一种数据传输方法 【技术领域】
本发明涉及一种数据传输方法。
背景技术
无源射频识别(Radio Frequency Identify，简称RFID)是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。
RFID技术的基本工作原理如下：标签进入磁场后，接收阅读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在标签芯片中的产品信息(Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(ActiveTag，有源标签或主动标签)；阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行相应的数据处理。
在无源射频识别技术中，标签工作所需的能量是从来自阅读器的信号中提取的。因此，在阅读器到标签的信息传输过程中，需要采取一定的措施提高标签端获得的能量。通常采用的一种方法是，增加阅读器到标签的信号作用时间；另一种方法是，在由阅读器到标签的链路中，对数据进行编码时，尽量多的使用高电平，减少低电平的使用。例如，在ISO(InternationalOrganization for Standardization，国际标准化组织)18000-6TYPE C(类型C)中，采用了PIE(Pulse Interval Encoding，脉冲间隔编码)。
曼彻斯特编码是一种应用广泛的自同步编码，该编码方法的优点是，在编码中带了丰富的定时和同步信息，又无直流漂移，且编码过程简单。它是对每个二进制代码分别利用两个具有两个不同相位的二进制新代码去取代旧代码，适用于射频识别中从阅读器到标签的信息传输。
曼彻斯特编码的编码规则之一是：
0→01(零相位的一个周期方波)；
1→10(π相位的一个周期方波)。
曼彻斯特编码在具体实现时，是利用波形电平的变化来区分数据；电平由低变高时，表示二进制数据“0”；电平由高变低时，表示二进制数据“1”；且在一个符号周期的中间时刻发生跳变。
但是，采用曼彻斯特编码向无源标签发送数据时，无源标签所获得的能量偏低。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种在RFID中提高无源标签能量的数据传输方法。
为了解决上述问题，本发明提供一种数据传输方法，对待发送的二进制数据采用如下编码原则进行编码后调制并传输：
对二进制数据x1采用中间相位不跳变的方式编码；对二进制数据x2采用中间相位跳变的方式编码；并且
采用中间相位不跳变的高电平连续对两个二进制数据x1编码后，对于紧随其后的二进制数据x1采用中间相位不跳变的低电平编码；并且
对采用中间相位不跳变的低电平编码的二进制数据x1之后的二进制数据x1采用中间相位不跳变的高电平编码；
对紧随二进制数据x2之后的二进制数据x1，采用中间相位不跳变的高电平编码；
其中，x1和x2分别为1和0；或，x1和x2分别为0和1。
此外，所述编码原则还包括：
对采用下降沿跳变方式编码的x2之后的一个x2采用下降沿跳变方式编码；对采用上升沿跳变方式编码的x2之后的一个x2采用上升沿跳变方式编码。
此外，所述编码原则还包括：对二进制数据x1和x2采用相同的长度进行编码。
此外，所述编码原则还包括：二进制数据x2的左边沿相位跳变。
此外，所述编码原则还包括：对采用中间相位不跳变的高电平编码的x1之后的一个x2采用上升沿跳变方式编码。
此外，所述编码原则还包括：对采用中间相位不跳变的低电平编码的x1之后的一个x2采用下降沿跳变方式编码。
此外，所述编码原则还包括：二进制数据x2的左边沿相位不跳变。
此外，所述编码原则还包括：对采用中间相位不跳变的高电平编码的x1之后的一个x2采用下降沿跳变方式编码。
此外，所述编码原则还包括：对采用中间相位不跳变的低电平编码地x1之后的一个x2采用上升沿跳变方式编码。
