CN102006080A - 一种用于无源射频识别系统的数据编码方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于无源射频识别系统的数据编码方法。技术方案是读写器将待发送的二进制数据采用如下步骤进行编码：将二进制数据每两比特分为一组，将每组数据编码为一定长度的高电平与固定长度的低电平的组合，根据其中高电平的长度区分不同的二进制数据。本发明提供的编码方法使信号占用带宽窄，频谱效率好，单位比特能够为标签提供更多的能量，较好地解决了无源标签能量供应的问题；在信号占用带宽相同的前提下，同现有方法比能有效提高数据传输速率，并为标签提供相同的能量。

Description

一种用于无源射频识别系统的数据编码方法

 

技术领域

本发明属于射频识别通信技术领域，具体涉及一种用于无源射频识别系统中从读写器到标签的数据编码方法。

背景技术

射频识别（Radio Frequency Identification,简称 RFID）通信技术是一种非接触式自动识别技术，RFID系统主要由标签、读写器以及计算机网络系统构成。读写器通过射频信号与标签进行通信，获取标签上存储的识别信息，同时通过计算机网络系统对读取的标签信息进行管理和信息传输。

RFID系统可以分为两类：无源RFID系统与有源RFID系统，两者主要区别在标签端。无源RFID系统的标签需要从读写器发射来的射频信号中获取能量，而有源RFID系统的标签自身能够提供能量。

在无源RFID系统中，读写器利用经编码和调制过后的射频信号发送信息给标签，一方面通过射频信号向标签提供能量，另一方面通过标签后向散射的信号对其进行识别。读写器和标签之间采用半双工方式进行通信。为了保证标签能够获得足够高的能量，通常采用如下两种措施：一是增加读写器到标签的射频信号作用时间；二是在由读写器到标签的通信链路中，将待发送的数据进行编码，尽量增大使用高电平的概率，减小低电平的使用概率。措施一虽然能够提高标签端获得的能量，但影响了数据传输速率，降低了频谱效率，因此目前主要采用措施二来解决无源RFID系统中标签的能量供应问题。

对于无源RFID系统，现有的国际标准中读写器端的编码方法通常包括：Manchester编码和PIE编码(Pulse Interval Encoding，脉冲间隔编码)，例如：ISO 18000-6 Type B中采用了Manchester编码；而ISO 18000-6 Type A与ISO 18000-6 Type C / EPC UHF Class 1 Generation 2中均采用PIE编码。 

Manchester编码利用波形电平的变化来区分数据：电平由低变高时，代表数据“0”；电平由高变低时，代表数据“1”；且相位的跳变发生在符号周期的中间时刻。Manchester编码中携带了丰富的定时和同步信息，是一种自同步编码；同时编码无直流漂移，实现简单。然而，对于无源RFID系统而言，Manchester编码带来的主要问题是编码后的信号中高、低电平出现的概率均为50%，标签的能量供应效率不高。PIE编码中数据“0”和“1”均表示为一定长度的高电平后接固定长度的低电平的形式，如图1所示，通过增大数据“1”中高电平的持续时间，有效地解决了Manchester编码中标签端能量供应不足的问题。然而，由于通过引入更长的高电平来表示数据“1”，导致单位比特的传输时间变长，在相同信道带宽的约束下，降低了读写器端的数据传输速率。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有编码方法的不足，通过引入多比特同时编码的概念，提出了一种增大频谱效率、提高读写器端数据传输速率的编码方法。

