编码与调制
无线通信技术中的编码与调制
无线通信技术中的编码与调制无线通信是一种通过无线电波传输信息的技术，而编码与调制则是在无线通信中至关重要的一部分。
编码与调制的目的是将数字信号转换为适合在无线信道上传输的模拟信号。
本文将详细探讨无线通信技术中的编码与调制，包括原理、步骤以及使用中的考虑因素等。
一、编码的原理和步骤编码是将数字信号转换为模拟信号的过程。
编码的原理可以简单概括为将数字信号映射到一组合适的模拟波形上。
编码有许多种方法，常见的编码方法包括曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码、振幅移移键控(ASK)编码、频移键控(FSK)编码、相移键控(PSK)编码等。
编码的步骤如下：1. 确定所需的编码方法。
根据传输的要求和通信系统的特性，选择适当的编码方法。
2. 将数字信号转换为基带信号。
将数字信号转换为适合进行编码的基带信号，通常是将数字信号转换为二进制信号。
3. 进行特定编码方法的映射。
根据选择的编码方法，将基带信号映射到模拟波形上，生成模拟信号。
二、调制的原理和步骤调制是将编码后的模拟信号转换为适合在无线信道上传输的信号的过程。
调制的原理是通过改变模拟信号的某些特性，如振幅、频率或相位，来实现信号的传输。
调制有许多种方法，常见的调制方法包括幅度调制(AM)、频率调制(FM)、相位调制(PM)等。
调制的步骤如下：1. 确定所需的调制方法。
根据通信系统的要求和信道的特性，选择适当的调制方法。
2. 将模拟信号进行调制。
通过改变模拟信号的某些特性，如振幅、频率或相位，将模拟信号进行调制，生成调制信号。
3. 将调制信号传输至无线信道。
将调制信号通过无线设备传输至无线信道，进而传输至接收端。
三、使用中的考虑因素在实际应用中，编码与调制需要考虑以下因素：1. 带宽效率。
编码与调制方法应尽可能提高带宽效率，即在有限的频谱资源下，能够传输更多的信息。
2. 抗噪声性能。
编码与调制方法应具有较好的抗噪声性能，能够在存在信道噪声的情况下保持信号的可靠传输。
3. 多路复用能力。
信道编码和调制之间有什么联系？
信道编码和调制之间有什么联系？一、信道编码和调制的定义和作用1. 信道编码：信道编码是指根据信源特点，对信息进行编码操作。
它将源码转换为信道码，增加冗余部分以提高传输可靠性。
2. 调制：调制是指将数字信号转换为模拟信号，在传输过程中经过媒介传播。
调制技术能够将数字信号转变为适合传输媒介的模拟信号，实现信号的传输和复原。
二、信道编码和调制的联系1. 传输方式相同：信道编码和调制都是为了将信息从发送端传输到接收端。
它们共同关注信号在传输过程中的可靠性和准确性。
2. 互相影响效果：信道编码的好坏会对调制的效果产生影响。
优秀的信道编码可以提高信号的抗干扰能力和纠错能力，有助于提高调制解调器的性能。
3. 适用场景不同：信道编码主要应用于数字通信系统中，而调制主要应用于模拟通信系统中。
但在现代通信系统中，数字信号经过信道编码后，再进行调制传输，以提高抗噪声和容错性能。
4. 理论基础相同：信道编码和调制都依赖于信息论的研究。
信息论是研究信息传输和数据压缩的数学理论，为信道编码和调制提供理论支持和指导。
三、信道编码对调制的影响1. 信号完整性：信道编码能够增加冗余信息，提高信号完整性。
通过冗余信息的添加，当信号在传输过程中发生部分损坏时，仍然可以恢复原始信息。
2. 抗干扰能力：信道编码可以增加信号的抗干扰能力，提高系统的可靠性。
在噪声环境中，信道编码可以利用冗余信息进行均衡，减小噪声的影响。
3. 纠错能力：优秀的信道编码可以实现纠错传输。
通过引入差错检测和纠正技术，即使在信号发生错误的情况下，也可以恢复出原始信息。
四、调制对信道编码的要求1. 低误码率：调制技术需要保证传输过程中的低误码率，以确保信号能够被准确恢复。
选择合适的调制方式和参数对于提高系统的传输质量至关重要。
2. 带宽利用率：调制技术需要充分利用有限的带宽资源。
通过合理选择调制方式和调制参数，可以提高带宽利用率，实现高速率的数据传输。