综上所述，在RFID系统的阅读器到标签的链路中使用本发明的编码方法进行数据的传输与采用曼彻斯特编码相比，在信号占用带宽不变的前提下，能够给标签提供更多的能量。
【附图说明】
图1是用于射频识别的阅读器到标签的数据传输方法流程图；
图2是采用本发明的编码规则1对二进制数据进行编码后的数据状态关系示意图；
图3是采用本发明的编码规则1时的数据符号示意图；
图4是采用本发明的编码规则1时的数据状态转换图；
图5是采用本发明的编码规则1对两个二进制数据进行编码时的数据序列示意图；
图6是本发明采用编码规则1时的编码实例示意图；
图7是本发明采用编码规则2时的编码实例示意图；
图8是采用本发明的编码规则3时的数据状态转换图；
图9是采用本发明的编码规则3对两个二进制数据进行编码时的数据序列示意图；
图10是本发明采用编码规则3时的编码实例示意图；
图11是本发明采用编码规则4时的编码实例示意图。
【具体实施方式】
下面将结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
图1是用于射频识别的阅读器到标签的数据传输方法流程图，包括如下步骤：
101：阅读器对待发送的二进制数据进行编码；
102：阅读器对已编码的数据进行调制；
103：阅读器对已调制信号进行无线发送；
104：标签接收来自阅读器的无线信号；
105：标签对接收到的无线信号进行解调；
106：标签对已解调的信号进行解码，得到上述二进制数据。
下面将对上述步骤101中本发明对待发送的原始二进制数据(以下简称二进制数据)进行编码所采用编码规则的实施例进行详细描述。
实施例一
本实施例对待发送的原始二进制数据进行编码采用的编码规则1包括如下内容：
1A：对二进制数据1和0进行编码后生成的编码数据的长度相同；二进制数据1在数据符号的中间相位不跳变，二进制数据0在数据符号的中间相位跳变，连续两个二进制数据0之间相位跳变；
1B：二进制数据1一般用高电平表示，连续采用高电平对两个二进制数据1进行编码后，对于紧随其后的二进制数据1采用低电平进行编码，并重新开始记录连续采用高电平进行编码的二进制数据1的个数；
1C：对采用低电平编码的二进制数据1之后的二进制数据1，采用高电平进行编码。
此外，为了提高编译码的可靠性，编码规则1中还可以增加以下内容：
1D：在满足1A和1B的前提下(即尽可能多地使用高电平的前提下)，二进制数据0的左边沿相位跳变，右边沿相位不跳变。
本实施例对待发送的原始二进制数据进行编码所采用的编码规则2包括如下内容：
2A：对二进制数据1和0进行编码后生成的编码数据的长度相同；二进制数据0在数据符号的中间相位不跳变，二进制数据1在数据符号的中间相位跳变，连续两个二进制数据1之间相位跳变；
2B：二进制数据0一般用高电平表示，连续采用高电平对两个二进制数据0进行编码后，对于紧随其后的二进制数据0采用低电平进行编码，并重新开始记录连续采用高电平进行编码的二进制数据0的个数；
2C：对采用低电平编码的二进制数据0之后的二进制数据0，采用高电平进行编码。
同样，为了提高编译码的可靠性，编码规则2中还可以增加以下内容：
2D：在满足2A和2B的前提下(即尽可能多地使用高电平的前提下)，二进制数据1的左边沿相位跳变，右边沿相位不跳变。
图2是采用本发明的编码规则1对二进制数据进行编码后的数据状态关系示意图；如图2所示，二进制数据0在数据符号的中间相位跳变；二进制数据1在数据符号的中间相位不跳变；二进制数据0和二进制数据1各有两种状态。二进制数据0的状态记为S2和S3，二进制数据1的状态记为S1和S4。
如果将高低电平分别用‘1’和‘0’表示，那么S1可以表示为‘11’；S2可以表示为‘10’(下降沿跳变)；S4和S1反相，可以表示为‘00’；S3和S2反相，可以表示为‘01’(上升沿跳变)。
当采用本发明的编码规则2时，只需将上述状态示意图中的二进制数据0和二进制数据1互换即可。此时，二进制数据1在数据符号的中间相位跳变；二进制数据0在数据符号的中间相位不跳变。二进制数据1的状态记为S2和S3，二进制数据0的状态记为S1和S4。S2和S3反相，S1和S4反相。