为了解决上述问题，本发明提供一种用于无源射频识别系统的数据编码方法（技术方案1），读写器将待发送的二进制数据采用如下步骤进行编码：

将待发送的二进制数据按每两比特进行分组，如果待发送的二进制数据为奇数位，则需对其进行补“0”后再分组。

对每组数据，按如下方式进行编码：

对数据分组“00”，用长度为L1的高电平后接长度为L的低电平表示，

对数据分组“01”，用长度为L2的高电平后接长度为L的低电平表示，

对数据分组“11”，用长度为L3的高电平后接长度为L的低电平表示，

对数据分组“10”，用长度为L4的高电平后接长度为L的低电平表示；

上述编码方式同时满足：L = L1 < L2 < L3 < L4。

此外，本发明还提供另外一种用于无源射频识别系统的数据编码方法（技术方案2），读写器将待发送的二进制数据采用如下步骤进行编码：

对待发送的二进制数据按每两比特进行分组，如果待发送的二进制数据为奇数位，则需对其进行补“0”后再分组。

对每组数据，按如下方式进行编码：

对数据分组“00”，用长度为L的低电平后接长度为L1的高电平表示，

对数据分组“01”，用长度为L的低电平后接长度为L2的高电平表示，

对数据分组“11”，用长度为L的低电平后接长度为L3的高电平表示，

对数据分组“10”，用长度为L的低电平后接长度为L4的高电平表示；

上述编码方式同时满足：L = L1 < L2 < L3 < L4。

综上所述，在无源射频识别系统中读写器端采用本发明的数据编码方法与采用PIE编码方法相比：在数据传输速率相等的情况下，信号占用的带宽更窄，频谱效率更好，单位比特能够为标签提供更多的能量，更好地解决了无源标签能量供应的问题；在信号占用带宽相同的前提下，能有效提高数据传输速率，可以为标签提供与PIE编码相当的能量。

附图说明

图1为PIE编码一具体实施例的数据符号示意图；

图2为采用本发明的技术方案1的一具体实施例的数据符号示意图；

图3为采用本发明的技术方案2的一具体实施例的数据符号示意图；

图4为采用本发明技术方案1的一具体实施例的编码实例示意图；

图5为采用本发明技术方案2的一具体实施例的编码实例示意图；

图6为分别采用本发明技术方案1的一具体实施例与PIE的一具体实施例的编码信号的功率谱密度对比图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述，但不构成对本发明的限制。

为了更好地理解本发明的编码方法，图1给出了PIE编码一具体实施例的数据符号示意图。在图1中，数据“1”用长度为1.5Ts的高电平后接长为0.5Ts的低电平表示；数据“0”用长度为0.5Ts的高电平后接长为0.5Ts的低电平表示。其中，Ts为单位参考时间长度，根据数据传输速率的具体要求确定。

图2是采用本发明的技术方案1的一具体实施例的数据符号示意图，在图2中：

二进制数据分组“00”编码成：长度为L1＝0.5Ts的高电平后接长度为L＝0.5Ts的低电平；

二进制数据分组“01”编码成：长度为L2＝1.5Ts的高电平后接长度为L＝0.5Ts的低电平；

二进制数据分组“11”编码成：长度为L3＝2.5Ts的高电平后接长度为L＝0.5Ts的低电平；

二进制数据分组“10”编码成：长度为L4＝3.5Ts的高电平后接长度为L＝0.5Ts的低电平。

上述具体实施例中满足L = L1 < L2 < L3 < L4的要求。

图3是采用本发明的技术方案2的一具体实施例的数据符号示意图，在图中：

二进制数据分组“00”编码成：长度为0.5Ts的低电平后接长度为0.5Ts的高电平；

二进制数据分组“01”编码成：长度为0.5Ts的低电平后接长度为1.5Ts的高电平；

二进制数据分组“11”编码成：长度为0.5Ts的低电平后接长度为2.5Ts的高电平；

二进制数据分组“10”编码成：长度为0.5Ts的低电平后接长度为3.5Ts的高电平。

假设读写器端待发送的二进制数据为：“0111001011000100110101”。

按照图2所示的本发明的技术方案1的具体实施例，首先将待发送的数据按每两比特进行分组，分组为：“01 | 11 | 00 | 10 | 11 | 00 | 01 | 00 | 11 | 01 | 01”，然后按图2所示的方案将上述数据编码成：“+++- | +++++- | +- | +++++++- | +++++- | +- | +++- | +- | +++++- | +++- | +++-”，其中，“+”代表长度为0.5Ts的持续高电平，“-”代表长度为0.5Ts的持续低电平。图4表示上述待发送的二进制数据采用图2所示技术方案的编码结果。

按照图3所示的本发明的技术方案2的具体实施例，首先将待发送的数据按每两比特进行分组，分组为：“01 | 11 | 00 | 10 | 11 | 00 | 01 | 00 | 11 | 01 | 01”，然后按图3所示的方案将上述数据编码成：“-+++ | -+++++ | -+ | -+++++++ | -+++++ | -+ | -+++ | -+ | -+++++ | -+++ | -+++”，其中，“+”代表长度为0.5Ts的持续高电平，“-”代表长度为0.5Ts的持续低电平。图5表示上述待发送的二进制数据采用图3所示技术方案的编码结果。