3. 抗干扰能力：调制技术需要具备一定的抗干扰能力，以应对复杂的通信环境。
采样编码与调制课件
• 采样技术 • 编码技术 • 调制技术 • 采样、编码与调制技术的应用 • 采样、编码与调制技术的发展趋势
01
采样技术
采样定理
采样定理定义
采样定理是关于信号采样和重建 的理论，它指出一个连续时间信 号可以由其离散时间样本唯一确 定，只要采样频率大于信号最高 频率的两倍。
采样定理的意义
高速的调制解调技术
5G/6G通信技术
随着5G/6G通信技术的快速发展，对 调制解调技术的要求也越来越高。需 要发展更加高速、高效、低延迟的调 制解调技术，以满足高速数据传输和 实时通信的需求。
量子通信技术
量子通信技术是一种新型的通信方式 ，具有高度安全性和高传输速率的特 点。为了实现量子通信技术的广泛应 用，需要研究更加高速、可靠的调制 解调技术。
05
采样、编码与调制技术的发展趋势
高效率的编码技术
视频编码技术
随着超高清视频、3D视频等技术的普及，对视频编码技术提 出了更高的要求。为了满足高分辨率、高帧率和高比特率的 需求，需要发展更加高效、快速的视频编码技术。
音频编码技术
随着音频质量的提高，音频编码技术也需要不断升级。为了 提供更加清晰、逼真的音频效果，需要研究更加高效、低码 率的音频编码技术。
和网络架构。
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新的传输介质和网络架构
光纤通信技术
光纤通信技术具有高速、大容量、低损耗等优点，是未来通信技术的发展方向。为了实 现更高速的数据传输和更大的网络覆盖范围，需要研究更加先进的光纤通信技术和网络
架构。
无线通信技术
无线通信技术具有灵活、便捷、移动性强等优点，是未来通信技术的另一重要发展方向 。为了提供更加高速、可靠、安全的无线通信服务，需要研究更加先进的无线通信技术
调制 编码 解调 译码过程
调制、编码、解调、译码的过程大致如下：
编码：在发送端，原始数据通常以二进制形式存在。
为了在传输过程中保持数据的完整性，通常会对这些数据进行编码。
编码过程可能包括添加校验位、对数据进行加密等。
调制：在发送端，编码后的数据需要通过某种方式转换成适合在信道上传输的信号。
这个过程称为调制。
调制的方式有很多，如QAM（Quadrature Amplitude Modulation，四相位幅度调制）、QPSK（Quadrature Phase Shift Keying，四相位偏移键控）等。
传输：经过调制后的信号通过信道进行传输。
在这个过程中，可能会受到各种噪声和干扰的影响。
解调：在接收端，首先需要对接收到的信号进行解调，将其从信道上解调下来，还原成原始的信号。
译码：解调后的信号还需要进行译码，将编码后的数据还原成原始的二进制数据。
以上就是调制、编码、解调、译码的基本过程。
这个过程通常用于数字通信系统中，如无线通信、卫星通信等。
移动通信的编码与调制技术
移动通信的编码与调制技术在当今高度互联的时代，移动通信已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
从日常的语音通话、短信交流，到高清视频播放、在线游戏，移动通信技术的不断发展为我们带来了越来越便捷和丰富的体验。
而在这背后，编码与调制技术起着至关重要的作用。
首先，我们来谈谈编码技术。
编码，简单来说，就是将信息转换为特定的代码形式，以便于传输和存储。
在移动通信中，常用的编码技术包括信源编码和信道编码。
信源编码的主要任务是减少信息的冗余度，提高传输效率。
例如，在语音通信中，我们不会传输连续的声音信号，而是对其进行采样和量化，将模拟的声音信号转换为数字形式。
通过合理的编码算法，可以去除那些人耳不太敏感的部分，从而在不影响语音质量的前提下减少数据量。
信道编码则是为了提高通信的可靠性。
由于移动通信环境复杂，信号在传输过程中容易受到各种干扰和衰减。
信道编码通过在原始信息中添加一些冗余信息，使得接收端能够检测和纠正传输过程中产生的错误。
常见的信道编码方式有卷积码、Turbo 码等。
接下来，我们再看看调制技术。
