Miller解码方法及系统与流程

miller解码方法及系统
技术领域
1.本发明涉及射频识别技术领域，具体地涉及一种miller解码方法及一种miller解码系统。


背景技术：

2.rfid是一种非接触式的射频识别技术，它具有可读距离长、阅读速度快、防碰撞能力强与作用范围广的特点，可广泛应用于物流管理、交通管理、物品跟踪等领域。且由于无源标签的成本低、小型寿命长以及易生产等优势，成为rfid系统应用的主流。然而，无源系统中标签供电能量、返回信号弱、易受空间环境干扰，对读写器提出了更高要求。在实际应用中，为实现电子标签和读写器之间的数据通信，需要对数据进行编码。目前常用的编码方式为miller编码，但是现有的miller解码方法普遍存在解析错误率高和抗干扰能力较差的问题，基于此，需要创造一种新的miller解码方法。


技术实现要素：

3.本发明实施方式的目的是提供一种miller解码方法及系统，以至少解决现有的miller解码方法普遍存在解析错误率高和抗干扰能力较差的问题。
4.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种miller解码方法，所述方法包括：基于不同的编码码元，获得对应的miller编码波形；针对各miller编码波形，在预定工况下进行对应模型模拟，获得对应的模拟波形；进行miller编码波形与对应的模拟波形之间的相关性处理，获得各miller编码波形的相关能量值；根据各miller编码波形的相关能量值和预设检测门限进行miller解码。
5.可选的，所述基于不同的编码码元，获得对应的miller编码波形，包括：码元为1时，获取对应的miller编码波形记为波形1；码元为0时，获取对应的miller编码波形记为波形0。
6.可选的，所述进行miller编码波形与对应的模拟波形之间的相关性处理，获得各miller编码波形的相关能量值，包括：基于i/q调制方法进行miller编码波形分解，每一miller编码波形对应获得两组信号分量；在各miller编码波形下，进行各信号分量与对应的模拟波形之间的相关性处理，获得各miller编码波形下的信号分量处理结果；基于各miller编码波形下的信号分量处理结果获得各miller编码波形的相关能量值。
7.可选的，所述基于i/q调制方法进行miller编码波形分解，每一miller编码波形对应获得两组信号分量，包括：基于miller编码波形获得对应的miller编码数据；对所述miller编码数据进行前导码去除，获得真实数据；基于i/q调制方法进行真实数据调制，获得对应的两组信号分量。
8.可选的，所述两组信号分量分别记为i分量和q分量，i分量和q分量的相位差为90
°
。
9.可选的，所述在各miller编码波形下，进行各信号分量与对应的模拟波形之间的
相关性处理，获得各miller编码波形下的信号分量处理结果，包括：在各miller编码波形下，分别进行各信号分量与对应模拟波形之间的乘积累加处理，获得各miller编码波形下的信号分量处理结果。
10.可选的，所述基于各miller编码波形下的信号分量处理结果获得各miller编码波形的相关能量值，包括：在每一miller编码波形下，进行各信号分量处理结果平方和运算，获得各miller编码波形的相关能量值。
11.可选的，所述根据各miller编码波形的相关能量值和预设检测门限进行miller解码，包括：对比波形0的相关能量值和波形1的相关能量值，取其中最大值；将所述最大值与预设检测门限进行对比，基于对比结果进行miller解码结果判定。
12.可选的，所述基于对比结果进行miller解码结果判定，包括：若当前最大值大于预设检测门限且当前最大值为波形0的相关能量值，则判定miller解码结果为0；若当前最大值大于预设检测门限且当前最大值为波形1的相关能量值，则判定miller解码结果为1；若当前最大值不大于预设检测门限，则将miller解码结果标记为解码终止状态。
13.可选的，所述解码终止状态包括：信号结束状态或标签碰撞状态。
14.本发明第二方面提供一种miller解码系统，所述系统包括：采集单元，用于基于不同的编码码元，获得对应的miller编码波形；处理单元，用于：针对各miller编码波形，在预定工况下进行对应模型模拟，获得对应的模拟波形；进行miller编码波形与对应的模拟波形之间的相关性处理，获得各miller编码波形的相关能量值；解码单元，用于根据各miller编码波形的相关能量值和预设检测门限进行miller解码。