图3是采用本发明的编码规则1时的数据符号示意图。如图3所示，二进制数据0和二进制数据1各有两种状态，二进制数据0的数据符号的中间相位跳变，二进制数据1的数据符号的中间相位不跳变。
当采用编码规则2时，只需将图3中的二进制数据0和二进制数据1互换。这时，二进制数据0和二进制数据1各有两种状态，二进制数据1的数据符号的中间相位跳变，二进制数据0的数据符号的中间相位不跳变。
图4是采用本发明的编码规则1时的数据状态转换图。如图4所示，当采用编码规则1时状态转换过程如下：
若当前处于S1状态(‘11’)：
收到二进制数据1时：若当前状态对应的二进制数据为连续的二进制数据1(采用高电平编码)中的第一个(即前一状态非S1状态)，再收到一个二进制数据1，仍然保持S1状态；若当前状态对应的二进制数据为连续的二进制数据1(采用高电平编码)中的第二个，再收到一个二进制数据1时，状态转换到S4。也就是说，连续使用高电平对两个二进制数据1进行编码后，对于第三个二进制数据1采用低电平进行编码(编码规则1中的1B)。
收到二进制数据0时：状态转换到S3(编码规则1中的1D)。如上所述，S1可以表示为‘11’，而S3可以表示为‘01’；因此，在S1状态下接收到二进制数据0时，将状态转换到S3(即使用‘01’对该二进制数据0进行编码)可以增加相位跳变，提高数据传输的可靠性。
若当前处于S2状态(‘10’)：
收到二进制数据1时，转换到S1状态；收到二进制数据0时，保持S2状态(编码规则1中的1D)。
若当前处于S3状态(‘01’)：
收到二进制数据1时，转换到S1状态(编码规则1中的1D)；收到二进制数据0时，保持S3状态(编码规则1中的1D)。
也就是说，为了尽量使用高电平编码，在S3状态下收到二进制数据1时，不使用‘00’进行编码，而是使用‘11’进行编码。
若当前处于S4状态(‘00’)：
收到二进制数据1时，转换到S1状态(编码规则1中的1C)；收到二进制数据0时，转换到S2状态(编码规则1中的1D)。同样，S4可以表示为‘00’，S2可以表示为‘10’；当前为S4状态时，在接收到二进制数据0，将状态转换到S2可以增加相位跳变，提高数据传输的准确率。
从图4中可以看出，S2和S3之间，S3和S4之间没有状态转换关系；并且S2状态不能转换到S4状态，因此采用上述编码规则对二进制数据编码后，码字具有一定的检错能力。
当采用编码规则2时，二进制数据1的状态为S2和S3，二进制数据0的状态为S1和S4。状态转换图与图4类似，只需将转换条件由收到二进制数据0变成收到二进制数据1，收到二进制数据1变成收到二进制数据0。
图5是采用本发明的编码规则1对两个二进制数据进行编码时的数据序列示意图。
如图5所示，二进制数据(0，0)，二进制数据(0，1)，二进制数据(1，0)编码后各存在2种形态；
二进制数据(1，1)编码后存在3种形态：图5(g)的形态为跟随在二进制数据0或采用低电平编码的二进制数据1之后的连续第一个和第二个二进制数据1编码后的形态；图5(h)的形态为跟随在二进制数据0或采用低电平编码的二进制数据1之后的连续第二个和第三个二进制数据1编码后的形态；图5(i)的形态为跟随在二进制数据0或采用低电平编码的二进制数据1之后的连续的第三个和第四个二进制数据1编码的形态；
上述形态由编码规则和数据初始状态唯一确定。
当采用编码规则2时，上述数据序列示意图大致相同，只需将二进制数据(0，0)变为二进制数据(1，1)，二进制数据(0，1)变为二进制数据(1，0)，二进制数据(1，0)变为二进制数据(0，1)，二进制数据(1，1)变为二进制数据(0，0)。这样，二进制数据(1，1)，(1，0)，(0，1)编码后各存在2种形态；二进制数据(0，0)编码后存在3种形态。
