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

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 X log2M。

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（Amplitude Shift Keying，ASK）、相移键控（Phase Shift Keying，PSK）、频移键控（Frequency Shift Keying，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（Unipolar RZ）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。