簡析UHF讀寫器(qì)設計(jì)中的FM0解碼技(jì)術(shù)

　　RFID(radio Frequency identifICation)技(jì)術(shù)是指以識别和(hé)數(shù)據交換為(wèi)目的，利用感應、無線電(diàn)波或微波進行(xíng)非接觸雙向通(tōng)信的自動識别技(jì)術(shù)，利用這種技(jì)術(shù)可(kě)以實現對所有(yǒu)物理(lǐ)對象的追蹤和(hé)管理(lǐ)。

1 FMO編碼原理(lǐ)

FM0(即Bi-Phase SPACe)編碼的全稱為(wèi)雙相間(jiān)隔碼編碼。在一個(gè)位窗內(nèi)采用電(diàn)平變化表示邏輯。如果電(diàn)平從位窗的起始處翻轉，則表示邏輯“1”.如果電(diàn)平除了在位窗的起始處翻轉，還(hái)在位窗中間(jiān)翻轉則表示邏輯“O”.根據FM0編碼的規則可(kě)以發現無論傳送的數(shù)據是0還(hái)是1,在位窗的起始處都需要發生(shēng)跳(tiào)變，如圖1所示。

根據EPC Gen2協議規定，從标簽接收刭的數(shù)據都是FM0編碼格式，是以前同步碼開(kāi)始的，前同步由2部分構成：前12個(gè)前導零與之後的6位特定位。需要注意的是在前同步碼中有(yǒu)1位發生(shēng)了偏移(即應發生(shēng)相轉化但(dàn)實際上(shàng)沒有(yǒu))，表示為(wèi)“V”,用于區(qū)分前同步碼與數(shù)據碼，前同步碼之後為(wèi)收到的數(shù)據，如圖2所示。

2 UHF讀寫器(qì)讀寫原理(lǐ)

根據EPC Gen2标準，該UHF讀寫器(qì)屬于半雙工通(tōng)信，遵循讀寫器(qì)先發言(RTF)原則，即标簽是否需要返回信号建立在有(yǒu)沒有(yǒu)接收到并正确解調出讀寫器(qì)發來(lái)的指令。系統開(kāi)始工作(zuò)時(shí)，先由讀寫器(qì)通(tōng)過射頻模塊進行(xíng)調制(zhì)，發出一系列的讀标簽指令，當标簽進入讀寫器(qì)響應區(qū)域時(shí)，接收到射頻能量，開(kāi)始解調讀寫器(qì)的指令，隻有(yǒu)正确得(de)到讀指令後，标簽才會(huì)将自己的ID信息等數(shù)據通(tōng)過反向散射方式回發給讀寫器(qì)。讀寫器(qì)将收到的反向散射信号解調成基帶信号之後再送到處理(lǐ)器(qì)中進行(xíng)解碼處理(lǐ)。

标簽主要由射頻接口(天線、數(shù)據調制(zhì)、解調、電(diàn)源電(diàn)路)、控制(zhì)邏輯及EEPROM存儲器(qì)3個(gè)模塊構成，調制(zhì)解調模塊完成對發送接收信号的調制(zhì)解調，能量檢測電(diàn)路通(tōng)過天線線圈接收到電(diàn)壓後給控制(zhì)中心提供穩定的電(diàn)壓。控制(zhì)邏輯由沖突檢測、讀寫控制(zhì)、存取控制(zhì)、EEPROM接口控制(zhì)和(hé)RF接口控制(zhì)部分組成，主要負責處理(lǐ)與外部通(tōng)信協議和(hé)與讀寫EEPROM.

采用高(gāo)性能的ARM7的LPC2103進行(xíng)解碼，采用12MHz外部晶振，該芯片可(kě)內(nèi)部倍頻，內(nèi)部時(shí)鍾工作(zuò)在60 MHz的頻率上(shàng)，完全滿足高(gāo)速下的解碼需求。LPC2103有(yǒu)2個(gè)32位的捕獲比較器(qì)，具有(yǒu)多(duō)達7路捕獲通(tōng)道(dào)。采用LPC2103的定時(shí)器(qì)TO和(hé)相應的捕獲引腳，在輸入信号發生(shēng)上(shàng)跳(tiào)變或者下跳(tiào)變時(shí)捕獲定時(shí)器(qì)值，并産生(shēng)中斷将該定時(shí)器(qì)值取出進行(xíng)判斷，其系統框圖如圖3所示。

3 FMO解碼

根據FMO解碼的特點，目前常見的解碼方法是：根據起始處的上(shàng)升沿或下降沿以及位窗中的采樣點來(lái)判斷出此位窗所表示的數(shù)據。設定一個(gè)位窗時(shí)間(jiān)長度為(wèi)T,1)位窗起始處為(wèi)下降沿，在該位窗3/4T處采樣，采樣為(wèi)1則位窗表示數(shù)據“0”,采樣為(wèi)0則位窗表示數(shù)據“1”;2)位窗起始處為(wèi)上(shàng)升沿，在該位窗3/4T處采樣，采樣為(wèi)1則位窗表示數(shù)據“1”,采樣為(wèi)0則位窗表示數(shù)據“0”.

