射频识别技术漫谈(23)——ISO15693的载波、调制与编码

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射频识别技术中的通讯大多是主从式，主动方一般是读写器，被动方称为“卡片”或“标签”。到底是叫“卡片”还是“标签”，好像也没有严格的区分。习惯上可以从以下4个方面界定：一是形状，卡片通常体积较大，更像“卡片”，标签个头则小的多；二是容量，卡片往往有较大的存储区，可以存储各类应用数据，标签则存储区较小，许多标签只有一个只读的***，没有用户存储区；三是安全性，卡片的用户数据存取通常需要密码，标签的数据则往往不需要密码；最后是使用的对象，卡片一般用于“人”，标签通常用于“物”。ISO15693标准的产品一般称为“标签”。
    ISO15693与ISO14443国际标准最大的相同之处就是二者的射频载波频率都是13.56MHZ。这一点非常重要，此特性为同一射频接口芯片读写多种协议的电子标签(卡片)提供了极大方便。
    ISO15693读写器产生的射频场的磁场强度在150mA/m～5A/m之间，标签在这个场强区间内可以连续的正常工作。读写器和标签之间的通讯采用调幅ASK，调制系数有10％和100％两种，具体使用哪一种由读写器决定，标签必须能同时对这两种调制系数的调制波进行解调。
    读写器向标签传送的数据，其编码使用脉冲位置调制(pulse position modulation,PPM),PPM的原理比较简单，每次用2的M次方个时隙传送M位，至于传送的数据是什么，要看脉冲出现在哪个时隙。ISO15693协议使用了两种M值，M=8和M=2。
    M＝8是在4.833毫秒的时间内传送256个时隙，每次传送8位数据，脉冲出现在第几个时隙就代表传送的是什么数据，比如要传送数据E1H=(11100001B)=225,则在第225个时隙传送一个脉冲，这个脉冲将时隙的后半部分拉低，如下图所示：

M＝2是在75.52微秒的时间内传送4个时隙，每次传送2位数据，脉冲出现在第几个时隙就代表传送的是什么数据，比如要传送数据2H=(10B)=2,则在第2个时隙传送一个脉冲，这个脉冲将时隙的后半部分拉低，如下图所示：

 M=8的情况下，每次在4.833毫秒的时间内传送8位数据，数据的传送速率是1.65Kbps;M=2的情况下，每次在75.52微秒的时间内传送2位数据，数据的传送速率是26.48Kbps。这两种速率差了十几倍，具体使用哪种速率，由读写器发送的数据帧的起始(SOF)波形决定,如下图所示：

和多数其它类型的非接触式产品一样，ISO15693协议的电子标签也使用负载调制的方式向读写器回送数据信息。负载调制可以产生两种速率的副载波，fs1=fc/32(423.75kHz,2.36us)和fs2=fc/28(484.28kHz,2.065us)；数据采用曼策斯特编码，可以仅使用fs1，也可以fs1和fs2都用。
    当仅使用fs1时，数据编码如下图所示，逻辑“0”使用fs1调制左边，右边不调制；逻辑“1”使用fs1调制右边，左边不调制。每位数据37.76微秒，数据的传输速率是26.48kbps.

当同时使用fs1和fs2时，数据编码如下图所示，逻辑“0”使用fs1调制左边，fs2调制右边；逻辑“1”使用fs1调制右边，fs2调制左边。每位数据37.46微秒，数据的传输速率是26.69kbps.

上述数据传输速率比较高，15693协议还规定可以使用一种低速速率，低速速率是高速速率的1/4,对应上述两种情形分别是6.62kbps和6.67kbps。编码的方法是在编码“0”和“1”时使用的脉冲数增加为原来的4倍，如果仅使用fs1调制，编码中未调制时间也增加为原来的4倍。     至于选用哪一种调制方法及哪一种数据的传输速率，完全由读写器决定，各种调制方法和速率标签都必须支持。