第4章采样编码与调制ppt课件

物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用第第4章章 编码与调制编码与调制点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用第4章 编码与调制点击1 RFID是一种系统，一种射频识别系统。典型的RFID系统主要由阅读器、电子标签、阅读器、电子标签、RFID中间件和应用系统软件中间件和应用系统软件4部分构成，一般我们把中间件和应用软件统称为应用系统。RFIDRFID系统构架系统构架图4-2 RFID的系统结构 RFID是一种系统，一种射频识别系统。典型的2 在实际在实际RFID解决方案中，不论是简单的解决方案中，不论是简单的RFID系统还是系统还是复杂的复杂的RFID系统都包含一些基本组件。系统都包含一些基本组件。组件分为硬件组件组件分为硬件组件和软件组件。和软件组件。RFIDRFID系统构架系统构架图4-3 射频识别系统基本组成 若从功能实现的角度观察，可将RFID系统分成边沿系统和软件系统两大部分，如图4-3示。这种观点同现代信息技术观点相吻合。边沿系统主要是完成信息感知，属于硬件组件部分；软件系统完成信息的处理和应用；通信设施负责整个RFID系统的信息传递。在实际RFID解决方案中，不论是简单的RFID31、电子标签电子标签 二、二、RFIDRFID系统构架系统构架图4-4 RFID系统构件标签 电子标签（Electronic Tag）也称也称应答器或智能标签（Smart Label），是一个微型的无线收发装置，主要由内置天线和芯片组成。电压调节器：把由标签阅读器送来的射频信号转换为直流电源，并经大电容储存能量，再经稳压电路以提供稳定的电源；调制器：逻辑控制电路送出的数据经调制电路调制后加载到天线送给阅读器；解调器：把载波去除以取出真正的调制信号；逻辑控制单元：用来译码阅读器送来的信号，并依其要求回送数据给阅读器；存储单元：包括EEPROM与ROM，作为系统运行及存放识别数据的位置。1、电子标签 二、RFID系统构架图4-4 RFID系统构42、读写器读写器 二、二、RFIDRFID系统构架系统构架图4-6 读写器组成示意图 读写器是一个捕捉和处理RFID标签数据的设备，它可以是单独的个体，也可以嵌入到其他系统之中。读写器也是构成RFID系统的重要部件之一，由于它能够将数据写到RFID标签中，因此称为读写器。读写器的硬件部分通常由收发机、微处理器、存储器、外部传感器/执行器，报警器的输入/输出接口、通信接口及电源等部件组成，如图4-6所示。2、读写器 二、RFID系统构架图4-6 读写器组成示意图53、控制器控制器二、二、RFIDRFID系统构架系统构架 控制器是读写器芯片有序工作的指挥中心，主要功能是：与应用系统软件进行通信；执行从应用系统软件发来的动作指令；控制与标签的通信过程；基带信号的编码与解码；执行防碰撞算法；对读写器和标签之间传送的数据进行加密和解密；进行读写器与电子标签之间的身份认证；对键盘、显示设备等其他外部设备的控制。其中，最重要的是对读写器芯片的控制操作。3、控制器二、RFID系统构架 控制器是读写器6通常，按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。l模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统。l可见，在模拟通信系统中，发送设备简化为调制器，接收设备简化为解调器，主要是强调在模拟通信系统中调制的重要作用。图4 模拟通信系统模型2、通信系统分类图4 模拟通信系统模型2、通信系统分类7数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。信源编码与译码目的：提高信息传输的有效性以及完成模/数转换；信道编码与译码目的：增强抗干扰能力；加密与解密目的：保证所传信息的安全；数字调制与解调目的：形成适合在信道中传输的带通信号；同步目的：使收发两端的信号在时间上保持步调一致。图5 数字通信系统模型数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。图5 数字8RFID系统常采用数字信号。其主要特点信号的完整性RFID采用非接触技术传递信息，容易遇到干扰，使信息传输发生改变。数字信号容易校验，并容易防碰撞，可以使信号保持完整性。信号的安全性RFID系统采用无线方式传递信息，开放的无线系统存在安全隐患。数字信号的加密和解密处理比模拟信号容易的多。便于存储、处理和交换数字信号的形式与计算机所用的信号一致，都是二进制代码。便于与计算机互联网，也便于计算机对数字信息进行存储、处理和交换，可使物联网的管理和维护实现自动化、智能化。RFID系统常采用数字信号。其主要特点9RFID系统的基本通信模型l按读写器到电子标签的数据传输方向，RFID系统的通信模型主要由读写器（发送器）中的信号编码（信号处理）和调制器（载波电路），传输介质（信道），以及电子标签（接收器）中的解调器（载波回路）和信号译码（信号处理）组成。l RFID系统最终要完成的功能是对数据的获取，这种在系统内的数据交换有两个方面的内容：RFID读写器向RFID电子标签方向的数据传输和RFID电子标签向RFID读写器方向的数据传输。3、RFID系统的基本通信模型RFID系统的基本通信模型按读写器到电子标签的数据传输方向，10l信号编码系统是对要传输的信息进行编码，以便传输信号能够尽可能最佳的与信道相匹配，防止信息干扰或发生碰撞。l调制器用于改变高频载波信号，即使得载波信号的振幅、频率或相位与调制的基带信号相关。