第七章 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。
无线调制与编码__第七章new
3. 上述结论的简单印证 ● 原始非递归非系统码 (2,1,v),生成多项式
g0 D g1 D
其输入序列为 d 见图(a)
●
等效递归系统码 反馈多项式 1-g0 D 前馈多项式依然为 g1 D 见图 ( b )
由于 d =d c0
则 d d c0 d d 1 g0 D g0 D d
再指数式增长
5. 一般(n , k , v)码网格图
★ 从起始经v 个输入 周期后进入稳态 ★ 有 2k 个分枝离开每 个节点 ★ 稳态时,有 2k 个分
枝会聚于每个节点 ★ 稳态时,每网段有 k v 1 2 个节点 ★ 稳态时,每网段总 共有 2kv 个分枝 ★ 每个分枝标有n 个码 符号
其中 Gi ( i 0,1,2 成矩阵得到
v - 1) 为 k×n 矩阵,可通过生
●
由生成矩阵求 Gi
Gn1 ( D)
G( D) G0 ( D) G1 ( D)
Gi ( i 0,1,2
v - 1) 中的第 j 列取自 G j ( D )中 D i
系数构成的列矢量
§7.1.3 递归系统编码器 1.卷积编码器结构 ● 一般结构-与FIR 数字滤波器类似
●
递归结构-包含反馈与IIR 数字滤波器类似
2. 示例 (2,1,v)递归系统编码器
所示码为系统码 输出的一个符号直接来自输入 ● 两个加权和: 一个作为第二个输出符号,另一个被反馈 至输入端与移存器输入相加 ★ 可以证明,对任一非递归、非系统码,有 一个递归系统码在如下意义下与其等效: 产生完全相同的码序列,虽然是由不同的 数据序列
★ 可用有限状态机(FSM)描述
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。
THANKS
感谢观看
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
第7章 信道编码与调制技术new
最小码距与检错纠错能力间的关系
7.1 常用术语
l A e
检错e
l B d0 A t d0
纠错t
B
t
e
A t d0 t
纠错t + 检错e
B
7.2
差错控制原理及信道编码的分类
7.2.1 信道编码的作用
7.2.2 信道模型
7.2.3 差错控制编码的方式 7.2.4 纠错码的分类
7.2.1 信道编码的作用
7.2.1 信道编码的作用
信道编码的一般要求
其中,最主要的可概括为两点:其一,附加 一些数据信息以实现最大的检错纠错能力,这就 涉及到差错控制编码原理和特性。其二,数据流 的频谱特性适应传输通道的通频带特性,以求信 号能量经由通道传输时损失最小,因此有利于载 波噪声比(载噪比,C/N)高,发生误码的可能性 小。
传输 通道
数字 声音
附加 数据
加性噪声 干扰、多径
附加 数据
数字 声音
信源编码的目的是提高信源的效率,去除冗余度,但在信
源编码的过程中,并未涉及到符号的波形,即承载信息的符号
必须转变成具体的波形才能在信道中传输。但并不是所有的波 形都适合在信道中传输,因为不同的波形有不同的频率特性。
一般的传输通道的传输带宽总是有限的,超过此界限就不能进
生错误,并最大程度的改正传输中出现的错误。
波形编码+差错控制编码--信道编码。
数字电视为什么采用信源编码和信道编码?
信源编码:提高有限带宽的利用率; ※预测编码 ※统计编码 ※JPEG编码 ※MPEG编码……..
信道编码: 提高传输可靠性,使传输的图像信号适应传输信道对 频率特性的要求,抑制信道噪声对信号的干扰。 由于数字信号具有很复杂的频率成分,频率特性也很不相 同,直接传输会产生误码,降低可靠性。信道编码就是针对这 种情况而提出的。 ※伪随机序列进行扰码 ※奇偶校验码 ※卷积交织码 ※里德-所罗门码……..
第7讲 数据编码与调制技术讲解
2、量化
使连续模拟信号变为时间轴上的离散值
7 6 5 4 3 2 1 0
3、编码
将离散值变成一定位数的二进制码
练习6
一个数字化语音系统,将声音分为128个量化 级,用一位比特进行差错控制,采样频率为 8000次/s,则一路话音的数据传输率?