這種方法的缺點很(hěn)明(míng)顯。因為(wèi)UHF頻段頻率很(hěn)高(gāo)，當在接收過程中會(huì)出現頻率偏移的情況時(shí)，會(huì)造成位寬時(shí)間(jiān)T較大(dà)的變化，而程序仍以固定的時(shí)間(jiān)間(jiān)隔3/4T去解碼，所以每次都會(huì)發生(shēng)一定的偏移，根據協議，UHF讀寫器(qì)将接收到标簽傳送過來(lái)的1個(gè)128字節的數(shù)據，這樣在解碼過程中，将出現累積偏移過多(duō)導緻漏讀或多(duō)讀情況，從而産生(shēng)誤判。

通(tōng)過讀寫器(qì)命令設置，可(kě)以使标簽返回數(shù)據采用160 Kb/s的速率，在FM0碼相鄰兩個(gè)邊沿之間(jiān)的間(jiān)隔隻可(kě)能有(yǒu)3種情況：0.5T、T、1.5T.在12 MHz的外部時(shí)鍾下，“0”的高(gāo)半位寬“H”和(hé)低(dī)半位寬“H”為(wèi)3.125μs,捕獲出的定時(shí)器(qì)計(jì)數(shù)值為(wèi)0x25左右，記為(wèi)0.5T;收到1個(gè)“0”或者1個(gè)“1”的位寬為(wèi)6.25 μs,捕獲出的定時(shí)器(qì)計(jì)數(shù)值為(wèi)Ox4B左右，記為(wèi)T;在前同步碼中，“V”的位寬為(wèi)9.375μs,捕獲出的定時(shí)器(qì)計(jì)數(shù)值為(wèi)0x70左右，記為(wèi)1.5T.解碼流程圖如圖4所示。

根據FMO碼特點，當捕獲到一個(gè)“H”或者“L”時(shí)，要判斷這個(gè)O.5T是“0”的前半位還(hái)是後半位。是前半位時(shí)，要等待下一個(gè)0.5T結合成1個(gè)“0”;是後半位時(shí)，要與之前剩餘的半位結合成“0”.捕獲到1個(gè)T寬度的數(shù)據時(shí)，則記為(wèi)“1”.

在進行(xíng)對接收到的FMO碼解碼時(shí)，因為(wèi)沒有(yǒu)同步信号，所以必須要先對數(shù)據進行(xíng)同步，也就是要先解碼到連續的12個(gè)“0”與之後的1010 V1前同步碼數(shù)據，才能對後面真正需要的數(shù)據進行(xíng)解碼。在解前同步碼時(shí)，前12個(gè)“O”按照2個(gè)0.5T組成1個(gè)“0”的原則，要有(yǒu)連續的24個(gè)0.5T出現才會(huì)進行(xíng)下面的解碼，不然就會(huì)返回重新開(kāi)始統計(jì)12個(gè)“0”.在之後解碼1010V1時(shí)，要注意一個(gè)特殊的位“V”,當捕獲到一個(gè)1.5T寬度的數(shù)據時(shí)，才記為(wèi)“V”;在此期間(jiān)，隻要解碼出一位有(yǒu)錯誤，則返回重新開(kāi)始統計(jì)12個(gè)“0”.隻有(yǒu)前同步碼全部正确解出時(shí)，才能進行(xíng)對需要的數(shù)據進行(xíng)解碼，依據捕獲到的寬度是0.5T還(hái)是1T來(lái)判斷是“0”的半位還(hái)是一個(gè)完整的“1”.

在EPC Gen2使用中，根據讀寫器(qì)發送命令的不同，标簽返回的FM0碼裏或者存在CRC5,或者存在CRC16,或者沒有(yǒu)校(xiào)驗，有(yǒu)CRC的碼在解碼完成後都要進行(xíng)CRC校(xiào)驗。當檢測到結束位時(shí)，CRC校(xiào)驗正确，則本次通(tōng)信正常，可(kě)以進行(xíng)下一步的通(tōng)信。

在實際運用中，讀寫器(qì)接收回路上(shàng)會(huì)出現發送回路洩露過來(lái)的很(hěn)多(duō)雜波信号以及一些(xiē)毛刺，會(huì)有(yǒu)連續多(duō)個(gè)“0”出現，會(huì)形成連續的24個(gè)寬度為(wèi)0.5T的間(jiān)隔，可(kě)能會(huì)誤判成前同步碼開(kāi)始，但(dàn)後續的前同步碼解碼過程在出現1.5T寬的“V”時(shí)會(huì)出錯，在進行(xíng)校(xiào)驗或檢測停止位時(shí)也可(kě)能會(huì)出現錯誤，這時(shí)也要重新搜索前同步碼。

4 結語

2006年EPC global(全球産品電(diàn)子代碼管理(lǐ)中心)納入ISO/IEC 18000-6C标準，批準了新标準EPC Gen2,用于900 MHz左右的UHF的RFID技(jì)術(shù)規範，現在被我國作(zuò)為(wèi)第1類第2代UHF RFID 860 MHz-960 MHz通(tōng)信協議。UHF頻段RFID系統具有(yǒu)讀寫速度快、存儲容量大(dà)、識别距離遠、成本低(dī)、尺寸小(xiǎo)等特點，更适合未來(lái)物流、供應鏈領域的應用，也為(wèi)實現“物聯網”提供可(kě)能。因此超高(gāo)頻RFID系統的發展是當今RFID系統發展的重點。

在UHF讀寫器(qì)設計(jì)中，關鍵問題就是對接收到的解調數(shù)據進行(xíng)正确解碼，既要解決信号頻率的偏移，也要能在高(gāo)速通(tōng)信過程中，快速正确解碼，采用這種解碼方法可(kě)以在對FM0碼捕獲位寬的同時(shí)進行(xíng)同步解碼，速度比較快，而且由于對載波頻率的變化不敏感，故讀卡成功率高(gāo)。