFID编码、调制与数据校验 一般来说，正在通信的两个站点不会完全用尽数据链路的全部带宽。 “复用”(multiplexing) 就是使一条数据链路能同时传输多路信号的一组技术。 复用技术最常用在使用大容量光纤、同轴电缆或微波链路的长途通信方面，以及广域网的主干连接。P105 图6.1复用与无复用Multiplexing vs. No Multiplexing在多路复用技术中，“链路”一词指的是物理路线。“通道”（信道）一词指的链路的一部分，它能在一对给定的线路间实现数据的传输。一条链路可以有许多(n)条通道。In multiplexing, the word link refers to the physical path.