l射频识别系统信道的传输介质为磁场（电感耦合）和电磁波（微波）。l解调器用于解调获取信号，以便再生基带信号。l信号译码系统是对从解调器传来的基带信号进行译码，恢复成原来的信息，并识别和纠正传输错误。信号编码系统是对要传输的信息进行编码，以便传输信号能够尽可能11物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用读写器与电子标签之间消息的传递是通过电信号实现的。读写器与电子标签之间消息的传递是通过电信号实现的。原始的电信号原始的电信号通常称为通常称为基带信号基带信号，有些信道可以直接传输基带信，有些信道可以直接传输基带信号，但号，但以自由空间作为信道的无线电传输却无法直接传递基带信以自由空间作为信道的无线电传输却无法直接传递基带信号号。将基带信号编码，然后变换成适合在信道中传输的信号，这。将基带信号编码，然后变换成适合在信道中传输的信号，这个过程称为个过程称为编码与调制编码与调制；在接收端进行反变换，然后进行解码，；在接收端进行反变换，然后进行解码，这个过程称为这个过程称为解调与解码解调与解码。调制以后的信号称为已调信号，它具。调制以后的信号称为已调信号，它具有两个基本特征，有两个基本特征，一个是携带有信息，一个是适合在信道中传输一个是携带有信息，一个是适合在信道中传输。点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用 读写器与电子标签之间消12物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用 点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用 点击此处结束放映13 信号与信道信号与信道4.1编码与调制编码与调制4.2RFID常用的编码方法常用的编码方法4.3RFID常用的调制方法常用的调制方法4.4物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用点点击此此处结束放映束放映 信号与信道4.1编码与调制4.2RFID常用的编码方法4.14物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用 信号与信道信号与信道4.1点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用 信号与信道4.1点击此15身份证号码：身份证号码：6 5 4 1 2 5 19940108 1811把用来表示信息的符号组合叫做信息的代码。把用来表示信息的符号组合叫做信息的代码。什么是信息的代码？什么是信息的代码？电话号码：电话号码：0898 5035000新疆伊犁地区新源县出生年月日序列号区号电话号码身份证号码：6 5 4 1 2 5 19940108 18116 信息编码就是采用某种原则或方法编制代码来表示信息；信息编码的根本目的是为了能对信息进行有效的处理，有时也是为了对信息加密，使其不为局外人所知。不同领域有着不同的信息编码原则和方法 信息编码就是采用某种原则或方法编制代码来表示信息17 计算机必须将所有信息数字化即转化成由计算机必须将所有信息数字化即转化成由“0”、“1”两个符号组成的二进制代码两个符号组成的二进制代码用二进制记数法对数值数据进行编码，这种用二进制记数法对数值数据进行编码，这种方法在计算机中信息的存储效率较高。例如：方法在计算机中信息的存储效率较高。例如：1、计算简单，只有、计算简单，只有0和和1两个数字。采两个数字。采 用逢二进一的进位规则用逢二进一的进位规则 2、“0”和和“1”刚好代表电路中的关开。刚好代表电路中的关开。著名科学家冯著名科学家冯诺依曼计算机内的数据和程序采用二进制代诺依曼计算机内的数据和程序采用二进制代码表示。电子计算机将所有输入的信息（数据、程序等）都码表示。电子计算机将所有输入的信息（数据、程序等）都转化为机器能识别和处理的二进制数字代码，由转化为机器能识别和处理的二进制数字代码，由“0”、“1”组成的代码叫组成的代码叫二进制代码二进制代码。计算机处理信息的原则著名科学家冯诺依曼计算机内的数据和程序18物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用4.1.1 信号信号信信号号是是消消息息的的载载体体，在在通通信信系系统统中中消消息息以以信信号号的的形形式式从从一一点点传传送送到到另另一一点点。信信号号分分为为模模拟拟信信号号和和数数字字信信号号，RFID系系统统主主要要处处理理的的是是数数字字信信号号。信信号号可可以以从从时时域域和和频频域域两两个个角角度度来来分分析析，在在RFID传传输输技技术术中中，对信号频域的研究比对信号时域的研究更重要。对信号频域的研究比对信号时域的研究更重要。点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用4.1.1 信号点击此处19物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用1.模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信息模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信息，其其信号的幅度、信号的幅度、频率频率或相位随时间作连续变化。或相位随时间作连续变化。数字信号是指数字信号是指幅度幅度的取值是的取值是离散离散的，的，幅值幅值表示被表示被限制在有限个数值之内。