15.可选的，所述基于不同的编码码元，获得对应的miller编码波形，包括：码元为1时，获取对应的miller编码波形记为波形1；码元为0时，获取对应的miller编码波形记为波形0。
16.可选的，所述进行miller编码波形与对应的模拟波形之间的相关性处理，获得各miller编码波形的相关能量值，包括：基于i/q调制方法进行miller编码波形分解，每一miller编码波形对应获得两组信号分量；在各miller编码波形下，进行各信号分量与对应的模拟波形之间的相关性处理，获得各miller编码波形下的信号分量处理结果；基于各miller编码波形下的信号分量处理结果获得各miller编码波形的相关能量值。
17.可选的，所述基于i/q调制方法进行miller编码波形分解，每一miller编码波形对应获得两组信号分量，包括：基于miller编码波形获得对应的miller编码数据；对所述miller编码数据进行前导码去除，获得真实数据；基于i/q调制方法进行真实数据调制，获得对应的两组信号分量。
18.可选的，在各miller编码波形下，进行各信号分量与对应的模拟波形之间的相关性处理，获得各miller编码波形下的信号分量处理结果，包括：在各miller编码波形下，分别进行各信号分量与对应模拟波形之间的乘积累加处理，获得各miller编码波形下的信号分量处理结果。
19.可选的，所述基于各miller编码波形下的信号分量处理结果获得各miller编码波形的相关能量值，包括：在每一miller编码波形下，进行各信号分量处理结果平方和运算，获得各miller编码波形的相关能量值。
20.可选的，所述根据各miller编码波形的相关能量值和预设检测门限进行miller解
码，包括：对比波形0的相关能量值和波形1的相关能量值，取其中最大值；将所述最大值与预设检测门限进行对比，基于对比结果进行miller解码结果判定。
21.另一方面，本发明提供一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，所述计算机可读储存介质在计算机上运行时使得计算机执行上述的miller解码方法。
22.通过上述技术方案，本发明方案提出来i/q两路正交解调的方式，并采用了相关解调的方式，在给定输入信号的情况下获得最大的解调信噪比；同时，在判定模块采用比较检测门限值方式，能够在接收数据存在抖动或少许副载波错误时正确解析原始数据信息，具有较强的抗干扰能力，有效提高了系统的稳定性。
23.本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
24.附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：图1是本发明一种实施方式提供的miller解码方法的步骤流程图；图2是本发明一种实施方式提供的miller解码方法实施过程示意图；图3是本发明一种实施方式提供的波形0相关性处理过程示意图；图4是本发明一种实施方式提供的波形1相关性处理过程示意图；图5是本发明一种实施方式提供的相关能量获得实施过程示意图；图6是本发明一种实施方式提供的信号判定处理过程示意图；图7是本发明一种实施方式提供的miller解码系统的系统结构图。
具体实施方式
25.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
26.rfid是一种非接触式的射频识别技术，它具有可读距离长、阅读速度快、防碰撞能力强与作用范围广的特点，可广泛应用于物流管理、交通管理、物品跟踪等领域。且由于无源标签的成本低、小型寿命长以及易生产等优势，成为rfid系统应用的主流，然而，无源系统中标签供电能量、返回信号弱、易受空间环境干扰，对读写器提出了更高要求。在实际应用中，为实现电子标签和读写器之间的数据通信，需要对数据进行编码。
27.由于miller编码数据含有丰富的时钟信息且有较好的抗干扰能力，广泛用于射频识别通信中，因此miller调制副载波序列解码技术是射频通信领域的重点问题之一，需要对该技术进行详细研究并实现工程化。为改善读写器在拥堵环境或容易发生干扰环境中的工作能力，iso/iec 18000-6c协议中规定了一种标签返回给的阅读器的数据编码方式
‑‑
miller副载波调制技术。
28.miller编码是一个二次编码过程。首先，依据编码规则对数据进行一次编码，其基本形式及状态跳转如图1所示。miller编码数据符号在一比特符号周期内，无符号跳变沿代表数据0，有符号跳变沿代表数据1。仅仅数据0与数据0之间会发生一次符号跳变，其余数据
