3.3 Codifica dei dati

La modulazione permette agli apparecchi RFID di trasmettere le informazioni di origine digitale (1 o 0) attraverso onde elettromagnetiche (analogiche). Negli ambienti in cui avvengono queste trasmissioni però spesso ci possono essere ostacoli ed elementi di disturbo che possono fare ridurre la probabilità di una corretta interpretazione del circuito di demodulazione. Inoltre i sistemi RFID passivi hanno l’obiettivo di trasferire la maggior quantità di energia possibile tra il reader e il transponder. Per questi motivi viene attuata la codifica dei dati [REN].


3.3.1 Tecniche di base: NRZ, RZ, Manchester e Miller

Esistono numerosi metodi per effettuare la codifica dei dati. Di seguito sono elencati i più semplici e i più utilizzati.

NRZ (No Return to Zero)

  • Lo stato digitale “1” è rappresentato con un segnale alto.
  • Lo stato digitale “0” è rappresentato con un segnale basso (fig. 3.5).

Questo metodo è facilmente ottenibile e non richiede circuiti complicati anche perché non si tratta di una vera e propria codifica, visto che i dati vengono passati direttamente come tali in uscita. Si ha inoltre una alta robustezza agli errori, anche se lunghe stringhe di “0” o di “1” potrebbero causare la perdita del sincronismo.

Fig. 3.5  Codifica NRZ

RZ (Return to Zero)

  • Lo stato digitale “1” è rappresentato con un segnale alto.
  • Lo stato digitale “0” è rappresentato con un segnale basso.
  • Ad ogni semiperiodo il segnale torna sempre a zero (fig. 3.6).

Come nel metodo precedente, non si ha una vera e propria codifica dei dati. Il ricevitore deve però distinguere tra 3 livelli, anziché tra 2; quindi la probabilità di errore è più grande rispetto a quella che si ha nell’NRZ. Il vantaggio è che lunghe stringhe di “0” o di “1” non causano la perdita del sincronismo [SCH].

Fig. 3.6  Codifica RZ

Manchester

  • Lo stato digitale “1” è rappresentato con una transizione al semiperiodo fra il segnale alto e il segnale basso.
  • Lo stato digitale “1” è rappresentato con una transizione al semiperiodo fra il segnale basso e il segnale alto (fig. 3.7).

Come nell’RZ, in questo metodo lunghe stringhe di  “0” o “1” non causano la perdita del sincronismo. Inoltre, lavorando con solo due livelli, viene garantita un’alta robustezza agli errori. La codifica Manchester richiede un circuito più complicato rispetto a quelli per l’RZ e l’NRZ.


Fig. 3.7  Codifica Manchester

Miller

  • Lo stato digitale “1” è rappresentato mantenendo all’inizio del periodo il livello dello stato precedente e attuando una transizione al semiperiodo.
  • Lo stato digitale “0” è rappresentato in uno di questi due modi:
    • Se lo stato precedente era un “1”, viene mantenuto il livello per tutto il periodo.
    • Se lo stato precedente era uno “0”, si ha una transizione all’inizio del periodo e poi si mantiene il livello costante per tutto il periodo (fig. 3.8).

Questo metodo ha gli stessi vantaggi della codifica Manchester, ma richiede un circuito più complicato perché necessita di una memoria [SCH].


Fig. 3.8  Codifica Miller


3.3.2 Tecniche avanzate: Manchester-modificato e Miller-modificato

Alcuni dei metodi trattati sono stati resi più efficaci mediante l’utilizzo di frequenze sottoportanti che hanno permesso di migliorarne le prestazioni. In particolare, le modifiche dei metodi Manchester e Miller (trattate qui di seguito) hanno caratteristiche interessanti per la comunicazione più diffusa in ambito RFID, cioè quella tra reader e transponder passivi.

Manchester modificato
Il metodo Manchester tradizionale è stato migliorato mediante una modulazione di una sottoportante durante il periodo di stato 0, come si può notare nella seguente figura 3.9.


Fig. 3.9  Comparazione tra codifica Manchester e Manchester-modificato

Il metodo di codifica Manchester modificato è molto efficace nella comunicazione tra reader e transponder per le seguenti ragioni [BAT03]:

  • Il consumo di energia del transponder viene minimizzato.
  • Si ha la capacità di inviare al reader un segnale facilmente rilevabile.
  • Si ha una buona facilità di implementazione di un’efficace procedura di anticollisione.
  • Si ha una sincronizzazione automatica tra reader e transponder.

Miller modificato
Il metodo Miller tradizionale è stato migliorato sostituendo la transizione del cambio di livello con un impulso generato da una sottoportante definita, come si può notare nella seguente figura 3.10.

Fig. 3.10  Comparazione tra codifica Miller e Miller-modificato

Il metodo di codifica Miller modificato è molto efficace nella comunicazione tra reader e transponder per le seguenti ragioni:

  • L’energia trasmessa al transponder viene massimizzata.
  • Il rapporto segnale/rumore viene minimizzato.
  • Si ha una sincronizzazione automatica tra reader e transponder.

La sincronizzazione automatica tra reader e transponder è estremamente importante perché permette di ridurre gli errori di trasmissione in ambiente disturbato e incrementa la velocità di trasmissione dei dati, soprattutto per i messaggi brevi.
I vantaggi di una trasmissione più sicura sono pagati da una maggiore complessità circuitale del transponder rispetto a codifiche elementari come, per esempio, l’NRZ. Quest’ultima codifica ha il vantaggio di una implementazione che richiede la massima semplicità circuitale che minimizza i costi e le dimensioni fisiche del transponder, ma sposta il problema del controllo degli errori a livelli ISO-OSI superiori [BAT03].


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