(1)128个量化级,表示的二进位制位数为7 位,加一位差错控制,则每个采样值用8位表
1、不归零码(NRZ)
二进制数字0、1分别用两种电平来表示;常用- 5V表示1,+5V表示0;
缺点:
存在直流分量,损坏连接点的表面电镀层,传 输中不能有变压器或电容;
不具备自同步机制,传输时必须使用外同步。
2、曼彻斯特编码
每一位的中间有一跳变,位中间的跳变既作时 钟信号,又作数据信号;从高到低跳变表示 “1”,从低到高跳变表示“0”
0100010110
NRZ
Differential Manchester
练习4
画出数字信号01011001的Manchester和Differential Manchester编码0 。 1 0 1 1 0 0 1
数字信号
Manchester
Difference Manchester
练习5
在Manchester coding 编码中信息速率与码元速 率有什么关系?
信息速率是码元速率的1/2 因些需要双倍的传输带宽
三ห้องสมุดไป่ตู้模拟数据的数字信号传输
模拟数据的数字化主要通过脉冲码调制技术( Pulse Code Modulation, PCM)来实现。
PCM工作包括采样、量化及编码三部分操作。 ⑴.采样:采样是在一定的时间间隔内,将模拟信号
数字电视编码与调制
DVB卷积编码器
• 约束长度K=7;码率1/2、2/3、3/4、5/6、7/8; • 以1/2码率编码器为基础组成; • 输出对应载波调制的I、Q分量。
D
DD
D
DD
输入数据
X
凿孔
电路
产生 不同 码率
Y
网格编码(TCM编码)
• 网格编码将信道纠错和调制处理结合,寻求适应 两者的编码,达到纠错最佳。
LDPC码率
1/4 1/3 2/5 1/2 3/5 2/3 3/4 4/5 5/6 8/9 9/10
编码前比特数
16200 21600 25920 32400 38880 43200 48600 51840 54000 57600 58320
编码后比特数
64800 64800 64800 64800 64800 64800 64800 64800 64800 64800 64800
=
7.62
数字调制
• 数字调制是将数字符号转换成适合信道传输特性 的波形的过程。
• 载波信号三个特征分量:幅度、频率和相位。 • 幅度调制:幅移键控 ASK 、 • 频率调制:频移键控FSK • 相位调制:相移键控PSK • 联合调制, 正交幅度调制QAM
s(t ) = A(t ) cos[ω c t + φ (t )] = A(t ) cosφ (t ) cos ω c t − A(t ) sin φ (t ) sin ω c t
Z1
011
Hale Waihona Puke -1100+1
101
+3
Z0
110
+5
111
+7
8 电平符号映射
数据的编码与调制
数据的编码与调制如前所述,网络中的通信信道可以分为模拟信道和数字信道,分别用于传输模拟信号和数字信号,而依赖于信道传输的数据也分为模拟数据与数字数据两类。
为了正确地传输数据,必须对原始数据进行相应的编码或调制,将原始数据变成与信道传输特性相匹配的数字信号或模拟信号后,才能送入信道传输。
如图6-20所示,数字数据经过数字编码后可以变成数字信号,经过数字调制(ASK、FSK、PSK)后可以成为模拟信号;而模拟数据经过脉冲编码调制(PCM)后可以变成数字信号,经过模拟调制(AM、FM、PM)后可以成为与模拟信道传输特性相匹配的模拟信号。
图6-20 数据的编码与调制示意图6.3.1 数字数据的数字信号编码利用数字通信信道直接传输数字信号的方法,称作数字信号的基带传输。
而基带传输需要解决的两个问题是数字数据的数字信号编码方式及收发双方之间的信号同步。
在数字基带传输中,最常见的数据信号编码方式有不归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码3种。
以数字数据011101001为例,采用这3种编码方式后,它的编码波形如图6-21所示。
1.不归零码(NRZ,Non-Return to Zero)NRZ码可以用低电平表示逻辑“0”,用高电平表示逻辑“1”。
并且在发送NRZ码的同时,必须传送一个同步信号,以保持收发双方的时钟同步。
2.曼彻斯特编码(Manchester)曼彻斯特编码的特点是每一位二进制信号的中间都有跳变,若从低电平跳变到高电平,就表示数字信号“1”;若从高电平跳变到低电平,就表示数字信号“0”。
曼彻斯特编码的原则是:将每个比特的周期T分为前T/2和后T/2,前T/2取反码,后T/2取原码。
曼彻斯特编码的优点是每一个比特中间的跳变可以作为接收端的时钟信号,以保持接收端和发送端之间的同步。
3.差分曼彻斯特编码(Difference Manchester)差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进,其特点是每比特的值要根据其开始边界是否发生电平跳变来决定,若一个比特开始处出现跳变则表示“0”,不出现跳变则表示“1”,每一位二进制信号中间的跳变仅用做同步信号。
信源编码信道编码与调制