之间不发生。为了得到了miller副载波，还需要对一次编码后数据进行副载波调制操作，即将该数据与一个频率为基带信号符号率m倍的方波相乘完成编码，其中m值根据阅读器发送的query指令中的参数m来决定，可取2、4或8。miller编码应始终在每次传输结束时以“dummy”数据-1结尾。
29.在rfid射频通信领域，有些许文献对miller解码进行研究。传统的miller解码根据一个同步时钟和一个计数器计值来判断输出，通过对输入信号进行抑或运算，结合编码特征，判断输出，实现比较复杂。根据该方法，目前存在一种方式是基于fpga硬件实现了一个同步时钟和一个计数值能够正确地对副载波miller编码数据进行解码。另外，也可以采用解码电路方式进行miller解码，电路结构大体分为四个部分：导频检测、去载波、前导码检测和译码输出模块。其中导频检测采用三个移位寄存器实现，当检测到正确的前导头时，导频计数模块会发送一个使能信号给去载波模块，表示可以开始解码。由于miller码是基带miller码乘以副载波后形成的，因此需要将接收到的miller码变化成基带miller码，需要通过去载波。再将基带miller码通过译码表进行译码并输出。
30.根据miller调整副载波技术特点，目前存在一种miller解码器，主要原理是先对miller调整副载波序列进行副载波解调，得到miller编码基带波形后根据miller编码规则进行解码。整个miller解码器设计主要分为三大模块，时钟分频模块，副载波解调和前同步码检测模块，miller基带解码模块。对来自标签的突发数据首先进行前同步码检测，在检测到前同步码后，对miller调制副载波序列进行副载波解调，得到基带miller编码波形。miller基带解码模块按照miller编码规则，对基带miller编码波形进行解码，解码过程还包括进一步校验前同步码信息，和检查传输数据是否违反编码规则错误或crc校验错误，并及时给出反馈控制信息，当检测到结尾标志后停止解码。整个解码系统在分析miller调制副载波技术基础上，基于有限状态机设计思想，采用一个系统时钟分频以得到各个模块所需时钟，各模块在控制电路控制下有序工作。这种方式前同步码检测与副载波解调模块都是需要对接收数据码流进行相位翻转检测，于相位翻转处在相位翻转标志信号上输出一个脉冲。因此，当接收数据码流中出现毛刺或某位载波信息出错时，会导致解析数据错误。
31.现有的miller解码方法在实际数据解码过程中，按照标准的规定允许解码的误差在5%左右。所以如果在解码过程中发现了数据的格式不对，或者码元的误差超出了误差允许范围，则表示数据出现错误，可能是数据编码过程出错，或者信号出现扰动等其它错误。一旦出现数据错误，那么本次通信失败，舍弃数据。由于读写器接收到标签返回数据波形的频率存在偏差或干扰环境中应用时，数据解析错误率很高，其抗干扰能力较差。
32.针对现有miller解码方法存在的解析错误率高和抗干扰能力较差的问题，需要创造一种新的miller解码方法。本发明方案提出来i/q两路正交解调的方式，并采用了相关解调的方式，在给定输入信号的情况下获得最大的解调信噪比；同时，在判定模块采用比较检测门限值方式，能够在接收数据存在抖动或少许副载波错误时正确解析原始数据信息，具有较强的抗干扰能力，有效提高了系统的稳定性。
33.图1是本发明一种实施方式提供的miller解码方法的方法流程图。如图1所示，本发明实施方式提供一种miller解码方法，所述方法包括：步骤s10：基于不同的编码码元，获得对应的miller编码波形。
34.具体的，上述已知，miller编码数据符号在一比特符号周期内，无符号跳变沿代表
数据0，有符号跳变沿代表数据1。仅仅数据0与数据0之间会发生一次符号跳变，其余数据之间不发生。基于此，能够知晓的是，在miller编码中，1表示10或01，即存在对应的符号跳变，而0表示00或11，表示无符号跳变。基于不同的编码码元，可以获得两个波形，记为波形1和波形0。后续进行解码时，需要进行波形1和波形0的相关能力对比，以确定最终的判定结果，基于输入信号解出对应的码。
35.优选的，通过对miller编码方式的频谱可以发现，在零频处能量分布为零，功率集中在零频附近，占有带宽小，抗干扰能力强。所以本发明方案基于能量值计算和判断，可以有效地提高解码的抗干扰性能。
