射频识别系统空中接口通信编码改进算法

射频识别系统空中接口通信编码改进算法宋继伟(中国电子技术标准化研究院北京 10005 3 )【摘要】在射频识别系统中，读写器与标签之间釆用空中接口实现通信，读写器发射的信号编码要具有简单、高效 的特点，同时能够为标签提供更多的能量，本文针对这一特点，提出一种全新的编码方式，能够为标签提供更多的能量， 同时具有译码简单、误码率较低等特点，改进了射频识别系统中的前向编码。【关键词】射频识别；空中接口；信道编码【中图分类号】TP39 【文献标识码】A 【文章编号】1009-5624 ( 2019 ) 03-0054-021引言射频识别应用系统通常由射频标签、读写器以及数据 交换中间件、应用系统等组成。射频标签存储了约定格式 的数据信息，读写器通过空中接口协议和射频标签进行数

同时，也将时钟同步信号一起传输到对方，每位编码中有 一跳变，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良好的 抗干扰性能。但每一个码元都被调成两个电平，所以数据

据交换，中间件对读写器采集的大量数据进行过滤处理， 应用系统基于中间件提供的射频标签内的信息，通过网络 检索存储在某个数据库服务器上的相关信息。其中，空中 接口协议是射频识别系统最核心的关键技术，它规定了读 写器与标签之间的通信过程，后端系统通过控制读写器实 现对标签的识别、读、写等过程，空口协议中的各项功能 都需要通过读写器协议来执行，因此空口协议的内容也决 定了读写器数据协议的设计，关系中间件的设计。空中接口协议可分为物理层和MAC层两部分，物理层 定义了阅读器与标签之间接口的物理参数，MAC层规定了 阅读器与标签之间的操作过程和命令。由于射频识别在应 用过程中，标签工作所需的能量全部来自与阅读器发射的 信号，因此前向信道编码在提高通信效率的基础上，要增 加给标签提供的能量。传输速率只有调制速率的1/2。同时，高低电平各占一半, 因此标签能够获得的能量仅占50%o2.2 PIEPIE编码即脉冲间隔编码(pulse-interval encoding),采用不同宽度的脉宽来分别表示1和0的编 码，译码的时候通过计算脉冲跳变沿的时间间隔来确定。 优势在于译码简单，而且高电平时间长，能够给标签提供 更多的能量。但是没有同步时钟，而且整体编码传输中有 直流分量，抗干扰性能较差。3改进编码(IME )3. 1规则描述根据上述编码算法的特点，本文提出一种新的编码方 法，Improvement Manchester Encode (IME),规则如下：A：码元1和码元0长度相同；码元1中间相位不变， 码元0中间相位跳变。B：码元1 一般用高电平表示，当连续3个高电平时， 第三个高电平相位跳变为低电平，并重新记录连续1 (高 电平)的个数。2常用的前向编码2.1 Manchester曼彻斯特编码(Manchester Encoding),也叫做相位 编码(Phase Encode,简写PE),是一个同步时钟编码技术, 被物理层使用来编码一个同步位流的时钟和数据。曼彻斯 特编码将时钟和数据包含在数据流中，在传输代码信息的

C：在满足B的前提下，码元0左边沿相位跳变，右 边沿相位不变。下图是IME编码的状态转换图，状态S2和S3之间没........ ....................... ............ - ........ •- ...................- 用户之间的财务交流活动的成功性。也就是说，银行系统 用方面进行介绍。财务支付技术的安全保障对于该技术能

在NFC支付行为中既要实现用户财务的扣除，还要及时地 为商家进行财务的增长。在此过程中，用户与商家尤其是 商家的身份核实是重中之重。在具体的支付行为中，用户 与商家实现交易的平台上的各自账号资料、财务交易的流 水数据以及对于双方信用的考核情况都会在各种的认证系 统中得到确认。支付平台在用户、商家的信息资料经过核 实确定以后会接收到反馈的信息，以此为依据开启财务转 移通道，从而实现财务支付活动。使用NFC技术进行的财 务支付活动需要在进行注册登记，以此来将该技术对 于交易双方的身份认证和银行账号进行匹配［21o否得到推广使用具有重要意义，特此对NFC技术的安全性 进行分析，包括信息数据递送、信息数据增密以及支付环 节三个方面。NFC支付技术在具有很好的便利性的同时， 也具有较高的安全性，是一种值得推广的新型技术。【参考文献】［1］ 闵晓玲.基于NFC技术的移动支付安全应用研究［J］.网络

