数据的编码与调制

1、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数字数据的数字信号

2、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。编码在数字基带传输中，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， NonReturn 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

3、位二进制信号的中间都有跳变，示数字信号“ 1”；若从高电平跳变到低电平，就表示数字信号“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若从低电平跳变到高电平， 就表0”。曼彻斯特编码的原则是：将取原码。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，发送端之间的同步。以保持接收端和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

4、号。差分曼彻斯特编码和曼彻斯特编码都属于“自带时钟编码”步信号。，发送它们时不需要另外发送同图 6-21数字数据的编码方式数字数据的模拟信号调制传统的电话通信信道是为传输语音信号设计的， 用于传输音频 300 3400Hz 的模拟信号， 不能直接传输数字数据。 为了利用廉价的公共电话交换网实现计算机之间的远程数据传输， 就必须首先利用调制解调器将发送端的数字数据调制成能够在公共电话网上传输的模拟信号， 经传输后在接收端再利用调制解调器将模拟信号解调成对应的数字数据。在调制过程中，首先要选择一个频率为f的正（余）弦信号作为载波，该正（余）弦信号可以用 Asin （2 ft ）表示，其中A 代表波

5、形的幅度，f 代表波形的频率，代表波形的初始相位。通过改变载波的这三个参数，就可以表示数字数据“ 0”或“ 1”，实现调制的过程。在图 6-22 中，显示了对数字数据“ 010110”使用不同调制方法后的波形。1. 幅移键控（ASK， Amplitude Shift Keying）ASK是通过改变载波信号的幅度值来表示数字数据“据 “ 1”，用载波幅度 A2表示数据“ 0”（通常 A1 取1”和“ 0”的，用载波幅度1，A2取 0），而载波信号的参数A1表示数f 和 恒定。2. 频移键控（FSK， Frequency Shift Keying）FSK是通过改变载波信号频率的方法来表示数字数据“

6、1”和“0”的，用频率f1表示数据“ 1”，用频率f2表示数据“0”，而载波信号的参数A 和 不变。3. 相移键控（PSK， Phase Shift Keying）PSK是通过改变载波信号的初始相位值 来表示数字数据“ 1”和“ 0”的，而载波信号的参数 A 和 f 不变。 PSK包括绝对调相和相对调相两种类型：（ 1）绝对调相绝对调相使用相位的绝对值， 为 0 表示数据“ 1”， 为 表示数据“ 0”。（ 2）相对调相相对调相使用相位的偏移值，当数字数据为“ 0”时，相位不变化，而数字数据为“ 1”时，相位要偏移 。图 6-22数字数据的调制方法模拟数据的数字信号编码由于数字信号具有传输失真

7、小、误码率低、传输速率高等优点，因此常常需要将语音、图像等模拟数据变成数字信号后经计算机进行处理。脉冲编码调制（ Pulse Code Modulation ， PCM）是将模拟数据数字化的主要方法， 它在发送端把连续输入的模拟数据变换为在时域和振幅上都离散的量，然后将其转化为代码形式传输。脉冲编码调制一般通过抽样、 量化和编码 3 个步骤将连续的模拟数据转换为数字信号， 如图 6-23 所示。1. 抽样模拟信号是电平连续变化的信号。每隔一定的时间间隔，采集模拟信号的瞬时电平值作为样本，这一系列连续的样本可以表示模拟数据在某一区间随时间变化的值。抽样频率以奈奎斯特抽样定理为依据， 即当以等于或

8、高于有效信号频率两倍的速率定时对信号进行抽样，就可以恢复原模拟信号的所有信息。2. 量化量化是将抽样样本幅度按量化级决定取值的过程， 就是把抽样所得的样本幅值和量化之前规定好的量化级相比较，取整定级。显然，经过量化后的样本幅度为离散值，而不是连续值。量化级可以分为 8 级、 16 级或者更多级，这取决于系统的精确度要求。为便于用数字电路实现，其量化级数一般取 2 的整数次幂。图 6-23脉冲编码调制的3 个步骤3. 编码编码是用相应位数的二进制代码表示已经量化的抽样样本的级别。比如，如果有 256 个量化级，就需要使用8 个比特进行编码。经过编码后，每个样本都由相应的编码脉冲表示。模拟数据的模拟信号调制在模拟数据通信系统中，信源产生的电信号具