36.优选的，所述基于不同的编码码元，获得不同的miller编码波形，包括：码元为1时，获取对应的miller编码波形记为波形1；码元为0时，获取对应的miller编码波形记为波形0。
37.步骤s20：针对各miller编码波形，在预定工况下进行对应模型模拟，获得对应的模拟波形。
38.具体的，所述在各miller编码波形下，进行各信号分量与对应模拟波形相关性处理，获得对应miller编码波形下的单路信号分量处理结果，包括：在各miller编码波形下，分别进行各信号分量与对应模拟波形之间的乘积累加处理，获得各miller编码波形下的单路信号分量处理结果。
39.在本发明实施例中，rfid通信过程中，由于其通信机智很容易收到通信距离、周围环境、多径衰落效应等多方面因素的影响。为了克服这种不利因素，本发明方案引入相关性分析，相关性过程可以表示两个信号函数在给定时间区间内的积分。即比较两个波形的相似程度，两个波形相似程度越大，则相关操作的结果越大。在实际应用过程中，选择不同的码元，便可在输入信号中挑选出不同的信号，利用相关操作可以在接受数据中补货同步帧头进行频偏估计。本发明方案正是基于该相关性操作设计，进行采集信号处理。在采集信号作为单一信号的基础上，需要构建与其相关分析的信号，即需要进行信号模拟。该模拟信号与采集信号的场景相似，即在标准工况下，避免面信号发送与采集过程中的失真情况，获得的标准波形，该标准波形与采集波形进行相关性分析，可以保证采集信号的有效性。
40.基于此，本发明方案对应不同的miller编码波形，在预定工况下进行对应模型模拟，获得模拟波形。
41.步骤s30：进行所述miller编码波形与对应的模拟波形之间的相关性处理，获得各miller编码波形的相关能量值。
42.具体的，如图2，基于i/q调制方法进行miller编码波形分解，对应获得两个信号分量；在各miller编码波形下，进行各信号分量与对应模拟波形相关性处理，获得对应miller编码波形下的单路信号分量处理结果；基于各miller编码波形下的单路信号分量处理结果获得对应各miller编码波形的相关能量值。
43.在本发明实施例中，为了获得最大的解调信噪比，本发明方案基于i/q调制方法进行miller编码波形分解。i/q调制由于频谱效率较高，因而在数字通信中得到广泛采用。iq调制使用了两个载波，一个是同相 (i) 分量，另一个是正交 (q) 分量，两者之间有90
°
的相移。i/q 调制的主要优势是能够非常轻松地将独立的信号分量合成到一个复合信号中，随后再将这个复合信号分解为独立的信号分量。
44.具体的，基于采集的miller编码波形获得对应的miller编码数据；对所述miller编码数据进行前导码去除，获得真实数据；基于i/q调制方法进行真实数据调制，获得两个信号分量。前导码使目的主机接收器时钟与源主机发送器时钟同步，其仅为标定意义，对解码结果不会产生影响，所以需要线将其去除，保留后续有效数据。所述多两路信号分量分别记为i路信号和q路信号；所述i路信号和所述q路信号的相位差为90
°
。
45.如图3和图4，进行相关性分析时，在各miller编码波形下，分别进行各信号分量与对应模拟波形之间的乘积累加处理，获得各miller编码波形下的单路信号分量处理结果。
46.优选的，如图5，所述基于各miller编码波形下的单路信号分量处理结果获得对应各miller编码波形的相关能量值，包括：在每一种miller编码波形下，进行各单路信号分量处理结果平方和运算，获得对应miller编码波形的相关能量值。
47.在本发明实施例中，本发明方案同时对i、q两路数据进行相关性分析，在输出时将两路的相关结果进行合并输出，保证同时考量了i/q两路信息，从而提高了解调性能。
48.步骤s40：根据各miller编码波形的相关能量值和预设检测门限进行miller解码。
49.具体的，对比波形0的相关能量值和波形1的相关能量值，取其中最大值；将所述最大值与预设检测门限进行对比，基于对比结果进行解码结果判定。
50.优选的，所述基于对比结果进行解码结果判定，包括：若所述最大值大于所述预设检测门限，且当前最大值为波形0的相关能量值，则判定结果为0；若所述最大值大于所述预设检测门限，且当前最大值为波形1的相关能量值，则判定结果为1；若所述最大值不大于所述预设检测门限，则标记为解码终止状态。
51.在一种可能的实施方式中，如图6，判定的功能未依据信号相关能量作数据0或数据1判定。如果波形0的相关能量大于波形1的相关能量，且波形0的相关能量大于信号检测门限，则判定为0；反之，则判定为1。如果波形0的相关结果和波形1的相关结果均低于信号检测门限，则判定为标签碰撞或信号结束。来自计算能量模块的波形0相关能量和波形1相关能量输入比较模块得到较大值x