信道编码:为了保证通信系统的传输可靠性,克服信道中的噪声和干扰的。它根据一定的(监 督)规律在待发送的信息码元中(人为的)加入一些必要的(监督)码元,在接受端利用这 些监督码元与信息码元之间的监督规律,发现和纠正差错,以提高信息码元传输的可靠性。 信道编码的目的是试图以最少的监督码元为代价,以换取最大程度的可靠性的提高。
搜集的例子: 信源编码信号:例如语音信号(频率范围 300-3400Hz)、图象信号(频率范围 0-6MHz)……
基带信号(基带:信号的频率从零频附近开始)。在发送端把连续消息变换成原始电信号, 这种变换由信源来完成。 信道编码信号:例如二进制信号、2PSK 信号……已调信号(也叫带通信号、频带信号)。 这种信号有两个基本特征:一是携带信息;二是适应在信道中传输,把基带信号变换成适合 在信道中传输的信号,完成这样的变换是调制器。
信源编码很好理解,比如你要发送一个图形,必须把这个图像转成 0101 的编码,这就是信 源编码。这里面有很多的方法来实现,就去查资料吧。
信道编码是针对无线信道的干扰太多,把你要传送的数据加上些信息,来纠正信道的干扰。 比如,发端直接发 000 001 010 011 100 101 110 1这118 种码字,如果其中有 一个段向高频段的搬移。 以 TD-SCDMA 为例,进行数据调制并扩频加扰后数据为 1.28Mcps 的速率,进行射频调制 后数据搬移到工作频段上,比如 2010.8MHz。
1,ISI, 码间干扰是不准确的说法,准确的说是符号间干扰 (inter-symbol-interference),如果是在 CDMA 你还可以认为一个码片(chip)是一 个符号(symbol),而 OFDM 里只有符号的概念. 2,一个 OFDM 符号干扰另外一个符号是因为它的尾巴扫到了别人家的头.拖尾可 以认为是多径时延造成的. 3,如果我的头不是真正的头,而是尾巴的复制,那么你的尾巴就不会干扰到我的头, 这种理解,可以认为 CP 的效果等效于保护时间(guard time). 4,如果没有 CP,只有保护时间,那么 ISI也是可以避免的,所以 CP 的作用不仅仅在 于避免 ISI,还在于它巧妙利用了 FFT 把自己变成了循环卷积的方式,同时也避免 了 ICI. 所以说 CP 的作用 既避免了 isi 也避免了 ICI
编码和调制
编码和调制目录信道信道的分类信道上传送的信号基带信号宽带信号编码与调制的概念数字数据编码为数字信号非归零编码(NRZ)曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码归零编码(RZ)反向不归零编码(NRZI)4B/5B编码数字数据调制为模拟信号模拟数据编码为数字信号信道信号的传输媒介。
一般用来表示向某一个方向传输信息的介质,因此一条通信线路往往包含一条发射信道和一条接收信道。
信道的分类信道由其传输的信号可以分为模拟信道和数字信道,其中模拟信道用于传输模拟信号,数字信道用于传输数字信号,由传输介质可分为无线信道和有线信道。
信道上传送的信号基带信号将数字0、1用两种不同的电压表示,再送到数字信道上去传输(基带传输)。
宽带信号将基带信号进行调制后形成频分复用模拟信号,再送模拟信道上传输(宽带传输)。
编码与调制的概念将数据转化为数字信号的过程称为编码。
将数据转化为模拟信号的过程称为调制。
数字数据编码为数字信号非归零编码(NRZ)编码方式:高1低0编码特点:编码容易实现,但没有检错功能,且无法判别一个码元的开始和结束,以至于收发双方难以保持同步。
曼彻斯特编码编码方式:将一个码元分成两个相等的间隔,前低后高表示1,前高后低表示0,也可以采用相反的规定。
编码特点:能实现时钟自同步,数据的传输速率只有调制速率的1/2。
差分曼彻斯特编码编码方式:常用于局域网传输,其规则是:若码元为一则前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相同,若为零,则相反。
0不变1变。
编码特点:抗干扰能力强于曼彻斯特编码,可实现自同步。
归零编码(RZ)编码方式:信号电平在一个码元之内都要恢复到零。
编码特点:处于低电平的状态较多。
反向不归零编码(NRZI)编码方式:信号电平翻转表示0,信号电平不变表示1。
编码特点:全1时难以同步。
4B/5B编码编码方式:用5bit的数据编码表示4bit的数据,只采用16种对应16种不同的4位编码,其余16种作为控制码或保留。
数据的编码与调制汇总课件
调制的基本原理
调制定义
调制是一种将低频信号转化为高 频信号的过程,使得高频信号能
够以更有效的方式进行传输。
调制目的
调制的主要目的是在有限的频带范 围内传输更多的信息,同时减少干 扰和噪声的影响。
调制方法分类
调制方法可以分为线性调制和非线 性调制,线性调制包括幅度调制和 频率调制,非线性调制包括相位调 制和频率偏移调制等。
数据的编码与调制汇总课件
目 录
• 数据编码部分 • 数据调制部分 • 数据编码与调制的关联 • 数据编码与调制的应用 • 数据编码与调制的未来趋势
01
数据编码部分
数据的概念及重要性
数据是信息的载体,是人们用 来描述客观事物的符号记录。
数据对于决策者、管者和研 究者具有重要意义,可以反映 出现状、趋势和规律等有用信 息。
04
