簡析UHF讀寫器設計中的FM0解碼技術(shù)

　　RFID(radio Frequency identifICation)技術(shù)是指以識别和(hé)數(shù)據交換為(wèi)目的，利用感應、無線電波或微(wēi)波進行(xíng)非接觸雙向通(tōng)信的自(zì)動識别技術(shù)，利用這(zhè)種技術(shù)可(kě)以實現對所有物(wù)理對象的追蹤和(hé)管理。

1 FMO編碼原理

FM0(即Bi-Phase SPACe)編碼的全稱為(wèi)雙相間(jiān)隔碼編碼。在一(yī)個位窗內(nèi)采用電平變化表示邏輯。如(rú)果電平從(cóng)位窗的起始處翻轉，則表示邏輯“1”.如(rú)果電平除了(le)在位窗的起始處翻轉，還在位窗中間(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還是1,在位窗的起始處都(dōu)需要(yào)發生跳(tiào)變，如(rú)圖1所示。

根據EPC Gen2協議(yì)規定，從(cóng)标簽接收刭的數(shù)據都(dōu)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個前導零與之後的6位特定位。需要(yào)注意的是在前同步碼中有1位發生了(le)偏移(即應發生相轉化但(dàn)實際上(shàng)沒有)，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(rú)圖2所示。

2 UHF讀寫器讀寫原理

根據EPC Gen2标準，該UHF讀寫器屬于半雙工(gōng)通(tōng)信，遵循讀寫器先發言(RTF)原則，即标簽是否需要(yào)返回信号建立在有沒有接收到并正确解調出讀寫器發來的指令。系統開(kāi)始工(gōng)作(zuò)時(shí)，先由讀寫器通(tōng)過射頻(pín)模塊進行(xíng)調制，發出一(yī)系列的讀标簽指令，當标簽進入讀寫器響應區(qū)域時(shí)，接收到射頻(pín)能(néng)量，開(kāi)始解調讀寫器的指令，隻有正确得到讀指令後，标簽才會将自(zì)己的ID信息等數(shù)據通(tōng)過反向散射方式回發給讀寫器。讀寫器将收到的反向散射信号解調成基帶信号之後再送到處理器中進行(xíng)解碼處理。

标簽主要(yào)由射頻(pín)接口(天線、數(shù)據調制、解調、電源電路)、控制邏輯及EEPROM存儲器3個模塊構成，調制解調模塊完成對發送接收信号的調制解調，能(néng)量檢測電路通(tōng)過天線線圈接收到電壓後給控制中心提供穩定的電壓。控制邏輯由沖突檢測、讀寫控制、存取控制、EEPROM接口控制和(hé)RF接口控制部分組成，主要(yào)負責處理與外(wài)部通(tōng)信協議(yì)和(hé)與讀寫EEPROM.

采用高性能(néng)的ARM7的LPC2103進行(xíng)解碼，采用12MHz外(wài)部晶振，該芯片可(kě)內(nèi)部倍頻(pín)，內(nèi)部時(shí)鐘(zhōng)工(gōng)作(zuò)在60 MHz的頻(pín)率上(shàng)，完全滿足高速下(xià)的解碼需求。LPC2103有2個32位的捕獲比較器，具有多達7路捕獲通(tōng)道(dào)。采用LPC2103的定時(shí)器TO和(hé)相應的捕獲引腳，在輸入信号發生上(shàng)跳(tiào)變或者下(xià)跳(tiào)變時(shí)捕獲定時(shí)器值，并産生中斷将該定時(shí)器值取出進行(xíng)判斷，其系統框圖如(rú)圖3所示。

3 FMO解碼

根據FMO解碼的特點，目前常見(jiàn)的解碼方法是：根據起始處的上(shàng)升沿或下(xià)降沿以及位窗中的采樣點來判斷出此位窗所表示的數(shù)據。設定一(yī)個位窗時(shí)間(jiān)長(cháng)度為(wèi)T,1)位窗起始處為(wèi)下(xià)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(zhè)種方法的缺點很(hěn)明(míng)顯。因為(wèi)UHF頻(pín)段頻(pín)率很(hěn)高，當在接收過程中會出現頻(pín)率偏移的情況時(shí)，會造成位寬時(shí)間(jiān)T較大的變化，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(dōu)會發生一(yī)定的偏移，根據協議(yì)，UHF讀寫器将接收到标簽傳送過來的1個128字節的數(shù)據，這(zhè)樣在解碼過程中，将出現累積偏移過多導緻漏讀或多讀情況，從(cóng)而産生誤判。

