第3章 编码与调制

74HC74Q （输出）
1
0
0
曼彻斯特码编码器时序波形图
3.2 RFID常见的编码方式
3.2.1 曼彻斯特码——【软件实现方法】 编码：采用曼彻斯特码传输数据信息时，信息 块格式如下：
一个字符帧 空 闲 起 始 位 校 验 位 停 止 位 空 闲
下一字符起 始位
数据位
LSB
MSB
曼彻斯特码与2倍数据时钟频率的NRZ码对应关系：
TYPE A中定义了如下三种时序：
（1）时序X：该时序将在64／fc处产生一个“pause”（凹槽）；
（2）时序Y：该时序在整个位期间（128／fc）不发生调制； （3）时序Z：这种时序在位期间的开始时，产生一个“pause”。
逻辑“1”选择时序X；逻辑“0”选择时序Y。但有两种情况
除外，第一种是在相邻有两个或更多的“0”时，此时应从第二个 “0”开始采用时序Z；第二种是在直接与起始位相连的所有位为 “0”时，此时应当用时序Z表示。 另外，通信开始时，用时序Z表示。通信结束则用逻辑“0” 加时序Y表示。无信息时，通常应用至少两个时序Y来表示。
与单极性不归零波形的区别是有电脉冲宽度小于码元宽 度，每个有电脉冲在小于码元长度内总要回到零电平。
+E 0
1
0
1
0
0
1
1
通常使电脉冲宽度为码元宽度的一半。
3.1 信号和编码
3.1.3 编码
3．单极性归零波形 RZ
与单极性不归零波形的区别是有电脉冲宽度小于码元宽 度，每个有电脉冲在小于码元长度内总要回到零电平。
3.1 信号和编码
3.1.3 编码
Hale Waihona Puke Baidu
【基带信号和宽带信号】
基带信号就是将数字信号 1 或 0 直接用两种不 同的电压来表示，然后送到线路上去传输。 宽带信号则是将基带信号进行调制后形成的频分 复用模拟信号。
3.1 信号和编码
3.1.3 编码 【数字基带信号的波形】
3.1 信号和编码
3.1.3 编码
+E 0
1
0
1
0
0
1
1
通常使电脉冲宽度为码元宽度的一半。
3.1 信号和编码
3.1.3 编码
4、曼彻斯特编码（Manchester）
曼彻斯特编码也被称为分相编码（Split-Phase Coding）。 某比特位的值是由该比特长度内半个比特周期时电平的变 化（上升或下降）来表示的，在半个比特周期时的负跳变 表示二进制“1”，半个比特周期时的正跳变表示二进制 “0”，如下图所示：
曼彻斯特码 NRZ码 1 10 0 01 结束位 00
3.2 RFID常见的编码方式
3.2.1 曼彻斯特码——【软件实现方法】
解码：在解码时，MCU可以采用2倍数据时钟频率对 输入数据的曼彻斯特码进行读入。 首先判断起始位，其码序为10；然后将读入的10,01 组合转换为NRZ的1,0码；若读到00组合，则表示接 收到结束位。 例3.1：
3.1 信号和编码
3.1.2 信道
传输损耗与失真—噪声
传输过程中，在发送设备和接收设备之间插入进 来的多余因而有害的信号。
3.1 信号和编码
3.1.2 信道 信道的最大容量