限制在有限个数值之内。EPC码码（二进制码）（二进制码）就是一就是一种数字信号种数字信号。点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用1.模拟信号和数字信号点20物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用数字信号较模拟信号有许多优点，数字信号较模拟信号有许多优点，RFID系统常系统常采用数字信号。采用数字信号。RFID系统数字信号的主要特点如下。系统数字信号的主要特点如下。（1）信号的完整性）信号的完整性（2）信号的安全性）信号的安全性（3）便于存储、处理和交换）便于存储、处理和交换（4）设备便于集成化、微型化）设备便于集成化、微型化（5）便于构成物联网）便于构成物联网点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用 数字信号较模拟信号有许21物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用2.时域和频域时域和频域时域的自变量是时间，时域表达信号随时间的变时域的自变量是时间，时域表达信号随时间的变化。频域的自变量是频率，频域表达信号随频率的变化。频域的自变量是频率，频域表达信号随频率的变化。化。在在RFID传输技术中，对信号频域的研究比对信号传输技术中，对信号频域的研究比对信号时域的研究更重要。时域的研究更重要。点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用2.时域和频域点击此处结22物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用3.信号工作方式信号工作方式 （1）时序系统）时序系统在时序系统中，从电子标签到读写器的信息传在时序系统中，从电子标签到读写器的信息传输是在电子标签能量供应间歇进行的输是在电子标签能量供应间歇进行的，读写器与电子，读写器与电子标签不同时发射，这种方式可以改善信号受干扰的状标签不同时发射，这种方式可以改善信号受干扰的状况，提高系统的工作距离。况，提高系统的工作距离。（2）全双工系统）全双工系统（3）半半双工系统双工系统点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用3.信号工作方式点击此处234、信号工作方式时序系统 电子标签和读写器的信息传输是在电子标签能量供应间歇进行的，读写器与电子标签不同时发射，这种方式可改善信号受干扰的状况，提高系统的工作距离。全双工系统 电子标签和读写器之间可以在同一时刻互相传送信息半双工系统 电子标签和读写器之间可以双向传送信息，但在同一时刻只能向一个方向传送信息发射能量，给电子标签充电读写器停止发射能量，电子标签工作，向读写器发送信号4、信号工作方式时序系统发射能量，给电子标签充电读写器停止发24方式FDX(全双工全双工)能量传输下传上传HDX(半双工半双工)能量传输下传上传SEQ(时序时序)能量传输下传上传下传：从读写器到标签的数据传输上传：从标签到读写器的数据传输1time25l全双工（FDX）l半双工（HDX）l时序（SEQ）RFID系统的工作方式系统的工作方式方式FDX(全双工)能量传输下传上传HDX(半双工)能量传输信道的定义和分类信道的定义和分类信道信道：以传输媒质为基础的信号通道。：以传输媒质为基础的信号通道。狭义信道狭义信道：仅指传输媒质。：仅指传输媒质。分为有线信道（明线、对称电缆、同轴电缆分为有线信道（明线、对称电缆、同轴电缆及光纤）和无线信道（地波传播、短波电离及光纤）和无线信道（地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、卫星中继、层反射、超短波或微波视距中继、卫星中继、散射及移动无线电信道）。散射及移动无线电信道）。信道的定义和分类信道：以传输媒质为基础的信号通道。26无线的频谱环境无线的频谱环境长波长波3030300 300 KHzKHz10-1km10-1km中波中波0.3-1.5 0.3-1.5 MHzMHz1000-200m1000-200m短波短波1.5-30 1.5-30 MHzMHz100-10m100-10m超短波超短波:米波米波30-300 30-300 MHzMHz10-1m10-1m微波：微波：分米波分米波0.30.33 3 GHz GHz 100-10cm100-10cm 厘米波厘米波3-30 3-30 GHz GHz 10-1cm10-1cm 毫米波毫米波30-300 30-300 GHz GHz 10-1mm10-1mm 亚毫米波亚毫米波300-3000 300-3000 GHzGHz1-0.1mm1-0.1mm光波：光波：红外光红外光3 3 10103 3-3 3 10105 5 GHz GHz 100-1100-1 m m 可见光可见光3 3 10105 5-3 3 10106 6 GHz GHz 0.8-0.40.8-0.4 m m无线传播环境的复杂性：天波（电离层、对流层）、地波（直射、反射、绕射）无线的频谱环境长波30300 KHz10-1km27l无线信道无线信道无线信道电磁波的频率 受天线尺寸限制地球大气层的结构l对流层：地面上 0 10 kml平流层：约10 60 kml电离层：约60 400 km地 面对流层平流层电离层10 km60 km0 km无线信道地 面对流层平流层电离层10 km60 km0 k28电离层对于传播的影响l反射l散射大气层对于传播的影响l散射l吸收频率(GHz)(a)氧气和水蒸气（浓度7.5 g/m3）的衰减频率(GHz)(b)降雨的衰减衰减(dB/km)衰减 (dB/km)水蒸气氧气降雨率 大气衰减电离层对于传播的影响频率(GHz)频率(GHz)衰减(dB/29传播路径地 面地波传播地 面信号传播路径天波传播电磁波的分类：电磁波的分类：l地波地波频率频率 2 MHz 2 MHz有绕射能力有绕射能力距离：数百或数千千米距离：数百或数千千米 l天波天波频率：频率：2 30 MHz2 30 MHz特点：被电离层反射特点：被电离层反射一次反射距离：一次反射距离：4000 km 30 MHz距离:和天线高度有关 式中，D 收发天线间距离(km)。