数据编码与调制的应用
QPSK和QAM数字调制技术
要点一
QPSK(Quadrature Phase Shift…
QPSK是一种常见的数字调制技术,它使用四个不同的相位 表示二进制数据,具有较高的频谱效率和抗噪声性能。
要点二
QAM(Quadrature Amplitude Mo…
QAM是一种结合了幅度调制和相位调制的数字调制技术, 它可以在有限的频带内传输更高速率的数据,具有更高的 频谱效率和抗干扰性能。
数据链路层是OSI参考模型中的第二层,主要负责数据的可靠传输和错误控制。在这一层中,编码与调制技术对 于数据的传输效率和可靠性至关重要。
常见的数据链路层编码与调制技术
1. 差错控制编码(Error Control Coding):用于检测和纠正数据传输中的错误;2. 交织与去交织( Interleaving and Deinterleaving):用于改善数据传输的可靠性和稳定性;3. 数字调制(Digital Modulation ):如QPSK和QAM等数字调制技术,用于提高频谱效率和抗噪声性能。
编码及调制
2. 量化 采样后得到的样本模拟信号的数值, 这些 样本必须量化为离散值, 离散值的个数决 定了量化的精度。 图2-8(a)中我们把量化 的等级N分为16级,二进制位数是:log2N =4。
3. 编码
把量化后的样本值变成相应的二进制代码. 按照图2-8(b) 的编码方案, 我们得到相应的二进制代码序列, 其中每个 二进制代码都可用一个脉冲串(4位)来表示。 这4位一组 的脉冲序列就代表了经PCM编码的原模拟信号。
图 2-8 脉冲编码调制 (a) 量比 (b) 编码
霍夫曼(Huffman)编码
数据传输速率,还可采用多相调制的方法。
四相相移键控
2.5.2 模拟信号的调制
模拟信息基带信息频率低,不宜直接在信道中传 输,需要进行调制,将信号搬移到合适的传输频率范 围,接收端将收到的已调信号在搬回原来信号的频率 范围,恢复成原来信息。
调幅-AM 调频-FM 调相-PM
--带宽有限
--信号频率低
--不能实现远距离传输
宽带传输
通过调制技术对原始数字信号进行一定形 式的调制后在进行传输,以实现信息的远距 离传送。
2.5.1 数字数据的调制
这种编码技术是将数字信号调制成适 合信道传输的模拟信号。它的基本思想是 用数字信号来调制具有一定频率或振幅或 相位的载波,使已调信号能通过有限带宽 的信道传输。
况下,用振幅恒定载波的存在与否来表示0和1
两个二进制值。 • FSK(Frequency Shift Keying)是用载波频率附 近的两个不同频率来表示0和1两个二进制值。 • PSK(Phase Shift Keying)是用载波信号的相位 移动来表示二进制数据,如令代表0;代表1。
编码和调制技术
Chapter 5 Data Encoding
编码和调制技术
g(t) Encoder
数字或 模拟
x(t) Decoder 数字
g(t)
x(t)
t s(f) m(t)
Modulator 数字或 模拟
s(t)
Demodulator
m(t) fc f
编码名称编码规则不归零码nonreturntozerolevelnrzl高电平反向不归零码nonreturnzeroinvertednrzi间隔起始处有变化双极ami码正或负电平每一连续的1交变伪三元码无信号manchester编码manchester编码间隔的中央处总有变化间隔起始处无变化b8zs编码除了任何八个零的串被一有两个违例码的串替代以外其余类似ami编码hdb3编码除了任何四个零的串被一有一个违例码的串替代以外其余类似ami编码编码方法nonreturnzerolevelnrzltwodifferentvoltagesbitsvoltageconstantduringbitintervaltransitionie
Comparison of Encoding Schemes (1)
Signal Spectrum
ִLack of high frequencies reduces required bandwidth ִLack of dc component allows ac coupling via transformer, providing isolation ִConcentrate power in the middle of the bandwidth
Clocking
ִSynchronizing transmitter and receiver ִExternal clock ִSync mechanism based on signal
移动通信的编码与调制技术
2、移动通信的信道编码技术
奇偶校验码 重复码 循环冗余校验码 卷积码
交织
奇偶校验码
把信源编码后的信息数据流分成等长码组,在每一信息码 组之后加入一位(1比特)校验码元作为“奇偶检验位”, 使得总码长n(中的码重为偶数(称为偶校验码)或为奇数 (称为奇校验码)。如果在传输过程中任何一个码组发生一 位(或奇数位)错误,则收到的码组必然不再符合奇偶校验 的规律,因此可以发现误码。
1.2 移动通信的调制解调技术
语音编码技术把它变换为0与1的二值信息。发信端发送的信息 是0与1的组合,即基带信号.
