编码抗干扰能力仿真分析

　　对一个信道编码方式的抗干扰能力的仿真，就是仿真这些码检测错误的能力。检测错误的原理是数据经过信道编码后码型之间要满足一定的关系。如果在RFD信道传输过程中出现了错误，那么在接收端收到的波形码型之间就不满足原来的关系，这样就有可能判断出在传输过程中是否出现了错误，从而可以根据检测的结果做出下一步操作的决策，比如在多电子标签应用环境中，一个时刻只能有一个电子标签向读写器传送信息，如果有两个或两个以上的电子标签同时向读写器发送信息，采用上述的信道编码方式后，到达读写器的数据就可能不满足该编码应用的码型规则，据此判断是不是有多个电子标签同时向读写器发出了信息，从而产生了冲突。

　　1． 二进制对称信道

　　为了能够仿真一个信道编码的抗噪声性能，必须引入一个能够产生随机错误的信道，由于所有的数据都是以二进制方式传送的，所以我们引入的信道是常见的二进制对称信道。

　　所谓二进制对称信道，指的是发送“0”和发送“1”都会产生相等概率错误的信道，该信道的示意图如图1所示。

　　图1  二进制对称信道示意图

　　发送端为“0”、接收端为“1”和发送端为“1”、接收端为“0”的概率相等，均为p，一般情况下，p是小于0．5的。这样的信道是  一个抽象程度非常高的信道模型，任何信道，不管采用的是基带传输还是频带传输，也不管采取什么调制编码方式，只要是用来传输数字信号的，都可以抽象成这样一个数学模型。

　　2． RFID系统数据编码方式的检错能力仿真

　　仿真的方案如下：用信号源随机产生的一组二进制数据，代表RFID系统由读写器发出或者由电子标签返回的原始数据或命令，将这个数据采用上面提到的编码方式进行编码，编码后的数据送入二进制对称信道进行传输，在接收端解码以前，先根据码型判断是否有错误发生，再将数据解码，然后将解码后的数据与原始数据进行比较，看是否真的有错误发生，以此来检验该编码方式的检错能力。

　　为了获得相应的结果，本文搭建了如图2所示的模型，由程序提供相应的模型参数并控制模型运行。

图2 信道编码抗干扰能力仿真模型（以Manchester码为例）

　　根据RFID系统的实际应用情况，数据通信时每帧数据大概在几个字节到十几个字节之间，因此仿真时设定一帧的长度为100位，并让二进制对称信道的错误率在1％～50％之间变化，并设定仿真次数为1000次。具体过程如下：由信源发出数据帧，经过编码（Manchester编码或单极性归零编码或差动双向编码或米勒编码）后进入二进制对称信道传输；接收端将接收到的数据与原编码进行比较，并累计检出错误的个数，并由式（9-1）计算差错的检出率：

　　式中η为差错的检出率，e1为累计检出错误次数，e为总的实际错误个数。我们可以将仿真模型的Manchester编码模块和解码模块更换成其他的编码和解码模块并用同样的方式进行仿真，从雨比较各种编码方式的检测错误的能力，仿真结果见表。

　　表     各种编码检错能力仿真结果

　　由仿真结果可以看出，Manchester码、单极性归零码以及差动双相码都具有一定的错误检测的能力，但是检测错误的能力都不是很高，大体上都有20％～30％的漏检率。而米勒码的波形在接收端几乎没有办法把握该码型，也就无法判断解码前是否有错误发生。也可以看出，编码方式所具有的检测错误的能力随编码方式的不同而不同，因此如果想提高错误检测的能力，选择检测错误能力较高的编码是一种不错的方案。

　　3． 选择编码方式的其他考虑因素

　　在一个实际的RFID系统中，选择合适的编码方式可能不仅仅要考虑该编码所具有的检测错误的能力，也需要综合考虑其他一些因素。下面列举了一些经常需要考虑的情况。

　　①在一般的电子标签芯片中可能不会有时钟电路，这就需要电子标签芯片从读写器发过来的码流中提取时钟信息，因而要求读写器发出的数据的编码方式能够使电子标签芯片方便地提取时钟信息。如果编码的码型变化丰富，就可以较为容易地做到这一点。在这方面，米勒码、Manchester码、差动双相码具有优势。

　　②目前大多数RFID系统的电子标签都是无源标签，而无源标签自身没有能量供应，需要从读写器发出的电磁波中提取能量来工作。这就要求编码方式必须保证对电子标签的能量供应不能中断，即必须选择码型变化丰富的编码方式。换句话说，如果用某一种编码方式去调制电磁波，而在某些情况下可能会造成电子标签能量供应的中断，那么这种编码方式就不能在RΠD系统中应用。

　　③在多电子标签应用的环境中，读写器必须一个接着一个地读取各个电子标签的信息，这就需要应用某些算法来实现多电子标签的读取，在这一过程中要求当多个电子标签同时向读写器发送信息时，读写器应该能够从接收到的码流中检测出是否有冲突发生，这就需要选择检测错误能力较强的编码，如Manchester码、差动双相码、单极性归零码等。

　　综上所述，在选择编码方式时，应该注重编码方式的检错能力以降低干扰的影响，同时也要兼顾到编码方式是否有利于时钟信息的提取以及能量供应等方面。

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