例 若要求D=50 km，则增大视线传播距离的其他途径l中继通信：l卫星通信：静止卫星、移动卫星l平流层通信：ddh接收天线发射天线传播途径D地面rr视线传播无线电中继m视线传播：ddh接收天线发射天线传播途径D地面rr视线传播无31对流层散射通信地球有效散射区域l散射传播散射传播电离层散射机理 由电离层不均匀性引起频率 30 60 MHz距离 1000 km以上对流层散射机理 由对流层不均匀性（湍流）引起频率 100 4000 MHz最大距离 600 km对流层散射通信地球有效散射区域散射传播32流星流星余迹散射流星流星余迹散射 流星余迹特点 高度80 120 km，长度15 40 km 存留时间：小于1秒至几分钟频率 30 100 MHz距离 1000 km以上特点 低速存储、高速突发、断续传输 流星余迹散射通信流星余迹流星流星余迹散射 流星余迹散射通信流星余迹33无线的应用概况无线的应用概况l短波短波/超短波通信超短波通信 天波（电离层）：数据天波（电离层）：数据/电话、单边带电话、单边带 地波：小型接力机、单双工电台、对讲机地波：小型接力机、单双工电台、对讲机l微波通信微波通信 微波接力（模拟、数字）、散射、点对多点微波微波接力（模拟、数字）、散射、点对多点微波 电视、电话、数据电视、电话、数据l卫星通信卫星通信 高轨道（同步静止）、中轨道、低轨道高轨道（同步静止）、中轨道、低轨道 电视、电话、数据电视、电话、数据l移动通信移动通信 蜂窝电话、无绳电话、无线数据、集群系统、寻呼系统蜂窝电话、无绳电话、无线数据、集群系统、寻呼系统 卫星移动系统卫星移动系统 无线的应用概况短波/超短波通信34l 有线信道有线信道明线 有线信道35对称电缆：由许多对双绞线组成同轴电缆双绞线导体绝缘层导体金属编织网保护层实心介质 同轴线对称电缆：由许多对双绞线组成双绞线导体绝缘层导体金属编织网保36光纤光纤l结构纤芯包层l按折射率分类阶跃型梯度型l按模式分类多模光纤单模光纤折射率n1n2折射率n1n2710125折射率n1n2单模阶跃折射率光纤单模阶跃折射率光纤光纤结构示意图(a)(b)(c)光纤折射率n1n2折射率n1n2710125折射率n1n237l损耗与波长关系损耗与波长关系损耗最小点：1.31与1.55 m0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7光波波长（m）1.55 m1.31 m光纤损耗与波长的关系损耗与波长关系0.7 0.9 38广义信道广义信道：除包含传输媒质外，还包：除包含传输媒质外，还包括发送设备、接收设备、馈线与天线、括发送设备、接收设备、馈线与天线、调制调制/解调器等。其可分为调制信道解调器等。其可分为调制信道和编码信道。和编码信道。信道的定义和分类信道的定义和分类广义信道：除包含传输媒质外，还包括发送设备、接收设备、馈线与39信道的定义和分类信道的定义和分类编码器调制器发转换器收转换器解调器译码器媒质调制信道调制信道编码信道编码信道输入输入输出输出调制信道是为研究调制与解调问题而定义的广义调制信道是为研究调制与解调问题而定义的广义信道。它可分为恒参信道和随参信道。信道。它可分为恒参信道和随参信道。编码信道是为研究数字通信系统中的编码和译码编码信道是为研究数字通信系统中的编码和译码问题而定义的广义信道。它是一种数字信道或离问题而定义的广义信道。它是一种数字信道或离散信道。散信道。信道的定义和分类编码器调制器发转换器收转换器解调器译码器媒质40明线、双绞线、同轴电缆、无明线、双绞线、同轴电缆、无线光通信（线光通信（FSO）等信道等信道恒参信道举例恒参信道举例明线、双绞线、同轴电缆、无线光通信（FSO）等信道恒参信道举41随参信道举例随参信道举例短波电离层反射信道和超短波及微波对流层散射短波电离层反射信道和超短波及微波对流层散射离地面60600公里的大气层离地面1012公里以下的大气层典型代表：移动通信系统的基站与移典型代表：移动通信系统的基站与移动终端间的无线信道动终端间的无线信道随参信道举例短波电离层反射信道和超短波及微波对流层散射离地面42均衡多径衰落均衡多径衰落均衡多径衰落431 信道容量的概念信道容量的概念信道容量是指信道中信息无差错传输的最大速率。离散信道和连信道容量是指信道中信息无差错传输的最大速率。离散信道和连续信道的信道容量表征方式不同。续信道的信道容量表征方式不同。调制信道调制信道连续信道连续信道 编码信道编码信道离散信道离散信道2 离散信道的信道容量离散信道的信道容量P（y1/x1）=1P（yn/xn）=1P（y2/x2）=1P（y3/x3）=1x1x2x3xnyny3y1y2P（xi）P（yi）P（ym/x1）P（y1/x1）x1x2x3xnymy3y1y2P（xi）P（yi）信道容量及香农公式信道容量及香农公式无噪声信道无噪声信道有噪声信道有噪声信道1 信道容量的概念P（y1/x1）=1P（yn/xn）=1P44离散信道的信道容量离散信道的信道容量对于给定的信道，信道的转移概率可认为是一定的，当单位时间传送的符号数目对于给定的信道，信道的转移概率可认为是一定的，当单位时间传送的符号数目r r确定确定时，时，R R仅与信息源的概率分布有关仅与信息源的概率分布有关其最大值定义了信道可以达到的信息传输速率其最大值定义了信道可以达到的信息传输速率即信道容量。