基于RFID读写器的ASK解调与FM0解码仿真系统

资 源 简 介

本项目主要针对RFID读写器接收模块的信号处理流程进行了深度的MATLAB仿真实现。 项目核心功能涵盖了从信号生成到最终解码的全过程。首先，系统模拟生成读写器前端接收到的射频信号，该信号中完整嵌入了来自电子标签的原始信息数据。 重点实现了对接收到的ASK（幅移键控）调制信号的相干解调处理，通过混频与低通滤波技术准确提取基带包络。 在得到解调信号后，系统进一步执行抽样判决操作，将连续的模拟基带信号转化为离散的数字逻辑电平。 最后，针对RFID标准中的FM0编码规则编写了解码算法，对判决后的序列进行逆向运算以

详 情 说 明

项目介绍：基于MATLAB的RFID读写器接收模块解调及FM0解码仿真系统

本项目提供了一个完整的RFID读写器接收端信号处理仿真流程。该系统在MATLAB环境下运行，通过模拟RFID标签与读写器之间的无线通信过程，重点展示了射频信号从接收、下变频、低通滤波、信号判决到最终FM0解码的完整数学模型和算法实现。

该仿真系统不仅模拟了信号的物理特性（载波调制、加性高斯白噪声），还深入实现了RFID标准中常用的FM0编码与解码逻辑，可用于RFID相关算法的开发验证、通信原理的教学演示以及在不同信噪比下的鲁棒性评估。

功能特性

1. 全链路仿真：涵盖了原始比特流生成、FM0编码、ASK调制、AWGN信道模拟、相干解调、Butterworth滤波、采样判决以及FM0解码全过程。
2. 符号级FM0逻辑实现：精确模拟了FM0编码中“位边界翻转”与“位中间跳变”的逻辑规则。
3. 稳健的解调方案：采用相干解调技术（载波混频）配合五阶巴特沃斯低通滤波器，有效提取信号包络。
4. 鲁棒的解码算法：解码部分通过对采样点进行分段统计判决（取众数），增强了系统在噪声环境下的抗干扰能力。
5. 多维度结果评估：提供时域波形可视化对比以及自动化误码率（BER）计算报告。

系统要求

• MATLAB R2016b 或更高版本
• 控制系统工具箱（用于滤波器设计函数 butter）
• 信号处理工具箱（用于噪声处理函数 awgn）

使用方法

1. 将仿真程序代码下载并保存为相关的.m文件。
2. 在MATLAB命令行窗口中定位到该文件所在文件夹。
3. 直接运行该主程序。
4. 仿真结束后，系统将自动弹出时域波形对比图，并在命令行窗口输出一致性对比报告。

核心功能实现逻辑说明

系统的实现严格遵循通信系统的标准模块化设计，具体步骤如下：

1. 参数初始化与信号源生成 系统预设采样频率为1MHz，载波频率为100kHz，码速率为10kbps。首先生成指定长度（如20位）的随机二进制序列作为原始标签信息。

2. FM0编码实现 根据RFID协议规范（如ISO/IEC 18000-6C），系统实现了FM0逻辑编码。其核心逻辑在于：

• 相邻两个位周期（Bit Period）的边界必须发生电平翻转。
• 如果原始数据为'0'，则在该位周期的中间增加一次翻转。
• 如果原始数据为'1'，则在该位周期的中间保持电平不翻转。

编码后的逻辑序列被上采样并转换为双极性信号，为调制做准备。

3. ASK调制与信道传输 系统通过载波信号（余弦函数）对FM0序列进行幅度加权，模拟射频ASK调制过程。调制系数设定为0.8。随后，通过加入指定信噪比（SNR=15dB）的加性高斯白噪声（AWGN），模拟真实空间信道对信号的影响。

4. 接收端相干解调 读写器接收模块将射频信号与同频同相的本地载波执行混频运算。混频后的信号包含基带分量和高频分量。

5. 滤波与信号判决 系统设计了一个五阶巴特沃斯低通滤波器，截止频率设定为码速率的两倍。滤波后的信号去除了载波干扰，恢复出基带包络。随后通过计算信号的最大值与最小值的均值作为自适应阈值，通过比较判定将模拟基带信号还原为0和1的逻辑电平。

6. FM0解码算法逻辑 这是系统的关键算法模块。解码器将判决后的逻辑序列按位周期拆分：

• 将每个位周期分为前半段和后半段。
• 利用众数函数（mode）确定每段的稳定电平，以消除瞬时噪声冲击。
• 通过判断两段电平是否一致来还原数据：若一致则判定原始位为数据'1'，若不一致（发生了跳变）则判定为数据'0'。

7. 结果验证与可视化 系统最后将解码出的比特序列与发射端的原始数据进行逐位对比，通过控制台输出误码统计，并绘制四路波形图，分别展示原始数据、射频信号、解调基带（与判决重叠）以及恢复数据。

关键算法与实现细节分析

• FM0编码状态机：代码中使用 last_val 变量记录前一个位的结束状态，确保每一位开始时都符合翻转要求，这准确体现了FM0码的直流平衡和时钟自抽取特性。
• Butterworth滤波器设计：采用 butter(5, (2*Rb)/(Fs/2)) 实现了五阶滤波器。相比于普通均值滤波，该滤波器具有更平坦的通带响应和更陡峭的拦截特性，能更好地保留FM0跳变沿的细节。
• 延迟补偿逻辑：由于数字滤波器的引入会导致信号相位滞后，代码中通过 delay 变量对基带信号进行了移位对齐，确保后续采样判决的相位准确性。
• 鲁棒性解码优化：在 fm0_decode_logic 函数中，并非只采集单个时间点的像素，而是对半个周期内的所有采样点取众数。这种基于统计的解码方式比单点采样具有更高的抗噪余量。