1.2 移动通信的调制解调技术
进行无线传输时,因基带信号本身频率很低,故不能照搬原样 以电波形式发射出去,即使作为电波发射时,有两处以上同时发射 就会相互干扰无法进行通信。
为了以电波形式发射信号,需要把基带信号变为高频正弦波 信号,这种处理方法称为调制。通过调制把基带信号能量的大部 分转移到正弦高频分量上,以电波形式发射出去。另外,如果每个 发信机正弦波的频率不同,即使多个发信机同时发射信号,接收方 也不会有干扰。
移动通信技术
移动通信技术
1.1 移动通信的编码技术
编码技术
信源编码: 把经过采样和
量化后的模拟信号 变换成为数字脉冲 信号的过程,称为 信源编码。 (以语 音编码为主)
信道编码: 收发双方通过
一定的信道收发信 息时采用的双方协 议的编码方式,以 便保证传输信息的 完整性、可靠性和 安全性。
1、 移动通信的语音编码技术
2、移动通信的信道编码技术
奇偶校验码 重复码
循环冗余校验码 卷积码 交织
交织
在发送端,编码序列在送入信道传输之前先通过一个“交织寄 存器矩阵”。将输入序列逐行存入寄存器矩阵,存满以后,按 列的次序取出,再送入传输信道。
编码与调制总结
《通信工程专业研究方法论与创新教育》结课论文编码与调制姓名学号指导老师编码与调制交大没有笨学生,只有懒学生。
编码的核心是频谱的整形,调制的核心是频带的搬移。
用数字信号承载数字或模拟数据叫做编码。
编码的码型有很多种,包括:二进制码、不归零码、不归零反转码、单极性非归零码、双极性非归零码、归零码、单极性归零码、双极性归零码、曼切斯特码、差分曼彻斯特编码、AMI编码、HDB3编码、B3ZS编码、B8ZS编码、CMI编码、4B/5B编码、5B/6B编码、MLT-3编码、8B/10B编码、8B/6T编码、64B/66B编码、128B/130B编码和PAM-5编码。
A. 二进制码最普通且最容易的方法是用两个不同的电压值来表示两个二进制值。
用无电压(或负电压)表示0,而正电压表示1。
优点:技术实现简单,计算机是由逻辑电路组成,逻辑电路通常只有两个状态,开关的接通与断开,这两种状态正好可以用“1”和“0”表示;简化运算规则:两个二进制数和、积运算组合各有三种,运算规则简单,有利于简化计算机内部结构,提高运算速度;适合逻辑运算:逻辑代数是逻辑运算的理论依据,二进制只有两个数码,正好与逻辑代数中的“真”和“假”相吻合;易于进行转换,二进制与十进制数易于互相转换;用二进制表示数据具有抗干扰能力强,可靠性高等优点。
因为每位数据只有高低两个状态,当受到一定程度的干扰时,仍能可靠地分辨出它是高还是低;一位二进制代码叫做一个码元,它有0和1两种状态.N个码元可以有2^n种不同的组合;每种组合称为一个码字.用不同码字表示各种各样的信息,就是二进制编码.B. 非归零码(NRZ编码)不归零编码效率是最高编码。
光接口STM-NO、1000Base-SX、1000Base-LX采用此码型。
NRZ是一种很简单的编码方式,用0电位和1点位分别二进制的“0”和“1”,编码后速率不变,有很明显的直流成份,不适合电接口传输。
不归零码缺点:存在直流分量,传输中不能使用变压器,不具备自动同步机制,传输时必须使用外同步。
调制与编码策略
调制与编码策略调制和编码是数字通信中不可或缺的环节。
调制将信息转换为适合传输的形式,而编码则在传输中保证信息的准确性和可靠性。
它们在现代通信技术中的应用对于实现高效、可靠的通信至关重要。
调制是将数字信号转换为模拟信号或改变信号的某些特性,以便在通信中传输。
主要有以下几种调制方式:1.振幅调制(Amplitude Modulation,AM):通过改变信号的振幅来传递信息。
AM广泛应用于广播和短波通信。
2.频率调制(Frequency Modulation,FM):3.通过改变信号的频率来传递信息。
FM常用于广播和音频信号传输。
3.相位调制(Phase Modulation,PM):通过改变信号的相位来传递信息。
PM在一些数字通信系统中使用。
4.正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM):结合振幅和相位的调制方式,常用于数字通信系统,提高信道利用率。
编码(Coding):编码是将信息转换为特定的形式,以便在传输或存储中使用。
