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数字通信系统中的编码和调制VS物联网RFID通信系统的编码与调制

2019年03月28日 09:34:55来源:RFID世界网作者:RFID世界网关键词:智能RFID射频识别设备
    引言:通信技术是物联网技术的一个重要组成部分,任何双方进行交换数据或者交换信息就需要涉及到通信,这本身就是一个人类与身俱来的问题,是不可避免的。无论是在数字通信系统中,还是在物联网RFID的通信系统中,其对于通信的本质问题是一致的,只是针对本身具有的特定属性而有所不同而已。而在通信系统中,对于信号(消息的载体)的编码和调制是至关重要的,是通信技术的本质所在。
    笔者先简述几个通信领域的理念:
    (1)消息的传递是需要载体的,在通信领域消息的载体就是信号。
    (2)双方进行通信是需要信号传输媒介的,也就是信道。
    (3)双方进行通信是需要约定共识的语言,或者共识的数据格式,也就是通信协议
    (4)原始的电信号通常称之为基带信号,有的信道可以直接传输基带信号,而在自由空间作为信道的无线传输是无法直接传输基带信号的。
    (5)将基带信号进行编码,同时变换成为合适在自己信道中传输的信号,这个过程就被称之为编码与调制。同时在接收端对信号进行反变换,同时进行解码,这个过程就被称之为解调与解码。
    (6)将基带信号进行调制变换后的信号就称之为频带信号,这个频带信号有两个特征,一是携带传输的信息,另一个是适合在信道中传输。

    在通信系统中,消息的载体是信号,信号从一点传输到另一点,这就是通信的本质。对于消息的载体电信号有模拟信号和数字信号之分,同时我们研究电信号可以从其信号的时域和频域角度进行分析。信号的传输信道有无线信道和有线信道,同时对于信道的评价参数有信道的频带宽度、信道传输速率以及信道容量等。

    在信号通过信道传输中,我们将每秒钟通过信道传输的码元称之为码元传输速率RB,简称之为波特率;而将每秒钟通过信道传输的二进制位的位数称之为信息传输速率Rb,简称之为比特率。对于波特率和比特率的关系,从码元和二进制位的关系就可以推理出。如果一个码元的状态数可以用M表示,那么一个二进制位的状态数是2,这样就可以对应推理出比特率和波特率的关系式:比特率=波特率Xlog2M。
    在著名的香农信息理论中,信号在信道中进行传输时一定会(除了理想情况下)受到外界的噪声干扰,我们一般在研究中采用高斯白噪声进行模拟信道的干扰,那么信道容量可以计算为C=BWlog2(1+S/N),这就是著名的香农公式,其中C就是信道容量,BW是频带宽度,S/N是信号与噪声的比值,简称为信噪比。香农公式不仅是信息论的基础,同时也是通信原理的基础,也是我们研究通信领域的标准理论。

    在数字通信系统中涉及的技术问题有很多,比如信源编码与信源解码、加密与解密、信道编码与信道解码、数字调制与数字解调。所谓编码就是为了达到某种目的而对于信号进行的一种变换;而在无线通信中,所谓的调制就是指载波调制,也就是用调制信号去控制载波的参数,参数包括高频载波的幅度、频率和相位,是高频载波信号随着基带信号的变化而变化。而RFID主要采用数字调制方式,而数字通过开关键控载波,这种方法称之为键控法。从而对应的参数调试就有三种:幅移键控(AmplitudeShiftKeying,ASK)、相移键控(PhaseShiftKeying,PSK)、频移键控(FrequencyShiftKeying,FSK)。

    在RFID中的编码方式,主要就是使用二进制编码,也就是用不同形式的代码来表示二进制的1和0。比如常用的编码方式有:反响不归零(NRZ)编码、曼却斯特(Manchaester)编码、单极性归零(UnipolarRZ)编码、差动双向(DBP)编码、米勒(Miller)编码、修正米勒编码、差动编码、脉冲间隔编码(PIE)和双向空间编码(FM0)等等。
 
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