即信道容量。r r为单位时间发送的符号数为单位时间发送的符号数离散信道的信道容量对于给定的信道，信道的转移概率可认为是一定45连续信道容量连续信道容量设噪声单边功率谱密度为设噪声单边功率谱密度为n n0 0，则，则N N=n n0 0B B连续信道的容量连续信道的容量CtCt和信道带宽和信道带宽B B、信号功率、信号功率S S及噪声功率谱密度及噪声功率谱密度n n0 0三个因素有关三个因素有关香农公式香农公式连续信道容量设噪声单边功率谱密度为n0，则N=n0B连续46当S ，或n0 0时，Ct 当B 时，Ct将趋向何值x=S/n0B连续信道容量连续信道容量当S ，或n0 0时，Ct 当B 时，47信道容量和带宽关系信道容量和带宽关系S/n0S/n0BCt1.44(S/n0)当给定当给定S/n0时，若带宽时，若带宽B趋于无穷大，信道容量不会趋于无穷大，信道容量不会趋于无限大，而只是趋于无限大，而只是S/n0的的1.44倍。这是因为当带宽倍。这是因为当带宽B增大时，噪声功率也随之增大。增大时，噪声功率也随之增大。连续信道容量连续信道容量信道容量和带宽关系S/n0S/n0BCt1.44(S/n0)48改写成如下形式改写成如下形式E Eb b 每比特能量；每比特能量；T Tb b=1/=1/B B 每比特持续时间每比特持续时间为了得到给定的信道容量为了得到给定的信道容量C Ct，可以增大带宽，可以增大带宽B B以换取以换取E Eb的减小；的减小；另一方面，在接收功率受限的情况下，由于另一方面，在接收功率受限的情况下，由于E Eb=STSTb，可以增大可以增大T Tb以减小以减小S S来保持来保持E Eb和和C Ct t不变。不变。连续信道容量连续信道容量S=Eb/Tb改写成如下形式Eb 每比特能量；Tb=1/B 每比49无线通信：带宽受限信道和功率受限信道无线通信：带宽受限信道和功率受限信道带宽受限信道带宽受限信道E Eb b/n/n0 0 C/B C/B B B 功率可以换取带宽功率可以换取带宽功率受限信道功率受限信道B B C/B C/B E Eb b/n/n0 0 有限有限当当B B ，E Eb b/n/n0 0 -1.6dB-1.6dB，即为即为香香农极限，带宽不能无限制地农极限，带宽不能无限制地换取功率换取功率信道容量曲线Eb/N0dBC/Bb/sHz-1.6dBC CBlog2(1+S/N)=B log21+(Eb/Tb)/(n0B)b/sBlog2(1+S/N)=B log21+(Eb/Tb)/(n0B)b/s香农公式香农公式就可以写成：就可以写成：Eb/n0=(2Eb/n0=(2C/BC/B-1)-1)无线通信：带宽受限信道和功率受限信道带宽受限信道信道容量曲线50物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用4.1.2信道信道信信道道可可以以分分为为两两大大类类，一一类类是是电电磁磁波波在在空空间间传传播播的的渠渠道道，如如短短波波信信道道、微微波波信信道道等等；另另一一类类是是电电磁磁波波的的导导引引传传播播渠渠道道，如如电电缆缆信信道道、波波导导信信道道等等。RFID的的信信道道是是具具有有各各种种传传播播特特性性的的空空间间，所所以以RFID采采用用无无线信道。线信道。点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用4.1.2信道点击此处结51物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用1.信道带宽信道带宽信号所拥有的频率范围叫做信号的频带宽度，简信号所拥有的频率范围叫做信号的频带宽度，简称为带宽。称为带宽。（5.1）点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用1.信道带宽点击此处结束52物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用2.信道传输速率信道传输速率信道传输速率就是数据在传输介质（信道）上的信道传输速率就是数据在传输介质（信道）上的传输速率。数据传输速率的单位为比特传输速率。数据传输速率的单位为比特/秒，记做秒，记做bps或或b/s。1kbps=103bps1Mbps=103kbps1Gbps=103Mbps点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用2.信道传输速率点击此处53物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用3.波特率与比特率波特率与比特率 （1）波特率）波特率（2）比特率）比特率（3）波特率与比特率的关系）波特率与比特率的关系 比特率比特率=波特率波特率 （5.2）点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用3.波特率与比特率点击此54物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用4.