01
，如果x
01
大于信号检测门限，且x
01
为波形0相关能量值，则判定为数据0；如果x
01
大于信号检测门限，且x
01
为波形1相关能量值，则判定为数据1。如果x
01
不大于信号检测门限，则信号结束或标签碰撞。
52.优选的，所述解码终止状态包括：信号结束状态或标签碰撞状态。
53.在本发明实施例中，若所述最大值不大于所述预设检测门限，则可能仅是碰撞造成的毛刺或本身信号终结的标志，无论是那种情况，均表示不需要进行解码或已经解码完成，则执行对应的状态标记便可。提高了方法的抗干扰性能。
54.在本发明实施例中，本发明方案提出来i/q两路正交解调的方式，并采用了相关解调的方式，在给定输入信号的情况下获得最大的解调信噪比；同时，在判定模块采用比较检测门限值方式，能够在接收数据存在抖动或少许副载波错误时正确解析原始数据信息，具有较强的抗干扰能力，有效提高了系统的稳定性。
55.图7是本发明一种实施方式提供的miller解码系统的系统结构图。如图7所示，本发明实施方式提供一种miller解码系统，所述系统包括：采集单元，用于基于不同的编码码元，获得对应的miller编码波形；处理单元，用于：针对各miller编码波形，在预定工况下进行对应模型模拟，获得对应的模拟波形；进行miller编码波形与对应的模拟波形之间的相关性处理，获得各miller编码波形的相关能量值；解码单元，用于根据各miller编码波形的
相关能量值和预设检测门限进行miller解码。
56.优选的，所述基于不同的编码码元，获得对应的miller编码波形，包括：码元为1时，获取对应的miller编码波形记为波形1；码元为0时，获取对应的miller编码波形记为波形0。
57.优选的，所述进行miller编码波形与对应的模拟波形之间的相关性处理，获得各miller编码波形的相关能量值，包括：基于i/q调制方法进行miller编码波形分解，每一miller编码波形对应获得两组信号分量；在各miller编码波形下，进行各信号分量与对应模拟波形相关性处理，获得miller编码波形下的信号分量处理结果；基于各miller编码波形下的信号分量处理结果获得各miller编码波形的相关能量值。
58.优选的，所述基于i/q调制方法进行miller编码波形分解，每一miller编码波形对应获得两组信号分量，包括：基于miller编码波形获得对应的miller编码数据；对所述miller编码数据进行前导码去除，获得真实数据；基于i/q调制方法进行真实数据调制，获得对应的两组信号分量。
59.优选的，所述在各miller编码波形下，进行各信号分量与对应模拟波形相关性处理，获得miller编码波形下的信号分量处理结果，包括：在各miller编码波形下，分别进行各信号分量与对应模拟波形之间的乘积累加处理，获得miller编码波形下的信号分量处理结果。
60.优选的，所述基于各miller编码波形下的信号分量处理结果获得各miller编码波形的相关能量值，包括：在每一miller编码波形下，进行各信号分量处理结果平方和运算，获得miller编码波形的相关能量值。
61.优选的，所述根据各miller编码波形的相关能量值和预设检测门限进行miller解码，包括：对比波形0的相关能量值和波形1的相关能量值，取其中最大值；将所述最大值与预设检测门限进行对比，基于对比结果进行miller解码结果判定。
62.本发明实施方式还提供一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行上述的miller解码方法。
63.本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器（processor）执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器（rom，read-only memory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
64.以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
65.此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。