图6是本发明采用编码规则1时的编码实例示意图。上下两图分别对应第一个二进制数据不同的初始状态，上图中第一个二进制数据0被编码为‘10’；下图中第一个二进制数据0被编码为‘01’。但是随着编码的进行，上下两图编码波形趋于一致。
图7是本发明采用编码规则2时的编码实例示意图。上下两图分别对应第一个二进制数据不同的初始状态，上图中第一个二进制数据0被编码为‘11’；下图中第一个二进制数据‘0’被编码为‘00’。但是随着编码的进行，上下两图编码波形趋于一致。
实施例二
本实施例对待发送的原始二进制数据进行编码采用的编码规则3包括如下内容：
3A：对二进制数据1和0进行编码后生成的编码数据的长度相同；二进制数据1在数据符号的中间相位不跳变，二进制数据0在数据符号的中间相位跳变，连续两个二进制数据0之间相位跳变；
3B：二进制数据1一般用高电平表示，连续采用高电平对两个二进制数据1进行编码后，对于紧随其后的二进制数据1采用低电平进行编码，并重新开始记录连续采用高电平进行编码的二进制数据1的个数；
3C：对采用低电平编码的二进制数据1之后的二进制数据1，采用高电平进行编码。
此外，为了提高编译码的可靠性，编码规则3中还可以增加以下内容：
3D：在满足3A和3B的前提下(即尽可能多地使用高电平的前提下)，二进制数据0左边沿相位不跳变，右边沿相位跳变。
本实施例对待发送的原始二进制数据进行编码所采用的编码规则4包括如下内容：
4A：对二进制数据1和0进行编码后生成的编码数据的长度相同；二进制数据0在数据符号的中间相位不跳变，二进制数据1在数据符号的中间相位跳变，连续两个二进制数据1之间相位跳变；
4B：二进制数据0一般用高电平表示，连续采用高电平对两个二进制数据0进行编码后，对于紧随其后的二进制数据0采用低电平进行编码，并重新开始记录连续采用高电平进行编码的二进制数据0的个数；
4C：对采用低电平编码的二进制数据0之后的二进制数据0，采用高电平进行编码。
此外，为了提高编译码的可靠性，编码规则4中还可以增加以下内容：
4D：在满足4A和4B的前提下(即尽可能多地使用高电平的前提下)，二进制数据1左边沿相位不跳变，右边沿相位跳变。
采用本发明的编码规则3、4对二进制数据进行编码后的数据状态关系示意图，以及采用本发明的编码规则3、4时的数据符号示意图都分别与编码规则1、2相同。
图8是采用本发明的编码规则3时的数据状态转换图。如图8所示，当采用编码规则3时状态转换过程如下：
若当前处于S1状态(‘11’)：
收到二进制数据1时：若当前状态对应的二进制数据为连续的二进制数据1(采用高电平编码)中的第一个(即前一状态非S1状态)，再收到一个二进制数据1，仍然保持S1状态；若当前状态对应的二进制数据为连续的二进制数据1(采用高电平编码)中的第二个，再收到一个二进制数据1时，状态转换到S4。也就是说，连续使用高电平对两个二进制数据1进行编码后，对于第三个二进制数据1采用低电平进行编码(编码规则3中的3B)。
收到二进制数据0时：状态转换到S2(即‘11’→‘10’；编码规则3中的3D)。
若当前处于S2状态(‘10’)：
收到二进制数据1时，转换到S1状态(编码规则3中的3D)；收到二进制数据0时，保持S2状态(编码规则3中的3A)。
若当前处于S3状态(‘01’)：
收到二进制数据1时，转换到S1状态(尽可能多地使用高电平)；收到二进制数据0时，保持S3状态(编码规则3中的3A)。
若当前处于S4状态(‘00’)：
收到二进制数据1时，转换到S1状态(编码规则3中的3C)；收到二进制数据0时，转换到S3状态(编码规则3中的3D)。
从图8中可以看出，S2和S3之间，S2和S4之间没有状态转换关系；并且S1状态不能转换到S3状态，因此采用上述编码规则对二进制数据编码后，码字具有一定的检错能力。
图9是采用本发明的编码规则3对两个二进制数据进行编码时的数据序列示意图。
如图9所示，二进制数据(0，0)，二进制数据(0，1)，二进制数据(1，0)编码后各存在2种形态；
