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數(shù)字通信系統(tǒng)中的編碼和調制VS物聯(lián)網(wǎng)RFID通信系統(tǒng)的編碼與調制

作者:云主宰蒼穹
日期:2019-03-27 09:28:13
摘要:通信技術是物聯(lián)網(wǎng)技術的一個重要組成部分,任何雙方進行交換數(shù)據(jù)或者交換信息就需要涉及到通信,這本身就是一個人類與身俱來的問題,是不可避免的。無論是在數(shù)字通信系統(tǒng)中,還是在物聯(lián)網(wǎng)RFID的通信系統(tǒng)中,其對于通信的本質問題是一致的,只是針對本身具有的特定屬性而有所不同而已。

引言:通信技術是物聯(lián)網(wǎng)技術的一個重要組成部分,任何雙方進行交換數(shù)據(jù)或者交換信息就需要涉及到通信,這本身就是一個人類與身俱來的問題,是不可避免的。無論是在數(shù)字通信系統(tǒng)中,還是在物聯(lián)網(wǎng)RFID的通信系統(tǒng)中,其對于通信的本質問題是一致的,只是針對本身具有的特定屬性而有所不同而已。而在通信系統(tǒng)中,對于信號(消息的載體)的編碼和調制是至關重要的,是通信技術的本質所在。

筆者先簡述幾個通信領域的理念:

(1)消息的傳遞是需要載體的,在通信領域消息的載體就是信號。

(2)雙方進行通信是需要信號傳輸媒介的,也就是信道。

(3)雙方進行通信是需要約定共識的語言,或者共識的數(shù)據(jù)格式,也就是通信協(xié)議

(4)原始的電信號通常稱之為基帶信號,有的信道可以直接傳輸基帶信號,而在自由空間作為信道的無線傳輸是無法直接傳輸基帶信號的。

(5)將基帶信號進行編碼,同時變換成為合適在自己信道中傳輸?shù)男盘?,這個過程就被稱之為編碼與調制。同時在接收端對信號進行反變換,同時進行解碼,這個過程就被稱之為解調與解碼。

(6)將基帶信號進行調制變換后的信號就稱之為頻帶信號,這個頻帶信號有兩個特征,一是攜帶傳輸?shù)男畔?,另一個是適合在信道中傳輸。

在通信系統(tǒng)中,消息的載體是信號,信號從一點傳輸?shù)搅硪稽c,這就是通信的本質。對于消息的載體電信號有模擬信號和數(shù)字信號之分,同時我們研究電信號可以從其信號的時域和頻域角度進行分析。信號的傳輸信道有無線信道和有線信道,同時對于信道的評價參數(shù)有信道的頻帶寬度、信道傳輸速率以及信道容量等。

在信號通過信道傳輸中,我們將每秒鐘通過信道傳輸?shù)拇a元稱之為碼元傳輸速率RB,簡稱之為波特率;而將每秒鐘通過信道傳輸?shù)亩M制位的位數(shù)稱之為信息傳輸速率Rb,簡稱之為比特率。對于波特率和比特率的關系,從碼元和二進制位的關系就可以推理出。如果一個碼元的狀態(tài)數(shù)可以用M表示,那么一個二進制位的狀態(tài)數(shù)是2,這樣就可以對應推理出比特率和波特率的關系式:比特率=波特率 X log2M。

在著名的香農(nóng)信息理論中,信號在信道中進行傳輸時一定會(除了理想情況下)受到外界的噪聲干擾,我們一般在研究中采用高斯白噪聲進行模擬信道的干擾,那么信道容量可以計算為C=BWlog2(1+S/N),這就是著名的香農(nóng)公式,其中C就是信道容量,BW是頻帶寬度,S/N是信號與噪聲的比值,簡稱為信噪比。香農(nóng)公式不僅是信息論的基礎,同時也是通信原理的基礎,也是我們研究通信領域的標準理論。

在數(shù)字通信系統(tǒng)中涉及的技術問題有很多,比如信源編碼與信源解碼、加密與解密、信道編碼與信道解碼、數(shù)字調制與數(shù)字解調。所謂編碼就是為了達到某種目的而對于信號進行的一種變換;而在無線通信中,所謂的調制就是指載波調制,也就是用調制信號去控制載波的參數(shù),參數(shù)包括高頻載波的幅度、頻率和相位,是高頻載波信號隨著基帶信號的變化而變化。而RFID主要采用數(shù)字調制方式,而數(shù)字通過開關鍵控載波,這種方法稱之為鍵控法。從而對應的參數(shù)調試就有三種:幅移鍵控(Amplitude Shift Keying,ASK)、相移鍵控(Phase Shift Keying,PSK)、頻移鍵控(Frequency Shift Keying,F(xiàn)SK)。

在RFID中的編碼方式,主要就是使用二進制編碼,也就是用不同形式的代碼來表示二進制的1和0。比如常用的編碼方式有:反響不歸零(NRZ)編碼、曼卻斯特(Manchaester)編碼、單極性歸零(Unipolar RZ)編碼、差動雙向(DBP)編碼、米勒(Miller)編碼、修正米勒編碼、差動編碼、脈沖間隔編碼(PIE)和雙向空間編碼(FM0)等等。


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