信道容量信道容量 （1）具有理想低通矩形特性的信道）具有理想低通矩形特性的信道这种信道的最高数据传输速率为这种信道的最高数据传输速率为（5.4）（2）带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道）带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道这种情况的信道容量为这种情况的信道容量为（5.5）点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用4.信道容量点击此处结束55物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用 编码与调制编码与调制4.2点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用 56计算机中的编码计算机中的编码57字符编码58 0 1 1 0 0 0 0 1信息和编码信息和编码位（比特，bit），存储信息的最小单位0 1 1 0 0 0 0 18个位组成一个字节（Byte，缩写为B），字节是存储信息的基本单位存储单位换算存储单位换算1字节（B）8位（bit）1KB1024B 1MB1024KB1GB1024MB 1TB1024GB 0 1 1 0 0 0 0 1信息和编码位（比特，bi59英文、数字等字符的编码英文、数字等字符的编码英文数字等字符的编码英文数字等字符的编码:ASCII码(美国信息交换标准码)ASCII码采用7个二进制位来编码,在计算机中存储时占一个字节（Byte），字节的最左位用“0”填充思考：思考：用7个位能编出多少个字符呢？27=128总结总结:N个二进制位能表示出2n种信息.英文、数字等字符的编码英文数字等字符的编码:60第4章采样编码与调制ppt课件61b b6 6b b5 5b b4 4000000001001010010011011100100101101110110111111b b3 3b b2 2b b1 1b b0 0十六进制十六进制0 01 12 23 34 45 56 67 7000000000 0UNLUNLDLEDLESPSP0 0 P P p p000100011 1SOHSOHDC1DC1!1 1A AQ Qa aq q001000102 2STXSTXDC2DC2 2 2B BR Rb br r001100113 3ETXETXDC3DC3#3 3C CS Sc cs s010001004 4EOTEOTDC4DC4$4 4D DT Td dt t010101015 5ENQENQNAKNAK%5 5E EU Ue eu u011001106 6ACKACKSYNSYN&6 6F FV Vf fv v011101117 7BELBELETBETB 7 7G GW Wg gw w100010008 8BSBSCANCAN(8 8H HX Xh hs s100110019 9HTHTEMEM)9 9I IY Yi iy y10101010A ALFLFSUBSUB*:J JZ Zj jz z10111011B BVTVTESCESC+;K K k k 11001100C CFFFFFSFS,N N n n 11111111F FSISIUSUS/?O O_ _o oDELDELb6b5b40000010100111001011101162汉字编码631、怎样将汉字输入计算机？、怎样将汉字输入计算机？2、在计算机内部怎样处理汉字？、在计算机内部怎样处理汉字？3、计算机怎样实现汉字信息的输出、计算机怎样实现汉字信息的输出（显示）？（显示）？1、怎样将汉字输入计算机？64汉字编码计算机系统计算机系统B交换码交换码输入码输入码（外码）（外码）译码译码处理码处理码（内码）（内码）字形码字形码汉字显示汉字显示操作系统的汉字服务程序操作系统的汉字服务程序计算机系统计算机系统A汉字编码计算机系统B交换码输入码译码处理码字形码汉字显示操作651、输入码（外码）、输入码（外码）:拼音拼音(音码音码)、五笔字型（五笔字型（形码）形码）2、交换码：区位码（交换）、交换码：区位码（交换）3、处理码（机内码）：内码（存储）、处理码（机内码）：内码（存储）4、字形码：点阵方式、矢量方式（输、字形码：点阵方式、矢量方式（输出）出）汉字编码（汉字编码（2个字节）个字节）1、输入码（外码）:拼音(音码)、五笔字型（形码）汉字编码66汉字的编码输入码输入码又叫“外码”，按照汉字的读音进行编码，例如：双拼、智能ABC、微软拼音输入法、紫光拼音输入法；按照形状进行编码，例如：五笔、二笔、郑码、表形码；机内码机内码又叫处理码，用于存储汉字的编码GB2312-80简称GB码，由两个字节组成（16位二进制数），即存储一个汉字2个字节，如：11010100 11000110云11000100 11001111南含6763个汉字。港台地区的BIG5码繁体字。近来我国用的GB1300编码，含20902个汉字。字形码字形码又叫输出码或字模，是描述每个汉字形状的编码，即汉字显示的代码，如：点阵法和矢量法16*16，24*24，32*32，48*48点阵汉字的编码输入码又叫“外码”，按照汉字的读音进行编码，例如：67汉字编码区位码 位位区区01029394010216啊啊阿阿褒褒剥剥17薄薄雹雹饼饼炳炳94如：饼如：饼(1793)区号：区号：17位号：位号：93，为了处理与存储的方便，每个汉，为了处理与存储的方便，每个汉字的区号和位号在计算机内部分别用字的区号和位号在计算机内部分别用一个字节一个字节来表示。来表示。17对应的二进制代码为：对应的二进制代码为：10001，93对应的二进制为对应的二进制为101110100010001+10100000=1011000101011101+10100000=11111101饼的机内码饼的机内码汉字编码区位码 位0102939401068如：一个16 16点阵的字形需要多少字节来存储？