1、第三章,RFID的無線通信原理,3.1 射頻頻譜與電磁信號傳輸,電磁波是由同向振蕩且相互垂直的電場與磁場在空間中以波的形式傳遞能量和動量，其傳播方向垂直于電場與磁場構(gòu)成的平面。,3.1 射頻頻譜與電磁信號傳輸,射頻識別系統(tǒng)的工作頻率,3.1 射頻頻譜與電磁信號傳輸,信號頻率與其傳輸特性的關(guān)系 低頻信號衍射能力強(qiáng)，但是穿透能力弱，且傳輸距離短 高頻信號穿透能力強(qiáng)，但是衍射能力弱，傳輸距離長,3.2 信號的電壓與能量,3.2 信號的電壓與能量,3.3 信號和編碼,數(shù)據(jù)和信號 數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)可定義為表意的實體，分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)在某些時間間隔上取連續(xù)的值，例如，語音、溫度、壓力等。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)

2、取離散值，為人們所熟悉的例子是文本或字符串。在射頻識別應(yīng)答器中存放的數(shù)據(jù)是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 。,3.3 信號和編碼,數(shù)據(jù)和信號 信號：是數(shù)據(jù)的電氣或者電磁形式的編碼。 模擬信號：是連續(xù)變化的電磁波。在時域表現(xiàn)為連續(xù)的變化，在頻域其頻譜是離散的。 數(shù)字信號：是一種電壓脈沖序列，數(shù)據(jù)取離散值。,3.3 信號和編碼,信道 傳輸介質(zhì)：是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)里發(fā)送器和接收器之間的物理通路。 傳輸介質(zhì)可以分為導(dǎo)向傳輸介質(zhì)和非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)兩類。 導(dǎo)向傳輸介質(zhì)構(gòu)成的信道稱為有線信道。 非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)構(gòu)成的信道稱為無線信道。,3.3 信號和編碼,數(shù)據(jù)編碼 信源編碼 是對信源信息進(jìn)行加工處理，模擬數(shù)據(jù)要經(jīng)過采樣、量化和編碼變換為

3、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，為降低所需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，在信源編碼中還采用了數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。 信道編碼 是將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼成適合于在數(shù)字信道上傳輸?shù)臄?shù)字信號，并具有所需的抵抗差錯的能力，即通過相應(yīng)的編碼方法使接收端能具有檢錯或糾錯能力。,3.3 信號和編碼,基帶信號和寬帶信號 基帶信號： 帶通信號（已調(diào)信號） 寬帶信號：,3.3 信號和編碼,數(shù)字基帶信號波形,3.4 RFID系統(tǒng)中常用的編碼方式,曼徹斯特（Manchester）碼,3.4 RFID系統(tǒng)中常用的編碼方式,軟件實現(xiàn)編/解碼 采用曼徹斯特碼傳輸信息的信息塊格式為起始位是1碼，結(jié)束位采用無跳變低電平。 曼徹斯特碼可與兩倍數(shù)字時鐘頻率的NRZ碼相對應(yīng)。 解碼：

4、二倍數(shù)字時鐘讀取輸入的曼徹斯特碼判斷起始位兩位一組轉(zhuǎn)換成NRZ碼若讀取到00則表示收到了結(jié)束位。 11是非法組合，表示傳輸出錯或發(fā)生了碰撞。,3.4 RFID系統(tǒng)中常用的編碼方式,曼徹斯特的讀入串為10 1001 0110 0100，求NRZ碼的值。 畫出10 1001 1100的曼徹斯特碼波形。,3.4 RFID系統(tǒng)中常用的編碼方式,密勒（Miller）碼 傳輸格式：起始位為1，結(jié)束位為0.,3.4 RFID系統(tǒng)中常用的編碼方式,密勒碼波形及與NRZ碼、曼徹斯特碼的波形關(guān)系,3.4 RFID系統(tǒng)中常用的編碼方式,軟件實現(xiàn)編解碼 一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)變成密勒碼時相當(dāng)于用兩位二進(jìn)制來表示，例如8位二進(jìn)

5、制數(shù)據(jù)變成密勒碼之后相當(dāng)于16位二進(jìn)制位。 軟件解碼時，首先判斷起始位（電平由高到低的跳變），然后對以2倍時鐘讀入的位值進(jìn)行每兩位一次轉(zhuǎn)換，01和10都轉(zhuǎn)換為1,00和11都轉(zhuǎn)換為0，最終得到NRZ碼。,3.4 RFID系統(tǒng)中常用的編碼方式,設(shè)讀入的密勒碼為1000 0110 0011 1000，求其NRZ碼。 寫出數(shù)據(jù)01 1001 0110 的密勒碼編碼結(jié)果（二進(jìn)制表示形式），并畫出波形。,3.4 RFID系統(tǒng)中常用的編碼方式,修正的密勒碼 三種時序： 時序X：在64/fc處產(chǎn)生一個pause（凹槽）。 時序Y：在整個位期間128/fc不發(fā)生調(diào)制。 時序Z：在位期間的開始產(chǎn)生一個pause

6、。 編碼規(guī)則 邏輯1為時序X；邏輯0為時序Y（若連零則從第二個零開始用時序Z，直接與起始位相連的所有零用時序Z）；通信開始時用時序Z；通信結(jié)束用邏輯0加時序Y表示；無信息時用至少兩個時序Y表示。,3.5 信號的調(diào)制,脈沖調(diào)制 將數(shù)據(jù)的NRZ碼變換為更高頻率的脈沖串，該脈沖串的脈沖波形參數(shù)受NRZ碼的值0和1調(diào)制。 主要的調(diào)制方式為頻移鍵控FSK和相移鍵控PSK。,3.5 信號的調(diào)制,FSK,FSK脈沖調(diào)制波形,3.5 信號的調(diào)制,PSK1和PSK2,3.5 信號的調(diào)制,PSK1：以固定的參考相位脈沖波來代表信號1和0 PSK2：和相對相位有關(guān)，若相位突變則為1，不變?yōu)?,3.5 信號的調(diào)制,數(shù)

7、字調(diào)制 RFID系統(tǒng)通常使用數(shù)字調(diào)制方式傳輸信息。 數(shù)字調(diào)制的方法主要有幅移鍵控（ASK）、相移鍵控（PSK）和頻移鍵控（FSK）。其中ASK是RFID系統(tǒng)常使用的方式。,3.5 信號的調(diào)制,數(shù)字調(diào)制,3.6 鏈路預(yù)算,鏈路預(yù)算： 在無線傳輸中，完成傳輸數(shù)據(jù)成功從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩怂枰哪芰恳话惚环Q為 為了滿足鏈路預(yù)算我們需要知道： 閱讀器能夠傳輸?shù)哪芰?能量在傳輸中的衰減 標(biāo)簽啟動需要的能量 標(biāo)簽在解碼和傳輸中需要的能量,3.6 鏈路預(yù)算,閱讀器傳輸能量 根據(jù)現(xiàn)實需求和相關(guān)管理規(guī)定共同決定，但最大傳輸能量不超過1W。 并非所有的閱讀器都需要傳輸1W的能量，為了安全和傳輸需要，往往小于1W。,3.6 鏈路預(yù)算,路徑損耗 是指在傳輸過程中，傳輸器實際發(fā)送能量和接收器實際接收的能量之間的差異。 有效孔徑：標(biāo)簽接收的功率大小和作用于標(biāo)簽的功率密度成正比，這個比例參數(shù)必須以面積為單位來描述，常被稱作標(biāo)簽天線的有效孔徑Ae.,3.