2.4 Mã hóa, điều chế, bảo mật và chống đụng độ trong RFID
2.4.1 Mã hóa và điều chế
2.4.1.1 Mã hóa băng cơ bản
Hệ thống RFID thường sử dụng một trong những thủ tục mã hóa sau: NRZ, Manchester, RZ đơn cực (Unipolar RZ), DBP (differential bi-phase), Miller, mã phân biệt (differential coding) (hình 2.26).
• Mã NRZ: Số nhị phân 1 được thể hiện bởi mức tín hiệu cao, số nhị phân 0 được thể hiện bởi mức tín hiệu thấp. Mã NRZ hầu như được sử dụng riêng cho điều chế FSK và PSK.
• Mã Manchester: số nhị phân 1 được thể hiện bởi sự chuyển mức âm trong nửa chu kỳ bit và số 0 được thể hiện bởi sự chuyển mức dương. Mã Manchester thường được sử dụng cho việc truyền dữ liệu từ thẻ tới đầu đọc dựa trên điều chế tải sử dụng sóng mang phụ.
• Mã RZ đơn cực: số nhị phân 1 được thể hiện bởi mức tín hiệu cao trong một nửachu kỳ bit đầu, số 0 được thể hiện bởi mức tín hiệu thấp trong cả chu kỳ bit tiếp theo.
• Mã DBP: số nhị phân 0 được thể hiện bởi sự chuyển mức (âm hay dương) trong một nửa chu kỳ bit, số 1 được thể hiện bởi sự không có chuyểnmức nào. Hơn nữa, mức được đảo ngược (chuyển) tại điểm bắt đầu của mỗi chu kỳ bit.
điều này làm cho xung bit có thể được phục hồi dễ dàng hơn ở bên thu.
58
Hình 2. 26 Các kiểu mã hóa băng cơbản sửdụng trong RFID[2]
• Mã Miller: Số nhị phân 1 được thể hiện bởi sự chuyển mức (âm hay dương) trong một nửa chu kỳ bit, số 0 được thể hiện bởi sự tiếp tục của mức 1 trên chu kỳ bit tiếp theo. Chuỗi 0 tạo ra chuyển mức tại điểm bắt đầu của mỗi chu kỳ bit; điều này làm cho xung bit có thể được phục hồi dễ dàng hơn ở bên thu.
• Mã Miller cải biến (Modified Miller): Trong dạng cải biến này của mã Miller mỗi chuyển mức được thay bằng một xung âm. Mã này rất thích hợp khi sử dụng trong hệ thống RFID ghép điện cảm cho việc truyền dữ liệu từ đầu đọc tới thẻ.
• Mã phân biệt (differential coding): trong mã này, mỗi số nhị phân 1 sẽ gây ra sự thay đổi (lật) mức của tín hiệu, ngược lại số không thì không gây ra sự thay đổi.
59 2.4.1.2 Điều chế số
Năng lượng được bức xạ từ ăng ten vào môi trường xung quanh dưới dạng sóng điện từ. Bằng cách tác động vào một trong ba tham số tín hiệu (công suất, tần số, pha) của sóng điện từ, thông tin có thể được mã hóa và phát đi. Thủ tục này được gọi là điều chế và sóng điện từ dùng để điều chế tin được gọi là sóng mang (carrier).
Bằng cách phân tích đặc tính của sóng điện từ tại điểm thu, đo sự thay đổi về công suất, tần số, pha của nó chúng ta có thể khôi phục được thông tin được mã hóa trong đó.
Thủ tục này được gọi là giải điều chế.
Công nghệ vô tuyến cổ điển quan tâm nhiều đến các thủ tục điều chế tín hiệu tương tự (điều biên, điều tần, điều pha). Trong hệ thống RFID thủ tục điều chế số được sử dụng, bao gồm: ASK (amplitude shift keying- khóa dịch biên độ), FSK (frequency shift keying-khóa dịch tần) và PSK (phase shift keying-khóa dịch pha).
2.4.1.2.1 Khóa dịch biên (ASK)
Trong ASK, biên độ của sóng mang được chuyển giữa hai trạng thái u0 và u1 (keying) bởi tín hiệu cần điều chế. Tỉ số giữa uR0R và uR1R được gọi là hệ số sử dụng (duty factor) m, và được tính như sau:
Trong điều chế 100% ASK, biên độ của sóng mang được chuyển giữa 2uRmR va 0 (còn gọi là On-Off keying). Trong điều chế biên độ tín hiệu tương tự (điều biên) điều này tướng ứng vơi hệ số điều chế m=1.
60
Hình 2. 27 Tín hiệu điều chế ASK [2]
Từ góc độ toán học, với tín hiệu cần điều chế là uRcodeR(t), sóng mang là uRCrR(t) thì tín hiệu điều chế ASK đạt được bằng biểu thức sau:
URASKR(t)=(m . uRcodeR(t)+ 1-m) . uRCrR(t)
Hình 2. 28 Điều chế 2FSK [2]
2.4.1.2.2 Khóa dịch tần 2FSK
Trong điều chế 2 FSK, tần số của tín hiệu sóng mang được chuyển giữa fR1R và fR2R
bởi tín hiệu cần điều chế (Hình 2. 29 ). Tần số sóng mang fRCRR được định nghĩa là trung bình cộng của hai tần số đặc tính fR1R và fR2R. Độ lệch giữa tần số sóng mang và tần số đặc tính (fR1Rhoặc fR2R) được gọi là tần số lệch ∆fRCRR:
61 2.4.1.2.3 Khóa dịch pha 2PSK
Hình 2. 30 Điều chế 2PSK[2]
Trong PSK, trạng thái nhị phân 0 và 1 được chuyển thành trạng thái pha tương ứng của sóng mang. Trong 2 PSK, hai trạng thái pha đó là 0PoP và 180PoP. Về toán học, việc chuyển pha sóng mang giữa 0PoP và 180PoPtương ứng với việc nhân tín hiệu sóng mang với 1 và -1.