安全技术与应用，2017 (12): 97-98.［2］ 李靖.自适应NFC测试仪表中FPGA信号处理技术的研究与 应用［D］.北京邮电大学，2017.4结语本文在NFC支付技术日益推广的背景下，针对NFC技 术数据交流的实现原理进行了简要论述，并对该技术的应

作者简介：李海波(1982. 06-),男,汉族，江苏淮安人，硕士, 实验师，研究方向：计算机应用.54信息记录材料2019年3月 第20卷第3期(信息•技术］有状态转变关系，此外S2状态不能转换到S4状态，S3 和S4之间没有状态转换关系等。因此该码字具有一定的 检错能力。4. 2编码后信号带宽分析设数据\"1”和\"0”符号表达式分别为&⑴和g°(r), 则由IME编码组成的随机序列的功率谱为：ilAbq醐)+(i-g(O)kr-啦)(1)

在S1状态下，当输入数据为1时，这时的状态转化 会复杂些。当S1是连续第一个1时，再过来一个数据1, 它的状态保持不变；当S1是连续第二个1时，再过来一 个数据1,它会转化到状态4。式中，P为的发送概率，1-P为go。)的发送概率； /为发送符号的速率，q(/)和g°s分别为M)和隔。)的频 谱函数。那么：sin( xjT)(2)t sin( xf —)1 G\")l= f ——P-

z

3. 2译码下表给出了 IME的卡诺图，其中ai bi分别为前一信 息经编码后左右比特，ail bil分别为当前信息经编码后 的左右比特；“*”表示违反编码规则；其它的“1”，“0” 代表译码结果。表1 1ME的卡诺图订L 2」xf '亠(3)在(2)式和(3)式中，▲为符号周期，TH随机序列的带宽主要依赖单个码元波形的频谱函数

G°(/)或6,(/),两者之中应取较大带宽的一个作为序列 带宽。时间波形的占空比越小，频带越宽。通常以谱的第 一个零点作为矩形脉冲的近似带宽，它等于脉宽丫的倒 数，即Bs=l/ t o不归零脉冲的t=Ts,则Bs=fs；半占空 归零脉冲的t=Ts/2,则Bs=l/ t =2fs„可见，当釆用IME编码时，数据1和数据0编码后一 个为不归零脉冲，另一个为半占空归零脉冲，因此编码后

aibi00**01*011100**0000111*或111101♦0*信号占据的带宽为2fs；当釆用曼彻斯特编码时，数据1 和数据0编码后均为半占空归零脉冲，因此编码后信号 占据带宽也为2fs„因此，在相同的数据速率下，新码编码后占用带宽与 信号在曼彻斯特编码后占用带宽相同。5结语综上所述，IME编码能够有更多的高电平，使得

1IME码的译码表达式是z=ail(Dbil,其中有很多不 满足编码规则的转变，因此该码字有很强的检错能力。4编码性能分析4.1能量数据信息中1的个数越多，高电平持续时间就越长， 为标签端提供的能量就越多。• ManchesterManchester编码的每个编码中高电平和低电平各占一 半，因此高电平比率为Ph=50%。• PIE当信号源0, 1概率为0.5时，其高电平占总电平长 度的比率为：RFID标签能够获得更多的能量，同时，带宽与其他编码 相同，在相同信噪比下，信号误码率较低，信号传输效 率较高。【参考文献】[1] ISO 18000-6: Parameters for a i r interface

communications at 860 MHz to 960 MHz.[2] EPCglobal Class-1 Generation-2 UHF RFID Protocol.[3] GB/T 29768-2013信息技术射频识别800/900MHz空中接口 协议

Ph=0. 5*0. 5+0. 5*0. 75=0. 625• IME高，低电平占总电平的比率分别记为Pl，Pho我们可 知P1包括0中的低电平和连续3个1第三个1反转后的 低电平占总电平的比率。那么P1可以表示为：Pl=0. 5*0. 5+ (0. 5*4+0. 5\"7+\"0. 5'10) =0. 3214；其中 前向为0中低电平占总电平的比率；后项为第三个1反转 后的低电平占总电平的比率。那么Ph可以表示为：Ph=l-Pl=l-0. 3214=0. 6786基金项目：2016年智能制造综合标准化项目，项目号：

2016ZXFB01001. “智能制造基础共性和关键技术标准研究”国 家重点研发计划NQI专项，项目号：2016YFF0202000.作者简介：宋继伟，男( 1978. 11-),汉族，山东人，研究生学 历，东北大学系统工程，博士，高工，中国电子技术标准化研

究院物联网研究中心感知技术研究室主任，RFID,生物特征识别 标准化.55