16 16832(B)如：一个16 16点阵的字形需要多少字节来存储？16 69多媒体编码70声音编码声音编码声音是一种连续的波，称为声波。声音是一种连续的波，称为声波。要把声音信号存储到计算机之中去，必要把声音信号存储到计算机之中去，必须把连续变化的波形信号（称为模拟信须把连续变化的波形信号（称为模拟信号）转换成为数字信号，因为计算机中号）转换成为数字信号，因为计算机中只能存储数字信号只能存储数字信号.常用声音编码方法要经过常用声音编码方法要经过采样采样、量化量化与编码与编码两个步骤两个步骤声音编码声音是一种连续的波，称为声波。71采样频率采样频率(Hz)（奈魁斯特采样定理：奈魁斯特采样定理：采样频率不应低于声音信号最高频率的两倍，这采样频率不应低于声音信号最高频率的两倍，这样就能把以数字表达的声音还原成原来的声音）样就能把以数字表达的声音还原成原来的声音）采样采样量化量化编码编码步骤：步骤：1）采样）采样2）量化和编码）量化和编码采样频率(Hz)（奈魁斯特采样定理：采样频率不应低于声音信号721、声音数字化采样采样5 5量化量化2 25 5101010107 79 914141、声音数字化采样5量化251010791473采样采样-就是采集声音模拟信号的样本，就是采集声音模拟信号的样本，量化量化-再转换成数字信号再转换成数字信号.电脑中的声音文件是用数字电脑中的声音文件是用数字0和和1来表示的。所以来表示的。所以在电脑上录音的本质就是把模拟声音信号转换成在电脑上录音的本质就是把模拟声音信号转换成数字信号。反之，在播放时则是把数字信号还原数字信号。反之，在播放时则是把数字信号还原成模拟声音信号输出。成模拟声音信号输出。采样-就是采集声音模拟信号的样本，74图像编码图像编码由矢量图和位图组成由矢量图和位图组成矢量图矢量图-用直线和曲线描述图形用直线和曲线描述图形.数据量数据量小小,图形放大和缩小不会失真图形放大和缩小不会失真.但色彩不丰富但色彩不丰富.位图位图-图形是由许多像素点组成的图形是由许多像素点组成的.数据数据量大量大,图形放大会失真图形放大会失真.但色彩丰富但色彩丰富,用于对图象要求很高的领域用于对图象要求很高的领域.图像编码由矢量图和位图组成75观察bmp图像 第4章采样编码与调制ppt课件76（1）、单色图像（黑白）单色图像中，单色图像中，一个像素点只一个像素点只需要一个二进制位需要一个二进制位（1bit）来记）来记录，可以表示出两种颜色，黑像录，可以表示出两种颜色，黑像素用素用“0”表示，白像素用表示，白像素用“1”表示。表示。2 =21（1）、单色图像（黑白）单色图像中，一个像素点77（2）、灰度图像）、灰度图像 每个像素用每个像素用一个字节一个字节来表示，一字节可以表示来表示，一字节可以表示256种不同的灰度。种不同的灰度。2 =2568 彩色图像即彩色图像即RGB模式：模式：真彩色模式，以红绿蓝为基真彩色模式，以红绿蓝为基本颜色，每个分量由本颜色，每个分量由8位二位二进制数表示。可以用进制数表示。可以用3个字个字节来节来表示，每个字节分别表表示，每个字节分别表示此像素中的红、绿、蓝成示此像素中的红、绿、蓝成分。分。（3）、彩色图像）、彩色图像（2）、灰度图像 每个像素用一个字节来表示，一78声音、图像和视频的数字化信息一般都要声音、图像和视频的数字化信息一般都要采用采用压缩压缩(compress)技术技术。MP3是音乐信息压缩标准是音乐信息压缩标准JPG是静态图像信息的压缩标准是静态图像信息的压缩标准MPEG和和RM是视频信息的压缩标准等。是视频信息的压缩标准等。MPEG-1是是VCD标准标准,MPEG-2是是DVD标准标准1.2.5 信息的压缩信息的压缩无损压缩：能够完全还原为原来的数据。无损压缩：能够完全还原为原来的数据。（Winzip winrar等压缩文件）等压缩文件）有损压缩：还原的数据没有原来的精确，质量有有损压缩：还原的数据没有原来的精确，质量有所损失，但在可接受的限度之内。这种方法主要所损失，但在可接受的限度之内。这种方法主要用于音频和视频数据。用于音频和视频数据。声音、图像和视频的数字化信息一般都要采用压缩(compres791、RFID编码编码三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验 射频识别系统的结构与通信系统的基本模型相类似，满足了通信功能的基本要求。读写器和电子标签之间的数据传输构成了与基本通信模型相类似的结构。读写器与电子标签之间的数据传输需要三个主要的功能块，如图4-8所示。按读写器到电子标签的数据传输方向，是读写器（发送器）中的信号编码（信号处理）和调制器（载波电路），传输介质（信道），以及电子标签（接收器）中的解调器（载波回路）和信号译码（信号处理）。图4-8射频识别系统的基本通信结构框图 1、RFID编码三、RFID编码、调制与数据校验 80PSK原理介绍1、二进制数字调制技术原理 数字调制技术的两种方法：l 利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调制看成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理l利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制 这种方法通常称为键控法，比如对载波的振幅、频率和相位进行键控，便可获得振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）三种基本的调制方式。