在数字通信中,编码通常是将数字信号映射为符号序列。
主要的编码策略包括:1.脉冲编码调制(Pulse Code Modulation,PCM):将模拟信号转换为数字信号的编码方式,常用于音频信号的数字化。
2.差分编码(Differential Coding):通过编码相邻样本之间的差异,减少数据传输中的冗余信息。
3.哈夫曼编码(Huffman Coding):通过变长编码方式对不同符号进行编码,以减少整体传输数据量。
4.循环冗余检测(Cyclic Redundancy Check,CRC):在数字通信中用于检测数据传输中的错误,通过添加冗余信息实现。
5.卷积码(Convolutional Coding):通过在数据流中引入冗余信息,提高数据传输的可靠性。
第七章 编码与调制
7.3 差错控制编码(信道编码)
2.许用码组与禁用码组
若码组中的码元数位为n,在二元码的情况下,总码组数位2n个。 其中被传输的信息码组为2k个,称为许用码组,其余的2n−2k个码组 不予传输,称为禁用码组。寻求某种规则从总码组中选出许用码组 是发送端编码的主要任务,而接收端解码的任务是利用相应的规则 来判断及校正收到的码字符合许用码组。
7.2 RFID信源编码方法
2.曼彻斯特编码
曼彻斯特编码也称为分相编码,某位的值由半个位周期(50%) 的电平变化(上升/下降)来表示。在半个位周期时的负跳变(即电 平由1变为0)表示二进制“1”,正跳变表示二进制“0”。 在采用副载波的副载调制或者反向散射调制时,曼彻斯特编码 通常用于从电子标签到读写器方向的数据传输,这有利于发现数据 传输的错误。比如,当多个电子标签同时发送的数据位有不同值时, 接收的上升边和下降边互相抵消,导致在整个位长度副载波信号是 不跳变的,但由于该状态是不允许的,所以读写器利用该错误就可 以判定碰撞发生的具体位臵。 曼彻斯特编码是一种自同步的编码方式,其时钟同步信号隐藏 在数据波形中。在曼彻斯特编码中,每一位的中间跳变既可作为时 钟信号,又可作为数据信号,因此具有自同步能力和良好的抗干扰 性能。
编码与调制——第7章 网格编码调制
29
7.4 TCM应用
Viterbi译码
图7-14 V.32标准维特比译码过程的部分网格图
30
1272集合分割关于状态转移与信号子集之间的对应关系ungerbeoeck提出了3条准则对于从同一状态出发或者到达同一状态的转移应该指定具有最大欧氏距离分割的子集如果存在并行状态转移应该指定具有最大欧氏距离分割的信号点网格图上的并行转移包含了一个或者多个未编码的信息比特所有信号点的使用是等概的即以同样的频度使用13第七章网格编码调制71网格编码调制的基本理论72集合分割73网格编码调制的表示74tcm的应用1473网格编码调制的表示ungerboeck码编码原理如果在时刻i信源符号的取值可能有个那么其到编码器的输入端的序列就可以k个二进制序列来表示
26
27
7.4 TCM应用
v.32协议的TCM译码 TCM的译码过程是估计接收到的码字序列在格图上的路径, 因此这刚好和编码过程相反,其核心就是卷积码的译码,下 面我们就以viterbi算法为基础介绍它的译码过程:首先对译 码输入的低三位比特 Y 0'n Y 1'n Y 2'n 组成的子组进行Viterbi译码 (类似前面章节介绍的卷积码的译码);然后再把译码所得 到的结果 Y 1''n Y 2''n 进行差分译码,得到 Q1'n Q 2'n ;最后把译码 输入的高两位和差分译码的结果一起输出,即 ' ' ' ' 有 Q1n Q 2n Q3n Q 4n ,就完成了对一个输入码组的译码。
11000
11111
表7-2 v.32TCM方案5位输出比特和星座图的对应关系
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7.4 TCM应用
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7.1 RFID系统的通信过程
在RFID系统中,读写器和电子标签之间的数据传输方式与基本 的数字通信系统结构类似。读写器与电子标签之间的数据传输是双 向,这里以读写器向电子标签传输数据为例说明其通信过程。读写 器中信号经过信号编码、调制器及传输介质(无线信道),以及电 子标签中的解调器和信号译码等处理,如图所示。
