《物联网射频识别(RFID)核心技术教程》-PPT-9

《物联网射频识别（RFID）核心技术教程》点击此处结束放映《物联网射频识别（RFID）核心技术教程》点击此处结束放映电子教案《物联网射频识别（RFID）核心技术教程》《物联网射频识别（RFID）核心技术教程》本书《物联网-射频识别（RFID）核心技术教程》由《物联网-射频识别（RFID）核心技术详解》一书改编而来。《物联网-射频识别（RFID）核心技术详解》2011年11月荣获陕西省普通高等学校优秀教材一等奖，2012年12月修订出版第2版，2013年荣获陕西省高等教育教学成果二等奖。《物联网-射频识别（RFID）核心技术教程》2016年出版，本书适合作为高校教材。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程第9章编码与调制点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程读写器与电子标签之间消息的传递是通过电信号实现的。原始的电信号通常称为基带信号，有些信道可以直接传输基带信号，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，这个过程称为编码与调制；在接收端进行反变换，然后进行解码，这个过程称为解调与解码。调制以后的信号称为已调信号，它具有两个基本特征，一个是携带有信息，一个是适合在信道中传输。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映•人类在生活、生产和社会活动中总是伴随着消息（或信息）的传递，这种传递消息（或信息）的过程就叫做通信。•通信系统是指完成通信这一过程的全部设备和传输媒介。信息源（简称信源）：把各种消息转换成原始电信号，如麦克风。信源可分为模拟信源和数字信源。发送设备：产生适合于在信道中传输的信号。信道：将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。分为有线信道和无线信道两大类。噪声源：集中表示分布于通信系统中各处的噪声。接收设备：从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。受信者（信宿）：把原始电信号还原成相应的消息，如扬声器等。信号与信道9.1编码与调制9.2RFID常用的编码方法9.3RFID常用的调制方法9.4物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程信号与信道9.1点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程9.1.1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字信号，RFID系统主要处理的是数字信号。信号可以从时域和频域两个角度来分析，在RFID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。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程1.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，其信号的幅度、频率或相位随时间作连续变化。数字信号是指幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内。EPC码（二进制码）就是一种数字信号。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映•模拟信号：代表消息的信号参量取值连续，例如麦克风输出电压：•数字信号：代表消息的信号参量取值为有限个，例如电报信号、计算机输入输出信号：0t0t(a)话音信号(b)抽样信号图2模拟信号0tt码元(a)二进制信号(b)2PSK信号图3数字信号物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映通常，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。物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映•数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。①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；②信道编码与译码目的：增强抗干扰能力；③加密与解密目的：保证所传信息的安全；④数字调制与解调目的：形成适合在信道中传输的带通信号；⑤同步目的：使收发两端的信号在时间上保持步调一致。物联网射频识别（RFID）核心技术教程数字信号较模拟信号有许多优点，RFID系统常采用数字信号。RFID系统数字信号的主要特点如下。（1）信号的完整性（2）信号的安全性（3）便于存储、处理和交换（4）设备便于集成化、微型化（5）便于构成物联网点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映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。物联网射频识别（RFID）核心技术教程2.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化。频域的自变量是频率，频域表达信号随频率的变化。在RFID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。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程3.信号工作方式（1）时序系统在时序系统中，从电子标签到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，这种方式可以改善信号受干扰的状况，提高系统的工作距离。（2）全双工系统（3）半双工系统点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映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，向读写器发送信号物联网射频识别（RFID）核心技术教程9.1.2信道信道可以分为两大类，一类是电磁波在空间传播的渠道，如短波信道、微波信道等；另一类是电磁波的导引传播渠道，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RFID采用无线信道。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程1.信道的频带宽度信号所拥有的频率范围叫做信号的频带宽度，简称为带宽。（9.1）12ffBW点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程2.信道传输速率信道传输速率就是数据在传输介质（信道）上的传输速率。数据传输速率的单位为比特/秒，记做bps或bit/s。1kbit/s=103bit/s1Mbit/s=103kbit/s1Gbit/s=103Mbit/s点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程3.波特率与比特率（1）波特率（2）比特率（3）波特率与比特率的关系比特率=波特率（9.2）M2log点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程4.信道容量（1）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（9.4）（2）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（9.5）MBWC2log2)1(log2NSBWC点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程编码与调制9.2点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程图9.2数字通信系统的模型点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映RFID系统的基本通信模型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。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系统的基本通信模型物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映•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，并识别和纠正传输错误。物联网射频识别（RFID）核心技术教程9.2.1编码与解码1.信源编码与解码（1）提高信息传输的有效性（2）完成模/数转换2.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，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。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程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。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程9.2.2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。1.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高频率的信号。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程2.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，就是用调制信号去控制载波参数的过程。（1）调幅（2）调频（3）调相点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程RFID常用的编码方法9.3点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程二进制编码是用不同形式的代码来表示二进制的1和0。按照数字编码方式，可以将编码划分为单极性码和双极性码，单极性码使用正（或负）的电压表示数据；双极性码1为反转，0为保持零电平。按照信号是否归零，还可以将编码划分为归零码和非归零码，归零码在码元中间信号回归到0电平；非归零码遇1电平翻转，遇0电平不变。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映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”。RFID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）编码、单极性归零（RZ）编码、差动双相（DBP）编码、密勒（Miller）编码和差动编码。物联网射频识别（RFID）核心技术教程9.3.1编码应具有的预期性能在RFID系统中，编码规则的选择对能量转换和信号恢复有很大影响，同时编码规则也要考虑数据速率、载频调制原理、应用的碰撞管理、频谱划分和辐射标准等多种因素。1.前向链路编码的预期性能2.后向链路编码的预期性能3.碰撞管理阶段的预期性能点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程9.3.2编码格式1.反向不归零（NRZ）编码反向不归零编码用高电平表示二进制的1，用低电平表示二进制的0。点击此处结束放映物联网射频识别（RFID）核心技术教程点击此处结束放映反向不归零编码（NRZ，NonReturnZero）•反向不归零编码用高电平表示二进制“1”，低电平表示二进制“0”，如下图所示：图7反向不归零编码•此码型不宜传输，有以下原因a)有直流，一般信道难于传输零频附近的频率分量；b)接收端判决门限与信号功率