PSK原理介绍1、二进制数字调制技术原理 81相应的信号波形如图1所示：图1 正弦载波的三种键控波形相应的信号波形如图1所示：图1 正弦载波的三种键控波形822.三种键控的比较：在大多数情况下，数字调制是利用数字信号的离散值去键控载波。对载波的幅度、频率或相位进行键控，便可获ASK、FSK、PSK等。这三种数字调制方式在抗干扰噪声能力和信号频谱利用率等方面，以相干PSK的性能最好，目前已在中、高速传输数据时得到广泛应用。三种键控的比较：832）、）、RFID调制调制三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验 脉冲调制是指将数据的NRZ码变换为更高频率的脉冲串，该脉冲串的脉冲波形参数受NRZ码的值0和1调制。主要的调制方式为频移键控FSK和相移键控PSK。图4-12FSK脉冲调制波形（1）FSK调制 FSK是指对已调脉冲波形的频率进行控制，FSK调制方式用于频率低于135kHz(射频载波频率为125kHz)的情况，图4-12所示为FSK方式一例，数据传输速率为fc/40,fc为射频载波频率。FSK调制时对应数据1的脉冲频率f1=fc/5,对应数据0的脉冲频率f0=fc/8。2）、RFID调制三、RFID编码、调制与数据校验 脉冲84物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用 图图5.2 数字通信系统的模型数字通信系统的模型点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用点击此处结束放映85物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用4.2.1编码与解码编码与解码 1.信源编码与解码信源编码与解码（1）提高信息传输的有效性）提高信息传输的有效性（2）完成模）完成模/数转换数转换 点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用4.2.1编码与解码点击86物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用 2.信道编码与解码信道编码与解码信道编码是对信源编码器输出的信号进行再变换，信道编码是对信源编码器输出的信号进行再变换，包括区分通路、适应信道条件和提高通信可靠性而进行包括区分通路、适应信道条件和提高通信可靠性而进行的编码。信道解码是信道编码的逆过程。的编码。信道解码是信道编码的逆过程。点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用 2.信道87物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用 3.保密保密编码与解码编码与解码保密编码是对信号进行再变换，即为了使信息在保密编码是对信号进行再变换，即为了使信息在传输过程中不易被人窃译而进行的编码。传输过程中不易被人窃译而进行的编码。点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用 3.保密88物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用4.2.2 调制与解调调制与解调 调制的目的是把传输的模拟信号或数字信号，变调制的目的是把传输的模拟信号或数字信号，变换成适合信道传输的信号，这就意味着要把信源的基带换成适合信道传输的信号，这就意味着要把信源的基带信号，转变为一个相对基带频率而言非常高的频带信号。信号，转变为一个相对基带频率而言非常高的频带信号。点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用4.2.2 调制与解调89物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用1.信号需要调制的原因信号需要调制的原因为了有效地传输信息，无线通信系统需要采用较为了有效地传输信息，无线通信系统需要采用较高频率的信号高频率的信号。点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用1.信号需要调制的原因点90物联网射频识别（物联网射频识别（RFIDRFID）技术与应用）技术与应用2.信号调制的方法信号调制的方法在无线通信中，调制是指载波调制。载波调制，在无线通信中，调制是指载波调制。载波调制，就是用调制信号去控制载波参数的过程。就是用调制信号去控制载波参数的过程。（1）调幅）调幅（2）调频）调频（3）调相）调相点点击此此处结束放映束放映物联网射频识别（RFID）技术与应用2.信号调制的方法点击此911）、）、RFID数据传输常用编码格式数据传输常用编码格式三、三、RFIDRFID编码、调制与数据校验编码、调制与数据校验 数字基带信号波形，可以用不同形式的代码来表示二进制的“1”和“0”。射频识别系统通常使用下列编码方法中的一种：反向不归零（NRZ）编码、曼彻斯特（Manchester）编码、单极性归零（UnipolarHZ）编码、差动双相（DBP）编码、米勒（Miller）编码利差动编码。最常用的数字信号波形为矩形脉冲，矩形脉冲易于产生和变换。以下用矩形脉冲为例来介绍几种常用的脉冲波形和传输码型。图4-9所示为4种数字矩形码的脉冲波形。图4-9数据矩形码的脉冲波形1）、RFID数据传输常用编码格式三、RFID编码、调制与92