二进制数据(1，1)编码后存在3种形态：图9(g)的形态为跟随在二进制数据0或采用低电平编码的二进制数据1之后的连续第一个和第二个二进制数据1编码后的形态；图9(h)的形态为跟随在二进制数据0或采用低电平编码的二进制数据1之后的连续第二个和第三个二进制数据1编码后的形态；图9(i)的形态为跟随在二进制数据0或采用低电平编码的二进制数据1之后的连续的第三个和第四个二进制数据1编码的形态；
上述形态由编码规则和数据初始状态唯一确定。
当采用编码规则4时，上述数据序列示意图大致相同，只需将二进制数据(0，0)变为二进制数据(1，1)，二进制数据(0，1)变为二进制数据(1，0)，二进制数据(1，0)变为二进制数据(0，1)，二进制数据(1，1)变为二进制数据(0，0)。这样，二进制数据(1，1)，(1，0)，(0，1)编码后各存在2种形态；二进制数据(0，0)编码后存在3种形态。
图10是本发明采用编码规则3时的编码实例示意图。上下两图分别对应第一个二进制数据不同的初始状态，上图中第一个二进制数据0被编码为‘10’；下图中第一个二进制数据0被编码为‘01’。但是随着编码的进行，上下两图编码波形趋于一致。
图11是本发明采用编码规则4时的编码实例示意图。上下两图分别对应第一个二进制数据不同的初始状态，上图中第一个二进制数据0被编码为‘11’；下图中第一个二进制数据‘0’被编码为‘00’。但是随着编码的进行，上下两图编码波形趋于一致。
下面以编码规则1为例，分析本发明的编码方法为标签提供的能量和信号占用的带宽，并同曼彻斯特编码作对比分析。
(1)为标签提供的能量对比
二进制数据被编码后‘1’的个数越多，高电平持续时间越长，为标签端提供的能量就越多。对二进制数据采用曼彻斯特编码时，高电平和低电平的持续时间相同，各占一半。
对二进制数据0进行编码时，采用本发明的编码规则1与采用曼彻斯特编码相比，高电平持续时间(长度)相同；而对于二进制数据1，根据编码规则1的1B、1C和1D进行编码后高电平的持续时间(长度)要比曼彻斯特编码长。因此，本发明提出的编码规则1，在为标签提供能量方面，优于曼彻斯特编码。
对于本发明的编码规则2、3、4也有相同的效果。
(2)编码后信号带宽分析
代表二进制数据1和二进制数据0的符号波形参照图2所示，设符号表达式分别为g1(t)和g0(t)，则由本发明的编码组成的随机序列的功率谱为：
P(w)=]]>
fsp(1-p)|G1(f)-G0(f)|2+Σm=-∞∞|fs[pG1(mfs)+(1-p)G0(mfs)]|2δ(f-mfs)---(1)]]>
式中，p为g1(t)的发送概率，1-p为g0(t)的发送概率；fs为发送符号的速率，G1(f)和G0(f)分别为g1(t)和g0(t)的频谱函数。那么：
|G1(f)|=Ts[sin(πfTs)πfTs]---(2)]]>
|G0(f)|=Ts2[sin(πfTs2)πfTs2]---(3)]]>
在(2)式和(3)式中，Ts为符号周期，Ts＝1/fs。
随机序列的带宽主要依赖单个码元波形的频谱函数G0(f)或G1(f)，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τ的倒数，即Bs＝1/τ。不归零脉冲的τ＝Ts，则Bs＝fs；半占空归零脉冲的τ＝Ts/2，则Bs＝1/τ＝2fs。
可见，当采用本发明的编码规则1时，二进制数据1和二进制数据0编码后一个为不归零脉冲，另一个为半占空归零脉冲，因此编码后信号占据的带宽为2fs；当采用曼彻斯特编码时，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，采用本发明提出的编码规则1进行编码后信号占用带宽与曼彻斯特编码后信号占用带宽相同。
对于本发明的编码规则2、3、4也有相同的结论。
通过上面的分析可知：在RFID系统的阅读器到标签的链路中使用本发明的编码方法，同曼彻斯特编码相比，在信号占用带宽不变的前提下，能够给标签提供更多的能量。