科普篇 | RFID信息的编码方式有哪些?又该如何选择呢?

2019-08-22

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中的信号编码和调制器、传输介质以及电子标签中的解调器和信号译码组成。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。



RFID系统通常都使用下列编码方式的一种:反向不归零(NRZ)编码、曼切斯特编码、单极性归零(RZ)编码、差动双相(DBP)编码、密勒编码和差动编码。




曼切斯特编码用每一比特位在半周期沿的瞬时值来表示一个二进制值。因此符号时间的中间上升沿对应于二进制值0下降沿对应于二进制值1。(比特率等同于通信带宽)符号时间的中间跳变在接收同步信号时非常重要,尤其当多个卡片都处于RFID阅读器的操作范围之内时的防冲突检测过程更为重要。然而,曼切斯特码比其它编码法有更高的带宽。此外在编码期间,曼切斯特码可确保数据编码与先前数据的编码无关。


下面给出了两种主要基带信号的编码。


(1)电平的编码中,二进制数值分别对应于信号电平的高低电压。例如,最简单编码方法之一的不归零码(NRZ),其逻辑高电平的二进制值是1,逻辑低电平二进制值是0.为了避免由于一系列的连续的0或1而导致的信号不同步和难于重建时间基准,在每个二进制值之后信号会降回到0伏,这种编码为归零码(RZ)。 正脉冲对用于二进制值1,其持续时间等于办半符号时间,在其他情况下该信号低逻辑电平。此外,数据的编码。(NRZ或RZ)与先前的数据编码无关。


(2)信号跳变的编码中,二进制数字对应于信号两种电压电平的变化;信息包含在信号的跳变中,数据的编码与前面的数据编码有关。这种编码类型下的时钟同步比在电平的编码类型中更容易。


①曼切斯特编码是信号调频编码的一种。他用每一比特位在半周期沿的瞬时值来表示一个二进制值,因此符号时间的中间上升沿对应于二进制值0,下降沿对应于二进制值1。比特率等同于通信带宽。符号时间的中间跳变在接收同步信号时非常重要,尤其当多个卡片都处于RFID的阅读器的操作范围之内时的防冲突检测过程更为重要。然而曼切斯特码比其它编码法有更高的带宽。此外,在编码期间曼切斯特码可确保数据编码与先前数据的编码无关。

②米勒码是另一类跳变编码,使用符号时间的中间跳变对二进制值1进行编码。如果出现连续的0位,会在符号时间开始处增加一个跳变,这样可以确保至少在两个符号时间周期之后有一个逻辑电平的变化。另一种称为“修米勒码”,它是米勒码的一种变形,与米勒码原理相同,但是由负脉冲来取代每一次跳跃,传输这类代码所需要的带宽比前一种编码要宽。在米勒编码中必须考虑对之前的数据的编码。

③双相间隔码与米勒码相似,它在每个符号时间周期开始时进行相位反转,表示1。如果电平除了在周期开始处反转之外还在符号时间的中间有一个相位反转,则表示0。与米勒码相比,这种编码机制在接收信号时,可以更好地同步编码数据。FM0编码与米勒码类似,也要考虑先前的编码数据。




曼切斯特码有以下特点:

1、在采用载波的负载调制或反向散射调制时,用于从电子标签到读写器的数据传输,因为这有利于发现数据传输的错误。这是因为在比特长度内,“没有变化”的状态是不允许的。

2、当多个标签同时发送的数据位有不同值时,则将接收的上升边和下降边互相抵消,导致在整个比特长度内是不间断的负载波信号,由于该状态不允许,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、曼切斯特码由于跳变都发生在每一个码元中间,接收端可以方便地利用它作为同步时钟。



其他编码方法通过脉冲时间调制传输信息。在这一类编码中,通常使用脉冲宽度调制、脉冲位置调制和脉冲间隔的编码方式。


1、脉冲宽度调制(PWM)。脉冲有规律的间隔等幅信号,并且其长度与信号周期成比例。PWM代码将二进制数值与正脉冲长度联系起来。在符号时间结束时,电平通常先回到低电位,再移至高点位,然后再开始新的编码。

2、脉冲位置调制(PPM)。根据脉冲的位置对信息进行编码。PPM代码使用负脉冲来编码逻辑1,与改进的米勒码不同的是,连续的逻辑0通常用恒定的高电平进行编码。相应地采用阶数为n的ppm代码可以对n位逻辑字进行编码。时间周期中脉冲的位置就决定了码字。然而,任何字都必须通过负脉冲的位置来进行编码:在整个的符号时间内,不可能找到一个恒定的电平。与曼切斯特编码相比,这种编码方式的带宽相对较窄,且容易实现,但这种编码方式的数据速率较低。

3、脉冲间隔编码(PIE)。它是PPM调制的一种变形,在这种编码方式中,RFID读写器生成两个下降沿儿来确定脉冲的间隔,这个间隔变化是二进制数0和1的函数。


RFID信息的编码技术必须考虑以下几个约束条件:

1、编码必须尽可能长时间地保存能量传输。

2、编码不能消耗太多的带宽。

3、如果在超高频读写器的操作范围内同时有几个RFID电子标签,则编码应能够有利益冲突检测。


由于PPM、PIE与PWM编码具有相对稳定的信号,所以可以满足前两个约束。然而也应看到,曼切斯特码可以更容易地检查出为冲突,因此这种编码方式通常用于RFID电子标签向RFID读写器发送数据的返回链路中。


NRZ码与米勒码编码的带宽最低,他们的带宽只有数据位速率带宽的一半。紧随其后的是曼切斯特编码、FM0码与RZ码,他们的带宽与通信流量是相同的。


选择表示二进制的编码需要考虑远程供电问题,载波信号要尽可能长地满足远程供电需要,此时可使用NRZ或者勒码编米码。考虑到RFID电子标签与超高频读写器之间的数据交互,检测包含在反馈信号中的响应十分重要。让曼切斯特码等在码元时间段有跳变的编码可以简化任务。


RFID信息的编码方式该如何选择?

1、编码方式需要考虑电子标签的能量来源

在RFID系统中使用的电子标签居多为无源标签,而无源标签需要在通信过程中获取自身的能量供应,所以要保证系统的正常工作,信道编码方式必须保证不能中断RFID读写器对电子标签的能量供应。

2、编码方式需要考虑电子标签的检错能力

编码方式得实现根据码型的变化来判断是否发生误码或有电子标签冲突发生,提供一定程度的检测错误能力。

3、编码方式需要考虑电子标签时钟的提取

在电子标签芯片中,一般不会有时钟电路,所以电子标签需要在读写器发来的码流中提取时钟。


(图文来源于网络,侵删)

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