下面以图2所示本发明的技术方案1的具体实施例为对象，研究当读写器的数据传输速率相等与信号占用的带宽相等这两种情况下本发明的编码方法与PIE编码方法的性能对比，主要体现在：                                               

 当两种方法中读写器的数据传输速率相等时，本发明的编码方法能为每比特提供更多的能量，有效地解决无源标签的能量供应问题，特别是调制深度越高时优势越明显，同时编码信号占用的带宽比PIE编码信号窄，频谱效率高；

 当两种方法中编码信号占用带宽相等时，本发明的数据传输速率更高，单位比特能够提供与PIE编码相当的能量。

 当数据传输速率相等时

假设图1中的单位参考时间Ts为

，图2中单位参考时间Ts为

，同时假设两幅图中对应的高、低电平都分别为：V_H和V_L；两者的数据传输速率分别为

： 

                     

当

时，有：

，此时两种编码方法单位比特提供给标签的能量分别为：

和

                 

          

将

与

式相减得到：

                 

从

式可以看出，本发明提出的编码方法每比特能够为标签提供更多的能量，特别是调制深度越高时(此时

越大)优势越明显。

下面分析当数据传输速率相等时，两种编码信号占用带宽的情况，进而比较两者的频谱效率：

图6为分别采用本发明技术方案1的一具体实施例与PIE的一具体实施例的编码信号的功率谱密度对比图。图6的横坐标代表数字化频率，纵坐标代表功率谱归一化幅度。曲线61表示按照图2所示方式进行编码的信号的功率谱密度，曲线62按照图1所示方式（PIE编码）进行编码的信号的功率谱密度。从图上可以看出，两者的第一个零点带宽均为2/Ts，由编码的单位参考时间Ts决定。两者的信号带宽分别为：

                         

由

式可以看出：

，说明采用本发明技术方案1的编码信号占用的带宽比PIE编码信号占用的带宽窄，频谱效率高。

 当编码信号占用的带宽相等时

根据上面的条件可知，当两者的编码信号的带宽相等时，要求

，而此时读写器的数据传输速率分别为：

                   

可以看出：

，说明在相同的信道带宽约束的前提下，本发明提出的编码方法能有效提高读写器端的数据传输速率。

另外，根据式

与

可知，此时单位比特给标签提供的能量分别为：

两者相减为：

因为低电平

非常小，因此上式趋近于0。可以看出，当两者编码信号占用的带宽相等时，本发明的编码方法的每比特能够提供与PIE方法相当的能量。

Claims (2)

1.一种用于无源射频识别系统的数据编码方法，其特征在于，读写器将待发送的二进制数据采用如下步骤进行编码：

将待发送的二进制数据按每两比特进行分组，如果待发送的二进制数据为奇数位，则需对其进行补“0”后再分组；

对每组数据，按如下方式进行编码：

对数据分组“00”，用长度为L1的高电平后接长度为L的低电平表示，

对数据分组“01”，用长度为L2的高电平后接长度为L的低电平表示，

对数据分组“11”，用长度为L3的高电平后接长度为L的低电平表示，

对数据分组“10”，用长度为L4的高电平后接长度为L的低电平表示；

上述编码方式同时满足：L = L1 < L2 < L3 < L4。

2.一种用于无源射频识别系统的数据编码方法，其特征在于，读写器将待发送的二进制数据采用如下步骤进行编码：

对待发送的二进制数据按每两比特进行分组，如果待发送的二进制数据为奇数位，则需对其进行补“0”后再分组；

对每组数据，按如下方式进行编码：

对数据分组“00”，用长度为L的低电平后接长度为L1的高电平表示，

对数据分组“01”，用长度为L的低电平后接长度为L2的高电平表示，

对数据分组“11”，用长度为L的低电平后接长度为L3的高电平表示，

对数据分组“10”，用长度为L的低电平后接长度为L4的高电平表示；

上述编码方式同时满足：L = L1 < L2 < L3 < L4。

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