第七章 编码与调制
RFID系统的核心功能是实现读写器与电子标签之间 的信息传输。以读写器向电子标签的数据传输为例,被 传输的信息分别需要经过读写器中的信号编码、调制, 然后经过传输介质(无线信道),以及电子标签中的解 调和信号解码。本章将具体介绍RFID系统常用的编码和 调制方法。
7.1 RFID系统的通信过程
注:ISO14443 TYPE B协议中电子标签和阅读器传递数据时均采用NRZ
7.2 RFID信源编码方法
2、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:
7.3 差错控制编码(信道编码)
只有当馈送到天线上的信号波长和天线的尺寸可以相比拟时,天
线才能有效地辐射或接收电磁波。波长λ和频率f的关系为
8 c= 3 10m/s
c/ f
7.1 RFID系统的通信过程
如果信号的频率太低,则无法产生迅速变化的电场和磁场,同时它们的 波长又太大,如20 000 Hz频率下波长仍为15 000 m,实际中是不可能架设 这么长的天线。因此,要把信号传输出去,必须提高频率,缩短波长。常用 的一种方法是将信号“搭乘”在高频载波上,即高频调制,借助于高频电磁 波将低频信号发射出去。 3)信道复用 一般每个需要传输的信号占用的带宽都小于信道带宽,因此,一个信道 可由多个信号共享。但是未经调制的信号很多都处于同一频率范围内,接收 端难以正确识别,一种解决方法是将多个基带信号分别搬移到不同的载频处, 从而实现在一个信道里同时传输许多信号,提高信道利用率。
1、反向不归零编码(NRZ,Non Return Zero)
反向不归零编码用高电平表示二进制“1”,低电平表示二进制“0”, 如下图所示:
a) b) c)
d)
此码型不宜传输,有以下原因 有直流,一般信道难于传输零频附近的频率分量; 接收端判决门限与信号功率有关,不方便使用; 不能直接用来提取位同步信号,因为NRZ中不含有位同步信号频率 成分; 要求传输线有一根接地。
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
a b c d e Z Z X X Y X Y Z Y 0 0 1 1 0
13.56MHz
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
1 0 0
相邻多个或更多 起始用时 直接与起始位 通信结束用逻 注:由于负脉冲的时间很短,可以保证在数据传输的过程中从高频场中连 0,则从第二格 0 序Z 相连的0用时 辑0加时序 Y 续给电子标签提供能量。变形米勒编码在电感耦合的射频识别系统中用于 开始用时序Z 序Z 从读写器到电子标签的数据传输。
RFID系统通信结构框图(以读写器向电子标签发送数据为例)
7.1 RFID系统的通信过程
1.解码与编码 信号编码的作用是对发送端要传输的信息进行编码,使传输信号与信 道相匹配,防止信息受到干扰或发生碰撞。根据编码目的不同,可分为信 源编码和信道编码。 1)信源编码与信源解码 信源编码是对信源输出的信号进行变换,信源解码是信源编码的逆过 程。在RFID系统中,当电子标签是无源标签时,经常要求基带编码在每两 个相邻数据位元间具有跳变的特点,相邻数据间的码跳变不仅可以在连续 出现“0”时保证对电子标签的能量供应,且便于电子标签从接收码中提取 时钟信息。 2)信道编码与信道解码 信道编码是对信源编码器输出的信号进行再变换,目的是前向纠错, 是为了区分通路、适应信道条件以及提高通信可靠性而进行的编码。数字 信号在信道传输时会受到噪声等因素影响引起差错,为了减少差错,发送 端的信道编码器对信号码元按一定的规则加入保护成分(监督元),组成 抗干扰编码。接收端的信道编码器按相应的逆规则进行解码,从而发现或 纠正错误,提高传输可靠性。
注:ISO14443 TYPE A协议中电子标签向阅读器传递数据时采用曼彻斯特编码。 ISO18000-6 TYPE B 读写器向电子标签传递数据时采用的是曼彻斯特编码
7.2 RFID信源编码方法
射频卡1
1 0
??
0
1
??
1
0
??
