2.1.5编码和调制

编码和调制

基带信号和宽带信号

基带信号

将数字信号1和0直接用两种不同的电压进行表示&＃xff0c;再送到数字信道上去传输&＃xff08;基带传输&＃xff09;

基带信号指的是来自信源的信号&＃xff0c;例如计算机输出的代表各种文字或者图像文件的数据信号都属于基带信号

基带信号就是发出的直接表达了要传输的信息的信号

通常在近距离信息传输的时候采用基带传输&＃xff08;近距离衰减小&＃xff0c;信号内的内容不容易发生改变&＃xff09;

宽带信号

将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号&＃xff0c;再传送到模拟信道上去传输&＃xff08;宽带传输&＃xff09;

是将基带信号经过载波调制后&＃xff0c;将信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输&＃xff08;也就是说仅仅在某一频率范围的信号能够通过信道&＃xff09;

通常在远距离信息传输的时候采用宽带传输&＃xff08;远距离衰较大&＃xff0c;信号内的内容容易发生改变&＃xff0c;通过宽带传输&＃xff0c;即使信号发生较大的变化&＃xff0c;也能够过滤出基带信号&＃xff09;

编码和调制

编码

编码&＃xff1a;将数字信号转换成为模拟信号

数字数据既可以通过数字发送器编码成为数字信号&＃xff0c;也可以通过调制器调制成为模拟信号

调制

调制&＃xff1a;将模拟信号转换为数字信号

数字数据既可以通过PCM编码器编码成为数字信号&＃xff0c;也可以通过放大器调制器调制成为模拟信号

数字数据编码为数字信号

1.非归零编码&＃xff08;NRZ&＃xff09;

规律是当“1”出现的时候电平翻转&＃xff0c;当0出现的时候电平不翻转

数据“1”和数据“0”的区别不是高低电平&＃xff0c;而是电平是否转换&＃xff0c;所以这种代码也叫差分码

特点&＃xff1a;实现起来简单且费用低

缺点&＃xff1a;没有检错功能&＃xff0c;且无法判断一个码元的开始和结束&＃xff0c;以至于接收和发送信息的双方难以保持同步

2.曼彻斯特编码

将一个码元分割成为两个相等的间隔&＃xff0c;前一个间隔为低电平后一个间隔为高电平表示码元1&＃xff0c;码元0则正好相反。也可以采用相反的规定。

特点&＃xff1a;每一个码元的中间出现电平跳变&＃xff0c;位于中间的跳变既可以作为时钟信号&＃xff0c;又可以作数据信号

缺点&＃xff1a;所占用的频带宽度是原始的基带宽度的两倍

由于每一个码元都被调制成为两个电平&＃xff0c;所以数据的传输速率只有调制速率的一半

3.差分曼彻斯特编码

这种码元中间电平转换边只作为定时信号&＃xff0c;不表示数据。

数据的表示在于每一位的开始处是否有电平转换&＃xff0c;有电平转换表示“0”&＃xff0c;没有电平转换表示“1”

常用于局域网传输

特点&＃xff1a;在每个码元的中间&＃xff0c;都有一次的电平的跳转&＃xff0c;可以实现自同步&＃xff0c;且抗干扰性强于曼彻斯特编码

4.归零编码&＃xff08;RZ&＃xff09;

信号电平在一个码元之内都要恢复到0的这种编码方式&＃xff0c;所以两个电平之间被零电平隔开

5.反向不归零编码

规律是当“0”出现的时候电平翻转&＃xff0c;当“1”出现的时候电平不翻转

6.4B/5B编码

在比特流中插入额外的比特来打破一连串的1或者0&＃xff0c;就是用5个比特来编码4个比特的数据&＃xff0c;之后再传送给接收方&＃xff0c;因此称为4B/5B。

效率为&＃xff1a;80%

数字数据调制为模拟信号

数字数据调制技术在发送端将数字信号转换为模拟信号&＃xff0c;在接收端将模拟信号还原为数字信号&＃xff0c;分别对应于调制解调器的调制和解调的过程

幅度键控&＃xff08;ASK&＃xff09;

按照这种调制的方式&＃xff0c;载波的幅度受到数字数据的调制而取不同的值。

例如&＃xff1a;二进制的0对应&＃xff1a;载波振幅为“0&＃xff1b;二进制的1对应&＃xff1a;载波振幅为“1”

优点&＃xff1a;实现简单

缺点&＃xff1a;抗干扰能力差

频移键控&＃xff08;FSK&＃xff09;

定义&＃xff1a;按照数字数据的值调制载波的频率

例如&＃xff1a;二进制的0的载波频率为&＃xff1a;f1f_1f1​&＃xff1b;二进制的1的载波频率为&＃xff1a;f2f_2f2​

优点&＃xff1a;抗干扰性较好

缺点&＃xff1a;占用的带宽较大

相移键控&＃xff08;PSK&＃xff09;

定义&＃xff1a;用数字数据的值调制载波相位

正交幅度调制&＃xff08;QAM&＃xff09;

定义&＃xff1a;就是将两个幅度相同但是相位相差90°的模拟信号合成为一个模拟信号

模拟数据编码为数字信号

编码解码器&＃xff1a;将模拟数据转换为数字信号的时候使用的工具&＃xff0c;作用是将模拟数据转换为数字信号&＃xff0c;经传输到达接收端再解码还原成为模拟信号

模拟数据的数字化&＃xff1a;用编码解码器将模拟数据转换为数字数据的过程

常用的数字化技术&＃xff1a;脉冲编码调制技术&＃xff08;PCM&＃xff09;

PCM的步骤&＃xff1a;取样、量化、编码

取样

对模拟信号进行周期性的扫描&＃xff0c;将时间是连续的信号转换为时间上离散的信号

如何得到原信号的样本空间&＃xff0c;从奈奎斯特取样定理得到&＃xff1a;如果取样的频率大于模拟信号最高频率的两倍&＃xff0c;就可以用得到的样本空间恢复原来的模拟信号&＃xff0c;即f≥2fmaxf\ge2f_{max}f≥2fmax​

其中f为取样的频率&＃xff0c;fmaxf_{max}fmax​为信号的最高频率

量化

由于取样后得到的样本是连续值&＃xff0c;这些样本必须量化为离散值&＃xff0c;而离散值的个数决定了量化的精度

编码

将量化之后的样本值转变为相对应的二进制代码&＃xff0c;可以得到相对应的二进制代码序列

模拟数据编码为模拟信号

为了实现传输的有效性&＃xff0c;可能需要叫高频率的信号

这种调制方式还可以使用频分复用技术&＃xff0c;充分利用带宽资源

在电话机和本地交换机所传输的信号是采用模拟信号传输模拟数据的方式&＃xff1b;模拟的声音数据是加载到模拟的载波信号中传输的