调制就像是给信息穿上不同的“外衣”，以便让它们能够在无线信道中顺利传输。
在移动通信中，常见的调制方式有幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）。
幅度调制是根据信息的变化改变载波的幅度；频率调制则是改变载波的频率；相位调制则是改变载波的相位。
而现代移动通信系统中，更广泛采用的是数字调制技术，如二进制相移键控（BPSK）、正交相移键控（QPSK）、正交幅度调制（QAM）等。
以 QPSK 为例，它将信息编码为四个不同的相位状态，每个相位状态代表两个比特的信息。
这样，在相同的带宽下，能够传输更多的信息。
QAM 则更进一步，它同时改变载波的幅度和相位，从而可以在一个符号中传输更多的比特。
例如 16QAM 可以在一个符号中传输 4 比特的信息。
编码与调制技术的选择并非是孤立的，而是需要根据具体的通信需求和系统条件来综合考虑。
第3章编码及调制技术
码的检错、纠错能力与最小码距dmin的 关系分为以下三种情况: （1） 为检测e个错码，要求最小码距：
dmin≥e+1 （2） 为纠正t个错码， 要求最小码距：
dmin≥2t+1 （3） 为纠正t个错码，同时检测e个错码 ，要求最小码距：
dmin≥e+t+1 (e＞t)
· 码重是码组中非零元素的数量。
? 在移动信道中，数字信号传输常出现成串的突发差错 ，因此，数字化移动通信中经常使用交织编码技术。
? 接收端：经参量译码分出参量、G、Tp、u/v，以这些参 数作为合成语声信号的参量，最后将合成产生的数字化 语声信号经D／A变换还原为语声信号。
3.1.5 IS-95语音编码（CELP）
? CELP(Code Excited Linear Prediction ，码激励 线性预测编码 )是一种混合编码方式，也是近 10年 来最成功的语音编码算法。 CELP语音编码算法用 线性预测提取声道参数，用一个包含许多典型的激 励矢量的码本作为激励参数，每次编码时都在这个 码本中搜索一个最佳的激励矢量，这个激励矢量的 编码值就是这个序列的码本中的序号。
· 混合编码是近年来提出的一类新的语音编码技 术，它将波形编码和参量编码结合起来，力图保持 波形编码的高质量的优点以及参量编码的低速率的 优点。 如码激励线性预测编码（ CELP）。
· 混合编码是适合于数字移动通信的语音编码 技术。
3.1.2 语音编码技术的应用及发展
·语音编码技术首先应用于有线通信和保 密通信，其中最成熟的实用数字语音系统 是64kbit/s的PCM。这是一种典型的波形 编码技术，主要用于有线电话网，它的语 音质量好，可与模拟语音相比，达到网络 质量。
· 波 形 编 码 的 改 进 : 自 适 应 差 分 PCM （Adaptive Differential PCM，ADPCM）、 子带编码（ Sub-Band Coding，SBC）、 自 适 应 变 换 编 码 （ Adaptive Transform Coding，ATC ）、时域谐波压扩（ Time Domain Harmonic Scaling，TDHS）等。
(射频识别技术及应用)编码和调制
未来，射频识别技术将更加标准化，不同厂商的设备将能够更好地 互操作，提高整个系统的效率和可靠性。
物联网和智能制造的推动
随着物联网和智能制造的快速发展，射频识别技术将在物流、生产 制造等领域得到更广泛的应用，推动技术的进一步发展。
技术挑战与解决方案
01 02
信号干扰和噪声问题
在复杂的环境中，射频识别信号可能会受到其他信号的干扰和噪声的影 响，导致识别精度下降。解决方案包括采用更先进的信号处理技术和算 法，以及优化标签和读写器的设计。
隐私和安全问题
射频识别技术涉及到个人信息和隐私保护的问题。需要采取有效的安全 措施和技术手段，保护用户隐私和数据安全。
03
技术标准和规范不统一
目前射频识别技术的标准和规范还不够统一，导致不同厂商的设备互操
作性差。需要加强技术标准和规范的制定和推广，促进技术的标准化和
互操作性。
技术应用前景
1 2 3
天线用于传输射频信号，实现标签与 读写器之间的通信。
03
编码技术
编码方式
线性编码
