1. 引言

    RFID 作為無線領(lǐng)域新崛起的一項應(yīng)用技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運(yùn)輸管理等眾多領(lǐng)域。RFID 技術(shù)以無線通信技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)為核心，利用射頻信號及其空間耦合、傳輸特性，驅(qū)動電子標(biāo)簽電路發(fā)射其存儲的惟一編碼。它可以對靜止或移動的目標(biāo)進(jìn)行自動識別，并高效地獲取目標(biāo)信息數(shù)據(jù)，通過與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步結(jié)合，還可以實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的目標(biāo)跟蹤與信息共享。

    本文參照已有國際標(biāo)準(zhǔn) ISO/IEC 18000-6，首先研究了標(biāo)準(zhǔn)中不同的編碼方式的規(guī)則和特性，然后用S 函數(shù)來實現(xiàn)這幾種編碼，并利用Simulink 進(jìn)行基帶編碼模塊的封裝和仿真。

    2. UHF RFID 標(biāo)準(zhǔn)中的編碼方式

    在射頻識別（RFID）技術(shù)中，讀寫器與電子標(biāo)簽間相互通信傳遞數(shù)據(jù)（信息和指令）。為了便于通信，需要對數(shù)據(jù)的基帶信號進(jìn)行編碼，主要是對要傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行編碼，以便傳輸信號能夠盡可能最佳地與信道相匹配，并且編碼后能夠使頻譜能量集中以節(jié)省傳輸所占頻帶寬度，其次使其具有檢錯能力和提供位同步信息。目前在UHF頻段的RFID 標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC18000-6 中，采用多種形式的數(shù)據(jù)編碼，見表1。 

    從表1 中可以看出，在前向鏈路上數(shù)據(jù)編碼采用的最多的方式是PIE 編碼和曼徹斯特編碼，而在反向鏈路中采用最多的是FM0 編碼。因此對RFID 標(biāo)準(zhǔn)中的編碼方式進(jìn)行研究是十分必要和有意義的。下面重點(diǎn)介紹一下編碼規(guī)則。

    2.1 PIE 編碼

    PIE (脈沖間隔編碼)編碼是在前向鏈路中采用。按照標(biāo)準(zhǔn)，符號波形如圖1 所示。

圖 1 PIE 編碼符號波形

    其中，Tari 為讀寫器到標(biāo)簽通信的時間間隔參考，也是數(shù)據(jù)“0”的持續(xù)時間長度，其參數(shù)如表2 所示：

    2.2 曼徹斯特編碼

    曼徹斯特編碼也是在前向鏈路中采用的，也被稱為分相編碼。編碼規(guī)則如圖2 所示。在曼徹斯特編碼中，如果原始數(shù)據(jù)為‘0’，將其編為‘01’；如果原始數(shù)據(jù)為‘1’，將其編為‘10’。這種編碼的特點(diǎn)是每個碼元中間都有跳變，低頻能量較少，便于接收端提取時鐘信息。

圖 2 曼徹斯特編碼規(guī)則

    2.3 FM0 編碼

    反向鏈路采用 FM0 技術(shù)，也被稱為雙相間隔碼。一個符號周期Trlb，分配給每個將被發(fā)送的位。在FMO 編碼中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換發(fā)生在所有的位邊界。另外，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換發(fā)生在被發(fā)送的邏輯0 的中間位。

    數(shù)據(jù)編碼先對字節(jié)的最高位進(jìn)行，圖3 給出了8 位'B1'的編碼說明。

圖 3 FM0 編碼規(guī)則

    3. UHF RFID 標(biāo)準(zhǔn)中編碼方式的實現(xiàn)

    在 Simulink 中，可以通過將現(xiàn)有的模塊組合成子系統(tǒng)并進(jìn)行封裝實現(xiàn)模塊，利用這種方法可以充分利用現(xiàn)有的Simulink 庫中的資源，方便快捷地進(jìn)行模塊的搭建。另外，在實際的應(yīng)用中，通常會發(fā)現(xiàn)有些過程用普通的Simulink 模塊不容易搭建，這是可以利用S 函數(shù)來自己編程實現(xiàn)所需要的模塊。S 函數(shù)可以極大的擴(kuò)展Simulink 的功能，使得Simulink的仿真變得更靈活，更強(qiáng)大。這部分主要通過這種方法來實現(xiàn)RFID 標(biāo)準(zhǔn)中的編碼方式。

    在使用 S 函數(shù)前，先簡單介紹一下Simulink 模型的處理過程。包含以下幾個方面：

    1、初始化階段：將參數(shù)傳遞給 matlab 進(jìn)行求值，得到的數(shù)值作為實際的參數(shù)使用，然后展開模型的層次，每個子系統(tǒng)被它們所包含的模塊代替，接著檢查信號的鏈接，最后確定狀態(tài)初值和采樣時間。
    2、運(yùn)行階段：計算輸出，更新離散狀態(tài)，然后計算連續(xù)狀態(tài)，最后計算輸出。

    S 函數(shù)既可以是M 文件，也可以是MEX 文件。M 文件的S 函數(shù)結(jié)構(gòu)明晰，易于理解，書寫方便，而且可以調(diào)用matlab 豐富的函數(shù)，對于一般的應(yīng)用，使用matlab 語言編寫S 函數(shù)就夠用了。

    M 文件的S 函數(shù)由以下形式的matlab 函數(shù)組成：[sys,x0,str,ts]=f(t,x,u,flag,p1,p2,…)

    其中f 是S 函數(shù)的文件明，t 是當(dāng)前時間，x 是S 函數(shù)相應(yīng)的狀態(tài)向量，u 是模塊的輸入，flag 是所要執(zhí)行的任務(wù)，p1，p2 等都是模塊的參數(shù)。在模型仿真的過程中，Simulink 不斷調(diào)用函數(shù)f，通過flag 來說明要完成的任務(wù)。每次S 函數(shù)執(zhí)行任務(wù)，都將以特定結(jié)構(gòu)返回結(jié)果。

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    我們將編寫的s 函數(shù)封裝成模塊并搭建仿真模型，如圖4所示。

    根據(jù)上述內(nèi)容，結(jié)合 PIE 編碼規(guī)則，設(shè)計的S 函數(shù)如下： 

    仿真模型中，中間的PIE模塊就是設(shè)計封裝的模塊, 仿真后的結(jié)果如圖5所示。仿真結(jié)果與PIE編碼的編碼規(guī)則吻合。 

圖 4 PIE 編碼的模型

圖 5 PIE 編碼模型的仿真結(jié)果

    從圖5可以看出，由于PIE編碼是不等長編碼，所以在S函數(shù)實現(xiàn)的時候，得將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，然后再進(jìn)行編碼。解碼的時候一樣，得先將數(shù)據(jù)保存，然后解碼。這樣就使得解碼完的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)之間產(chǎn)生一定時間的延時。這是不可避免的。同樣用S函數(shù)來設(shè)計曼徹斯特編碼和FM0編碼的模塊，編程的過程與PIE編碼類似，這里不再重復(fù)。曼徹斯特編碼和FM0編碼的模型和結(jié)果如圖6和圖7所示?？梢钥闯龇抡娴慕Y(jié)果與編碼規(guī)則一致。

    4. 結(jié)論

    本文介紹了RFID標(biāo)準(zhǔn)中的編碼方式，并介紹了利用S函數(shù)編程來實現(xiàn)自定義模塊的方法，搭建了編碼仿真模型，并給出了仿真結(jié)果。本文所做的工作可以為基于Simulink的仿真提供支持，也可為實際中利用Simulink進(jìn)行模塊封裝與仿真提供參考。