基于EPC C1G2協(xié)議的RFID系統(tǒng)數(shù)據(jù)解碼

基于EPC C1G2協(xié)議的RFID系統(tǒng)數(shù)據(jù)解碼

1 前向鏈路數(shù)據(jù)解碼 

EPC C1G2 協(xié)議下的 UHF RFID 系統(tǒng)讀寫器到電子標(biāo)簽90 的通信(即前向鏈路通信)編碼方式為脈沖間隔編碼（PIE， Pulse-interval encoding）。該碼的編碼方式是通過(guò)定義下降沿之間的不同寬度來(lái)表示不同的數(shù)據(jù)信號(hào)。具體編碼規(guī)則可查閱 EPC C1G2 協(xié)議，下面將討論 PIE 碼的解碼方法。

1.1  PIE碼的解碼

EPC C1G2 協(xié)議之所以采用 PIE 碼, 是因?yàn)?PIE 碼解碼具有唯一性，它通過(guò)脈沖間隔(Pulse Interval)長(zhǎng)度的不同來(lái)區(qū)分邏輯“0”和“1”,并且在任意一個(gè)字符數(shù)據(jù)的中間產(chǎn)生一次相位翻轉(zhuǎn)。極性翻轉(zhuǎn)特性使得編碼數(shù)據(jù)可以無(wú)二義性地進(jìn)行解碼,脈沖寬度大于參考脈沖寬度判為邏輯“1”;小于參考脈沖寬度判為邏輯“0”。參考脈沖寬度為邏輯“0”和“1” 脈沖寬度之和的一半^[1]。所以在解碼的時(shí)候，需要不斷的獲得 PIE 碼數(shù)據(jù)中兩個(gè)下降沿（即低電平“0”）之間的間隔來(lái)進(jìn)行判斷，如果間隔為系統(tǒng)時(shí)鐘的一倍（即系統(tǒng)時(shí)鐘的二倍頻信號(hào)的兩倍），則接收數(shù)據(jù)為“0”；如果間隔為系統(tǒng)時(shí)鐘的二倍（即系統(tǒng)時(shí)鐘的二倍頻信號(hào)的四倍），則接收數(shù)據(jù)為 “1”^[2]。因此，利用數(shù)字邏輯的基本原理實(shí)現(xiàn) PIE 碼解碼還比較困難的。但可以利用兩個(gè)下降沿之間的間隔和系統(tǒng)的時(shí)鐘之間的關(guān)系采用 VHDL 程序?qū)崿F(xiàn) PIE 碼的解碼，再下載到器件調(diào)試運(yùn)行。該方法已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用，具體可參考相關(guān)文獻(xiàn)。

2 反向鏈路數(shù)據(jù)解碼

該系統(tǒng)電子標(biāo)簽到RFID讀寫器的通信(即反向鏈路通信) 編碼方式要么采用 FM0 碼（bi-phase space,其全稱為雙向間隔碼），要么采用密勒碼（Miller）以數(shù)據(jù)速率對(duì)子載波進(jìn)行

調(diào)制。具體至于采用何種編碼方式，這取決于讀寫器^[3]。其中 FM0 碼工作原理是在一個(gè)位窗內(nèi)采用電平變化來(lái)表示邏輯。如果電平從位窗的起始處翻轉(zhuǎn)，則表示邏輯“1”。如果電平除了在位窗的起始處翻轉(zhuǎn)，還在位窗中間翻轉(zhuǎn)則表示邏輯 “0”^[4]。而 Miller 碼也稱延遲調(diào)制碼，是一種變形雙向碼。其編碼規(guī)則：對(duì)原始符號(hào)“1”碼元起始不躍變，中心點(diǎn)出現(xiàn)躍變來(lái)表示，即用 10 或 01 表示。

2.1 FM0碼的解碼實(shí)現(xiàn)及仿真

傳統(tǒng)的 FM0 碼解碼一般利用數(shù)據(jù)“0”在信號(hào)周期中心有電平翻轉(zhuǎn)，而數(shù)據(jù)“1”在整個(gè)信號(hào)周期都沒(méi)有電平翻轉(zhuǎn)，從而進(jìn)行解碼。本文提出了一種新的 FM0 解碼方法，基本思想是將收到的每個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)前半周期和后半周期分別看作一個(gè)信號(hào)，將收到的每個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)的前半周期合成一路信號(hào) X，將收到的每個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)的后半周期合成一路信號(hào) Y, 具體來(lái)說(shuō)分別將收到的信號(hào)與時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行邏輯與運(yùn)算和將收到的信號(hào)延時(shí)半個(gè)周期再與時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，得到兩路信號(hào) X 和 Y；再將 X、Y 兩路信號(hào)取邏輯與得到信

號(hào) C1，與此同時(shí)X （X 的邏輯非）與Y （Y 的邏輯非）也進(jìn)行邏輯與運(yùn)算得到信號(hào) C2；最后將 C1 和 C2 兩路信號(hào)合并就得到了 FM0 碼的譯碼。如圖 1 所示為 simulink 平臺(tái)下 FM0 碼分解為兩路信號(hào)的實(shí)現(xiàn)模型，如圖 2 所示為 FM0 碼的整個(gè)編解碼實(shí)現(xiàn)的仿真模型。圖 3 所示為整個(gè)編解碼模型的 Scope 掃描波形。從圖中可知，該方案很好的實(shí)現(xiàn)了 FM0 的解碼，不過(guò)解碼后的信號(hào)與輸入信號(hào)之間存在兩個(gè)周期的時(shí)間延遲，但對(duì)整個(gè)解碼沒(méi)有大的影響

2.2 Miller碼的解碼實(shí)現(xiàn)及仿真

傳統(tǒng)的密勒碼解碼是根據(jù)一個(gè)同步時(shí)鐘和一個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)值來(lái)判斷輸出，通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行異或運(yùn)算，結(jié)合編碼特征，判斷輸出，實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜^[6-7]。結(jié)合 Miller 碼編碼規(guī)則，運(yùn)用前面提出的方法，先將每位包含多個(gè)副載波周期的 Miller 碼與時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行邏輯異或運(yùn)算得到基帶 Miller 碼，然后將每個(gè)基帶 Miller 碼的前半個(gè)周期和后半個(gè)周期分為兩路信號(hào)，再借助基本的邏輯器件即可實(shí)現(xiàn)譯碼。這比傳統(tǒng)的譯碼方式簡(jiǎn)單且高效。 如圖 4 為將包含多個(gè)副載波周期的Miller碼變換為基帶Miller碼的仿真模型。