将数据以线性方式编码成一系列的码元，每个码 元由若干位组成，代表不同的信息。
循环编码
将数据按照一定的循环规则进行编码，使得数据 在传输过程中具有一定的抗干扰能力。
哈希编码
将数据通过哈希函数转换成固定长度的哈希值， 用于快速查找和验证数据的完整性。
医疗器械管理
射频识别技术可以自动识别医疗器械的型号、规格和使用状态等信 息，方便管理。
药物管理
通过射频识别技术，可以自动识别药物的名称、剂量和使用方法等信 息，提高药物管理的准确性和安全性。
06
结论
技术发展前景
编码和调制技术的不断进步
《rfid原理及应用》第3章编码和调制
《RFID技术基础》
添加副标题
汇报人姓名
数据和信号
3 编码和调制
数字数据取离散值，为人们所熟悉的例子是文本或字符串。在射频识别应答器中存放的数据是数字数据 。
02
数据可定义为表意的实体，分为模拟数据和数字数据。模拟数据在某些时间间隔上取连续的值，例如，语音、温度、压力等。
01
*
数据和信号
3 编码和调制
*
3 编码和调制
脉冲调幅波
*
3 编码和调制
数字调制ASK方式的实现
国际标准ISO 14443的负载调制测试用的PICC电路
01
02
*
3 编码和调制
数字调制ASK方式的实现
国际标准ISO 14443的负载调制测试用的PICC电路
应答器谐振回路由线圈L和电容器CV1组成，其谐振电压经桥式整流器VD1~VD4整流，并用齐纳二极管VD5稳压在3 V左右。副载波信号（874 kHz）可通过跳线选择Cmod1或Rmod1进行负载调制。由曼彻斯特码或NRZ码进行ASK或BPSK副载波调制。
3 编码和调制
3 编码和调制
3 编码和调制
3 编码和调制
RFID中常用的编码方式及编解码器 密勒（Miller）码
密勒码编码规则
bit(i-1)
bit i
密勒码编码规则
×
1
bit i的起始位置不变化，中间位置跳变
0
0
bit i的起始位置跳变，中间位置不跳变
1
0
bit i的起始位置不跳变，中间位置不跳变
曼彻斯特（Manchester）码
02
*
3 编码和调制
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三. 调制
• 利用副载波的负载调制
* 实质是2次调制——先将信号调制到副载波上，再用 其对载波进行调制 * 对于RFID系统而言，副载波主要用在6.78/13.56/27 .125MHz的电感耦合系统中且是从标签到读写器的方向上， 其中的副载波通常是对工作频率分频产生的(如847kHz的副 载波是13.56MHz/16分频) * 采用ASK的副载波调制
一. 信号与信道
1.2 信道 • 信道是信号的传输媒质，将带有信息的信号从输入端传 递到输出端； • 信道的组成一旦确定其带宽也就确定了； • 数据传输速率是描述传输系统的重要技术指标之一，常 用单位有kb/s、Mb/s、Gb/s；
• 信道容量是反映信道信息传递能力的参数，这种能力与
信道的频带宽度(RFID主要选用微波频率)、信道工作时间、
编码方式应提供一定的检错能力
* 电子标签对时钟的提取——电子标签芯片中一般不含 时钟电路，需在读写器发来的码流中提取时钟
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三. 调制
• 使用调制的原因 * 工作频率越高天线尺寸越小——天线尺寸可以与工作 波长相比拟时其辐射更有效，而减小天线尺寸迎合了现代通 信对尺寸小型化的要求；
三. 调制
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三. 调制
补充：扩频通信用带宽换取信噪比的原理(扩频增益)
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三. 调制
• 数字基带信号含有丰富的低频分量需要调制以便和信道 的特性相匹配，同时调制方式也决定了一个通信系统的性能( 如误码率)； • RFID采用的是数字键控调制方式，如振幅键控、频移 键控、相移键控，其中的载波除了是信息的载体外还为无源 标签提供能量，这是RFID和其它通信系统不同的地方；
