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基于EPC C1G2协议的RFID系统数据编码

2011-09-13邹传云张刚建

通信技术 2011年1期
关键词:读写器基带载波

段 宏, 邹传云, 张刚建

(西南科技大学 信息工程学院,四川 绵阳 621010)

0 引言

超高频无线射频识别(UHF RFID,Ultra High Frequency Radio Frequency Identification)系统中的数据编码技术的实现难易程度直接关系着整个系统的实现和成本。首先,对符合EPC C1G2协议的UHF RFID系统前向链路的数据编码方式进行了分析和实现。然后,对反向链路的数据编码方式实现进行了设计并利用Simulink进行了仿真分析。

1 前向链路数据编码

RFID读写器到标签的通信(即前向链路通信)使用开关控制方式发送数据。其数据的编码方式采用脉冲间隔码(PIE,Pulse-interval encoding)。

PIE码的原理是通过定义脉冲下降沿之间的不同时间宽度来表示数据。如图1所示,PW(Pulse Width)为脉冲宽度,Tari是读写器到标签发送信号的参考时间间隔,也称为基准时间间隔,同时也是数据0发送信号的持续时间间隔。高位值1代表读写器所发送的连续载波,低位值 0代表读写器所发送的减弱的连续载波[1-2]。这里的字符1的周期采用2.0Tari。

图1 PIE码的定义

由于PIE码其编码后字符0和字符1的信号周期不同,利用数字逻辑的基本原理实现PIE编码非常困难[3]。但由于读写器带有MPU ( Micro Processor Unit,其全称为微处理单元),因此可以首先对待编码的数据进行预处理,即将“0”转换为“1 0”,将“1”转换为“1 1 1 0”,再进行发送信号的调制。用软件的方法编程实现PIE码的数据预处理极为简单,例如可以使用执行效率较高的标准C代码实现。例如,要传输的的数据为1 0 1 1 0 1 1 1 0 0,则预处理后的数据为1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0。以下是用标准C代码实现的PIE码编码的程序主要部分。其中*p指向输入数据数组,*q指向输出数据数组。

2 反向链路的编码

标签到读写器的通信(即反向链路通信)使用反向散射技术发送数据。标签的能量来源于天线的射频场,当读写器向标签提供能量时,标签交替的改变其天线前端的有效阻抗,以达到改变标签的射频反射率的目的,从而将信息传送回读写器。[4]标签到读写器的反向数据传输可以采用两种编码方式:一种是采用FM0(bi-phase space,其全称为双向间隔码)码对基带信号调制,一种为采用密勒码(Miller)以数据速率对子载波进行调制。至于采用何种编码方式,这取决于读写器[1]。

2.1 FM0码的编码模型搭建及仿真

FM0码在每个数据的边界翻转相位,数据“0”在符号中间位置也翻转相位,数据“1”在整个字符周期内没有相位翻转。由 FM0码的编码规则可以知道利用简单的逻辑器件和触发器能够实现编码。

根据FM0编码规则,如图2利用Simulink平台搭建了其仿真模型,其中主要用到了触发器和一些基本的逻辑器件,硬件实现成本极低。首先运用数电基本知识,用两个D触发器和一些基本的逻辑器件搭建模型将任意一个输入信号 Qn进行FM0编码,可以得到两个信号。若输入的信号为 Q1Q2Q3… Qn,则进行FM0编码后可得到两路信号:A路信号和B路信号。但对于输入信号 Q1Q2Q3… Qn而言,其编码后的信号应该是一路信号,而不是分开的两路信号。接下来的思路为利用时钟信号分别和A、B两路信号进行逻辑与运算,将A、B两路每个信号的后半周期归零,再将B路信号延时半周期后与 A 路信号叠加即得到一路信号,合并信号的模型如图3。如图4为该仿真模型的Scope扫描图,由该图可知该编码模型存在一个码元周期的延迟,不过这不影响其编码效果。

图2 FM0码编码仿真模型

图3 A、B两路信号合并模型

2.2 Miller码的编码模型搭建及仿真

Miller码的编码规则为:对于连续两个数据“0”,在符号的边界发生相位翻转,符号中间位置不翻转相位。对于单个的数据“0”,则保持其前面的相位不变化;对于数据符号“1”,在符号的中间位置相位翻转,边界位置不变化,即用1 0或0 1表示数据符号“1”。UHF RFID系统中Miller码序列每个数据位可能包含2、4或8个副载波周期。假定Miller码序列中含2个副载波周期。由于Miller码的特殊编码规则,在数据校验时有其独特的优势[5]。

一般来说,密勒码可由双相码的下降沿去触发双稳电路产生。根据Miller的编码规则,使用简单的逻辑器件和J-K触发器实现Miller码的编码[6]。具体的的基带Miller的编码实现可参考上文中 FM0码的编码方法搭建仿真模型。一旦基带Miller码编码成功,当M=2(2个副载波周期)时,将基带Miller码与二倍周期于基带Miller码的时钟信号进行逻辑异或运算,即可得到包含两个副载波周期的Miller码。如图5为包含2个副载波周期的Miller码的形成仿真模型。图6为图5所示的仿真模型的Scope扫描图。

图4 FM0码编码模型仿真波形

图5 包含2个副载波周期的Miller码形成模型

图6 Miller码的编码仿真波形

从图6可知该方案实现了包含两个副载波周期的Miller码的编码。该编码方案存在一个码元周期的延迟。

3 结语

符合EPC C1G2协议的UHF RFID系统的数据编码直接决定着整个系统的性能、效率、系统复杂程度、成本和应用普及程度。对于读写器端而言,由于有较好电源供应且一般的读写器都有 MPU,其编码较易实现,前向链路 PIE码可采用软件编码后再调制发送信号。反向链路中的 FM0码可用触发器和逻辑器件实现,其编码时在得到分开的两路信号后,利用时钟信号分别和两路信号进行逻辑与运算,再叠加得到编码信号。由于RFID系统中发送的Miller码序列每个信号中都含有多个副载波周期,基带Miller编码可以参照处理 FM0码的处理方式进行编码,再与时钟信号进行异或运算即可得到多载波周期Miller码序列。这里提出了该系统的编码解决方案,且进行了反向链路的仿真实现,有助于新系统的实现。

[1] EPC global. EPCTMRadio-Frequency Identity Protocols Class1 Generation2 UHF RFID Protocol for Communications at 860~960 MHz Version 1.2.0[S].USA:[s.n.],2008:24-36.

[2] 单承赣,梁华东,焦宗东.IS018000_6中的FMO编码和PIE编码的编码技术[J].中国电子商情,2007(01):47-48.

[3] 周晓光,王晓华,王伟.射频识别(RFID)系统设计、仿真与应用[M].北京:人民邮电出版社,2008:217.

[4] 张予帅,蒋泰,苏平,等.ISO18000_6TypeB与TypeC标准的分析与比较[J].广西科学院学报,2009,25(04):336-339.

[5] 赵鸿,彭碧玉,王宏卓.基于VHDL的CRC校验及其在测控通信中的应用[J].通信技术,2010,43(02):29-30.

[6] 黄银龙,张辉,徐旭,等.车辆管理RFID电子标签内存规划研究[J].通信技术,2010,43(02):141-142.

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