1 1 10ຫໍສະໝຸດ 00射频卡2
读写器译码
7.2 RFID信源编码方法
3.密勒(Miller)编码 密勒编码规则:对于原始符号“1”,用码元起始不跳 变而中心点出现跳变来表示,即用10或01表示;对于原 始符号“0”,则分成单个“0”还是连续“0”予以不同的处 理,单个“0”时,保持“0”前的电平不变,即在码元边界 处电平不跳变,在码元中间点电平也不跳变对于连续两 个“0”,则使连续两个“0”的边界处发生电平跳变。
7.1 RFID系统的通信过程
2.调制与解调
调制器用于改变高频载波信号,使得载波信号的振幅、频率或相 位与要发送的基带信号相关。解调器的作用是解调获取到的信号, 以重现基带信号。信号需要调制的因素包括: 1)工作频率越高带宽越大 要使信号能量能以电场和磁场的形式向空中发射出去传向远方,
需要较高的振荡频率方能使电场和磁场迅速变化。 2)工作频率越高天线尺寸越小
(b)波形图示例
7.2 RFID信源编码方法
5、脉冲—间歇编码
对于脉冲—间歇编码来说,在下一脉冲前的暂停持续时间t表示二 进制“1”,而下一脉冲前的暂停持续时间2t则表示二进制“0”,如 下图所示。
图13 脉冲—间歇编码
这种编码方法在电感耦合的射频系统中用于从读写器到电子标签 的数据传输,由于脉冲转换时间很短,所以就可以在数据传输过 程中保证从读写器的高频场中连续给射频标签供给能量。
7.2 RFID信源编码方法
2、编码方式的选择要考虑电子标签的检错的能力 •出于保障系统可靠工作的需要,还必须在编码中提供数据 一级的校验保护,编码方式应该提供这种功能。可以根据 码型的变化来判断是否发生误码或有电子标签冲突发生。 •在实际的数据传输中,由于信道中干扰的存在,数据必然 会在传输过程中发生错误,这时要求信道编码能够提供一 定程度的检测错误的能力。 •曼彻斯特编码、差动双向编码、单极性归零编码具有较强 的编码检错能力。
注:ISO15693协议中,数据编码采用PPM
7.2 RFID信源编码方法
7、FM0编码
FM0(即Bi-Phase Space)编码的全称为双相间隔码 编码,工作原理是在一个位窗内采用电平变化来表示 逻辑。如果电平从位窗的起始处翻转,则表示逻辑 “1”。如果电平除了在位窗的起始处翻转,还在位窗 中间翻转则表示逻辑“0”。一个位窗的持续时间是 25μs。
7.2 RFID信源编码方法
4、修正密勒码
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”。 在上述时序说明中,fc为载波13.56MHz,pause凹槽脉冲的底宽为 0.5~3.0μs,90%幅度宽度不大于4.5μs。用这三种时序即可对帧进行 编码,即修正的密勒码。 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。
7.2 RFID信源编码方法
6、脉冲位臵编码(PPM,Pulse Position Modulation)
脉冲位臵编码与上述的脉冲间歇编码类似,不同的是,在脉冲位 臵编码中,每个数据比特的宽度是一致的。其中,脉冲在第一个 时间段表示“00”, 第二个时间段表示“01”, 第三个时间段表示“10”, 第四个时间段表示“11”, 如右图所示。
7.2 RFID信源编码方法
选择编码方法的考虑因素
1、编码方式的选择要考虑电子标签能量的来源 •在REID系统中使用的电子标签常常是无源的,而无源标签 需要在读写器的通信过程中获得自身的能量供应。为了保 证系统的正常工作,信道编码方式必须保证不能中断读写 器对电子标签的能量供应。 •在RFID系统中,当电子标签是无源标签时,经常要求基带 编码在每两个相邻数据位元间具有跳变的特点,这种相邻 数据间有跳变的码,不仅可以保证在连续出现“0”时对电 子标签的能量供应,而且便于电子标签从接收到的码中提 取时钟信息。
注:ISO18000-6 typeA 由标签向阅读器的数据发送采用FM0 编码
7.2 RFID信源编码方法
8、PIE编码
PIE(Pulse interval encoding) 编码的全称为脉冲宽度编码,原 理是通过定义脉冲下降沿之间的 不同时间宽度来表示数据。 在该标准的规定中,由阅读器发 往标签的数据帧由SOF(帧开始信 号)、EOF(帧结束信号)、数据 0和1组成。在标准中定义了一个 名称为“Tari”的时间间隔,也称 为基准时间间隔,该时间段为相 邻两个脉冲下降沿的时间宽度, 持续为25μs。 注:ISO18000-6 typeA 由阅读器向标签的数据发送采用PIE编码
注:在ISO/IEC 14443标准(近耦合非接触式IC卡标准),TYPE A中阅 读器向电子标签传递数据时采用修正密勒码方式对载波进行调制。