* 工作频率越高则可用带宽越宽——信道的相对带宽一
定时，工作频率越高则可用带宽越宽且带宽增加时能提高系
统的抗干扰和抗衰落能力，同时也能实现带宽和信噪比互换
和实现多路复用。
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三. 调制
补充：扩频通信抗窄带干扰的原理
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* 便于计算机存储和处理且易与互联网结合构成物联网
* 设备便于集成化和微型化
一. 信号与信道
• 在RFID中对信号频域的研究比对信号时域的分析更重 要，需要讨论信号的频率构成、带宽等参数； • 读写器和电子标签之间的工作方式可分为时序系统、全 双工系统和半双工系统；
一. 信号与信道
• 通信握手指读写器与电子标签在通信开始、结束或通信
第七章 编码与调制
读写器天线
读写器天线
自 由 空 间
电子标签天线
读写器 信息
编码
调制
读写器 射频前端
电子标签 射频前端
调制
解码
电子标签 信息
• 读写器与电子标签之间消息的传递是通过电信号来实 现的，以自由空间作为信道的无线电传输无法进行基带传输 ， 需要借助“编码”和“调制”来实现信息的传递； • 对于这样一个开放的无线系统，外界的各种干扰容易使
课本P145 图6.2 表6.1
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二. 编码
• 每种编码都有自身的优点和缺点，在一个RFID系统中要 分析多方面的因素来确定编码的方式： * 电子标签能量的来源——对于无源标签，所选码型应 保证不中断读写器对电子标签的能量供应(归零码不合适) * 电子标签的检错能力——为保证系统工作的可靠性，
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三. 调制
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பைடு நூலகம்
据目的的不同可分为信源编码、信道编码和保密编码： * 信源编码的主要任务是A/D转换和数据压缩 * 信道编码包括为适应信道条件、提高通信可靠性而进 行的编码 * 保密编码是为了使信息在传输过程中不易被人窃译而 进行的编码
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二. 编码
• RFID常用的编码方法(属于信道编码中适应信道的情况)：
过程中的基本沟通，主要用于解决通信双方的工作状态、数
据同步、信息确认等问题： * 优先通信——无源系统都是读写器先讲，而有源系统 则都有可能 * 数据同步——双方协同位速率 * 由于时间是制约速度的主要因素，故RFID通信协议常 采用“自动连续重发”
一. 信号与信道
补充：TCP连接的三次握手过程
1 发送SYN消息 (SEQ=100 CTL=SYN) 2 收到SYN消息并发送SYN和ACK消息 (SEQ=300 ACK=101 CTL=SYN、ACK) 注：SYN表示同步序列号 3 收到SYN消息 (SEQ=101 ACK= 301 CTL=ACK)
信道中的信噪比有关。
二. 编码
信 息 源
信 源 编 码 器
信 道 编 码 器
数 字 调 制 器
信 道
数 字 解 调 器
信 道 译 码 器
信 源 译 码 器
受 信 者
噪声源
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二. 编码
• 编码是为了达到某种目的而对信号进行的一种变换，根
得传输产生错误，同时数据也容易被外界窃取，因此需要数
据校验和保密措施。
一. 信号与信道
1.1 信号 • 信号是消息的载体，在通信系统中信息是以电信号的形 式从一点被传送到另一点的； • RFID系统主要使用数字信号： * 信号的完整性——数字信号易于接收端校验，便于信 号保持完整性
* 信号的安全性——数字信号易于加密和解密