对在给定条件、给定通信信道上的数据传输速率称为信道容
量。数据传输速率是指每秒钟传输数据的位数，用比特率（b/s) 来衡量
香农定理：
主要内容
3.1 信号与编码 3.2 RFID常见的编码方式 3.3 脉冲调制 3.4 正弦波调制
3.2 RFID常见的编码方式
在RFID中，为使阅读器在读取数据时能很好地解
决同步的问题，往往不直接使用数据的NRZ码对射频
进行调制，而是将数据的NRZ码进行编码变换后再对
射频进行调制。所采用的变换编码主要由曼彻斯特码、
解码：首先判断起始位，在读出电平由高到低的跳 变沿时，便获取了起始位。然后对以2倍数据时钟频 率读入的位值进行每两位进行一次转换：01和10都 转换为1,00和11都转换为0。 例3.2： 设读入的密勒码为1000 0110 0011 1000 ，求 NRZ码值。
3.2 RFID常见的编码方式
3.2.3 修正密勒码——【编码规则】
3.1 信号和编码
3.1.2 信道 传输损耗与失真
传输损耗
变弱(衰减）
变形(失真)
掺杂(噪声)
3.1 信号和编码
3.1.2 信道
传输损耗与失真—衰减
信号强度（能量）随传输距离增长而不断减弱； 衰减程度与传输介质有关； 传输工程师要考虑的三个问题:
接收到的信号要强 以便接收电路检测。 信噪比要高 信号电平必须大大高于噪声电平。 特别注意高频衰减 通常频率越高，衰减越严重－特别是模拟传输（对数 字传输影响不大）。
其中：C：信道容量（比特/秒）； N：噪声功率 W：带宽； S：信号功率
S C W log2 (1 ) N
3.1 信号和编码
3.1.3 编码
数据编码(信源编码和信道编码 )
信源编码是对信源信息进行加工处理，模拟数据要经 过采样、量化和编码变换为数字数据，为降低所需要 传输的数据量，在信源编码中还采用了数据压缩技术。 信道编码是将数字数据编码成适合于在数字信道上传 输的数字信号，并具有所需的抵抗差错的能力，即通 过相应的编码方法使接收端能具有检错或纠错能力。
3.2 RFID常见的编码方式
3.2.3 修正密勒码——【编码器】
编码器 数据 NRZ 码 输入 b 异 或 c a 13.56MHz 时钟 e 128 分频 数据时钟 使能 13.56MHz 计数器 d
假设输入数据 为01 1010
修正密勒码 输出
a b c
波形C实际上是曼彻斯特的反相波形，用它 （a）修正密勒码编码器原理框图 的上升沿输出变便产生了密勒码，而用其上 升沿产生一个凹槽就是修正密勒码
密勒码、修正密勒码等。
3.2 RFID常见的编码方式
3.2.1 曼彻斯特码——【编码方式】
在曼彻斯特码中，1码是前半（50%）位为高，后半
位为低；0码是前半位为低，后半位为高。
NRZ码和数据时钟进行抑或便可得到曼彻斯特码。
3.2 RFID常见的编码方式
3.2.1 曼彻斯特码——【编码器】
编码控制 7486 数据 CLK 异 或 7404 2CLK 1 非门 VCC CLK CL
3.1.1 数据和信号 模拟信号和数字信号之间是可以互相转换的
3.1 信号和编码
3.1.1 数据和信号
最基本的周期模拟信号，可用三个参数表示—— 峰值振幅 (A) 信号强度之峰值 单位：伏特 频率(f) 信号变化的速率 单位：赫芝 (Hz) 周期 T = 1/f 相位() 相对于时间0的波形位臵 正弦波可用下式表示 s(t) = A sin(2πf t + )
3.2 RFID常见的编码方式
3.2.1 密勒码——【软件实现方法】
起始位 数据流位 结束位
编码：从密勒码的编码规则可以看出，NRZ码可以 转换为用两位NRZ码表示的密勒码值，其转换关系 如下
密勒码 1 0 二位表示法的二进制数 10或01 11或00
3.2 RFID常见的编码方式
3.2.2 密勒码——【软件实现方法】
《射频识别原理与应用》
第三章 编码与调制
主要内容
3.1 信号与编码 3.2 RFID常见的编码方式 3.3 脉冲调制 3.4 正弦波调制
本章学习目标
本章学习目标 ：
了解通信系统里的信号与编码相关基础 掌握串曼彻斯特码、密勒码、修正密勒码的编 码方法，了解对应的解码方法 掌握数据传输过程中采用的调制与解调技术
• 通常由通信系统设计师使用
3.1 信号和编码
3.1.1 数据和信号 【信号的频谱和带宽】
3.1 信号和编码
3.1.1 数据和信号 【信号的频谱和带宽】
3.1 信号和编码
3.1.2 信道
传输介质
传输介质是用来传递信号的某种介质。常见的传输 介质包括双绞线、同轴电缆、光纤、无线传输等。
3.1 信号和编码
1.单极性不归零波形 NRZ
最简单最常用的基带信号形式。 零电平和正电平分别对应着二进制代码0和1。
+E
1
0
1
0
0
1
1
0
特点：极性单一，有直流分量。另外位同步信息包含在电平 的转换之中，当出现连0序列时没有位同步信息。 应用：导线连接的各点之间近距离传输。
3.1 信号和编码
3.1.3 编码
2．双极性不归零波形 NRZ
3.1 信号和编码
3.1.2 信道
传输损耗与失真—衰减
数字信号的衰减可通过在传输电路上安装中继 器(repeater)来解决。
3.1 信号和编码
3.1.2 信道
传输损耗与失真—时延失真（变形）