通(tōng)過讀寫器命令設置，可(kě)以使标簽返回數(shù)據采用160 Kb/s的速率，在FM0碼相鄰兩個邊沿之間(jiān)的間(jiān)隔隻可(kě)能(néng)有3種情況：0.5T、T、1.5T.在12 MHz的外(wài)部時(shí)鐘(zhōng)下(xià)，“0”的高半位寬“H”和(hé)低(dī)半位寬“H”為(wèi)3.125μs,捕獲出的定時(shí)器計數(shù)值為(wèi)0x25左右，記為(wèi)0.5T;收到1個“0”或者1個“1”的位寬為(wèi)6.25 μs,捕獲出的定時(shí)器計數(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)器計數(shù)值為(wèi)0x70左右，記為(wèi)1.5T.解碼流程圖如(rú)圖4所示。

根據FMO碼特點，當捕獲到一(yī)個“H”或者“L”時(shí)，要(yào)判斷這(zhè)個O.5T是“0”的前半位還是後半位。是前半位時(shí)，要(yào)等待下(xià)一(yī)個0.5T結合成1個“0”;是後半位時(shí)，要(yào)與之前剩餘的半位結合成“0”.捕獲到1個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)沒有同步信号，所以必須要(yào)先對數(shù)據進行(xíng)同步，也就是要(yào)先解碼到連續的12個“0”與之後的1010 V1前同步碼數(shù)據，才能(néng)對後面真正需要(yào)的數(shù)據進行(xíng)解碼。在解前同步碼時(shí)，前12個“O”按照2個0.5T組成1個“0”的原則，要(yào)有連續的24個0.5T出現才會進行(xíng)下(xià)面的解碼，不然就會返回重新開(kāi)始統計12個“0”.在之後解碼1010V1時(shí)，要(yào)注意一(yī)個特殊的位“V”,當捕獲到一(yī)個1.5T寬度的數(shù)據時(shí)，才記為(wèi)“V”;在此期間(jiān)，隻要(yào)解碼出一(yī)位有錯誤，則返回重新開(kāi)始統計12個“0”.隻有前同步碼全部正确解出時(shí)，才能(néng)進行(xíng)對需要(yào)的數(shù)據進行(xíng)解碼，依據捕獲到的寬度是0.5T還是1T來判斷是“0”的半位還是一(yī)個完整的“1”.

在EPC Gen2使用中，根據讀寫器發送命令的不同，标簽返回的FM0碼裏或者存在CRC5,或者存在CRC16,或者沒有校驗，有CRC的碼在解碼完成後都(dōu)要(yào)進行(xíng)CRC校驗。當檢測到結束位時(shí)，CRC校驗正确，則本次通(tōng)信正常，可(kě)以進行(xíng)下(xià)一(yī)步的通(tōng)信。

在實際運用中，讀寫器接收回路上(shàng)會出現發送回路洩露過來的很(hěn)多雜(zá)波信号以及一(yī)些毛刺，會有連續多個“0”出現，會形成連續的24個寬度為(wèi)0.5T的間(jiān)隔，可(kě)能(néng)會誤判成前同步碼開(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)會出錯，在進行(xíng)校驗或檢測停止位時(shí)也可(kě)能(néng)會出現錯誤，這(zhè)時(shí)也要(yào)重新搜索前同步碼。

4 結語

2006年(nián)EPC global(全球産品電子代碼管理中心)納入ISO/IEC 18000-6C标準，批準了(le)新标準EPC Gen2,用于900 MHz左右的UHF的RFID技術(shù)規範，現在被我國(guó)作(zuò)為(wèi)第1類第2代UHF RFID 860 MHz-960 MHz通(tōng)信協議(yì)。UHF頻(pín)段RFID系統具有讀寫速度快(kuài)、存儲容量大、識别距離遠、成本低(dī)、尺寸小等特點，更适合未來物(wù)流、供應鏈領域的應用，也為(wèi)實現“物(wù)聯網”提供可(kě)能(néng)。因此超高頻(pín)RFID系統的發展是當今RFID系統發展的重點。

在UHF讀寫器設計中，關鍵問(wèn)題就是對接收到的解調數(shù)據進行(xíng)正确解碼，既要(yào)解決信号頻(pín)率的偏移，也要(yào)能(néng)在高速通(tōng)信過程中，快(kuài)速正确解碼，采用這(zhè)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(kuài)，而且由于對載波頻(pín)率的變化不敏感，故讀卡成功率高。