复合信号中的不同频率成分传播速度不同(中心频率处最 快,两侧最慢)，导致到达最终接收端时有各自的延迟。 对数字数据影响大(产生“码间串扰”，即某个比特的一 些频率成分溢到其他比特上)，最大比特率因此受限。

信号 (signals) 数据的电气或电磁表示方式 有模拟信号或数字信号两种形 式。

模拟信号 (analog signals)
信号波形随时间连续变化； 通常用连续变化的电压值表示。

数字信号(digital signals) 瞬时跳变直方形； 只有有限个特定的电压值。
3.1 信号和编码
密勒码的传输格式如下图，起始位为1，结束位为0，数据流包
括传送数据和它的检验码。
倒相的曼彻斯特码的上跳变沿正好是密勒码波形中的跳变沿。
3.2 RFID常见的编码方式
3.2.2 密勒码——【编码器】
编码控制 非门 曼彻斯特码 1 CLK 7474 D CL VCC
Q
PR
Q
密勒码输出
用曼彻斯特码产生密勒码的电路
3.2 RFID常见的编码方式
3.2.1 编码
4、曼彻斯特编码（Manchester）
曼彻斯特编码也被称为分相编码（Split-Phase Coding）。 某比特位的值是由该比特长度内半个比特周期时电平的变 化（上升或下降）来表示的，在半个比特周期时的负跳变 表示二进制“1”，半个比特周期时的正跳变表示二进制 “0”，如下图所示：
3.1.2 信道
无线传输
3.1 信号和编码
3.1.2 信道
传输损耗与失真
所谓“传输损耗与失真”，指的是接收方收到 的信号与发送方发送的信号不相同。 对模拟信号，主要表现为信号品质下降。 对数字信号，主要表现为产生位错（比特反臵， 即 0 → 1 或 1 → 0）。 造成“减损”的原因 衰减（attenuation) 时延失真（delay distortion） 噪声（noise）
主要内容
3.1 信号与编码 3.2 RFID常见的编码方式 3.3 脉冲调制 3.4 正弦波调制
3.1 信号和编码
3.1.1 数据和信号 数据：数据是指预先约定的具有某种含义的数字、 符号和字母的组合。 信号：数据在传输过程中的电磁波的表示。
信息 数据 信号
3.1 信号和编码
3.1.1 数据和信号
曼彻斯特码的读入串为10100101100100 ，求 NRZ码值。
3.2 RFID常见的编码方式
3.2.2 密勒码——【编码方式】
编码规则：密勒码的逻辑0的电平和前位有关，逻辑1
虽然在中间有跳变，但是上跳还是下跳取决于前位结
束时的电平。
3.2 RFID常见的编码方式
3.2.2 密勒码——【编码器】
脉冲的正负电平分别对应于二进制代码1、0。
+E -E 特点：
1
0
1
0
0
1
1
① 无直流分量。幅度相等极性相反的双极性波形，故当0、1 符号等概率出现时，无直流分量。 ② 节省能源。平均功率为E2/4。 ③ 抗干扰能力较强。恢复信号的判决电平为零值。
3.1 信号和编码
3.1.3 编码
3．单极性归零波形 RZ
0 0 1 1 0 1 0 0
d Z e Z
起始用时序Z
直接与起始位相 连的0用时序Z
X
X
Y
X
Y
Z
Y
（b）波形图示例
3.1 信号和编码
3.1.1 数据和信号 【信号的频谱和带宽】 时域 (time domain)
• 显示信号振幅随时间变化的情况
• 信号随时间变化的情况（时间的函数） • 通常由电子线路设计师使用
频域 (frequency domain)
• 显示信号振幅随频率变化的情况
• 信号中频率分量的组成情况（频率的函数）
Q
PR D 74HC74 输出
Q
编码器电路
3.2 RFID常见的编码方式
3.2.1 曼彻斯特码——【编码器】
使能（PR 端）
编码控制 7486 数据 异 或 7404 2CLK 1 非门 VCC CLK CL
Q
PR D 74HC74 输出
Q
2CLK
CLK
CLK
DATA（数据）
异或输出
74HC74Q