2.4 编码与调制

 

在计算机网络中,计算机需要处理和传输用户的文字,图片,音频和视频,他们可以统称为消息。

 数据是运送消息的实体

 我们人类比较熟悉的是十进制数据,而计算机只能处理二进制数据,也就是比特0和比特1。计算机中的网卡将比特0和比特1变换成相应的电信号发送到网线。也就是说信号是数据的电磁表现。

 由信源发出的原始信号称为基带信号。

 基带信号又可分为两类,一类是数字基带信号,例如计算机内部cpu和内存之间传输的信号

 另一类是模拟基带信号,例如麦克风收到声音后产生的音频信号。

 信号需要在信道中进行传输,信道可分为数字信道和模拟信道两种。

在不改变信号性质的前提下,仅对数字基带信号的波形进行变换,称为编码。编码后产生的信号仍为数字信号,可以在数字信道中传输。例如,以太网使用曼彻斯特编码,4B/5B,8B/10B等编码。

 

 把数字基带信号的频率范围,搬移到较高的频段,并转化为模拟信号,称为调制。调制后产生的信号是模拟信号。可以在模拟信道中传输。例如,WIFI使用补码键控,直接序列扩频,正交频分复用等调制方法。

对于模拟基带信号的处理,也有编码和调制两种方法

对模拟基带信号进行编码的典型应用是:对音频信号进行编码的脉码调制PCM,也就是将模拟音频信号,通过采样,量化,编码这三个步骤进行数字化

对模拟信号进行调制的典型应用是:将语音数据加载到模拟的载波信号中传输。例如传统的电话。另一个是频分复用FDM技术,可以充分利用带宽资源。

码元

在使用时间域的波形表示数字信号时,代表不同离散数值的基本波形

常用编码:

2.4.1不归零编码

不归零编码:在整个码元时间内,电平不会出现零电平

请大家思考一下图中的问题:

这需要发送方的发送与接收方的接收做到严格的同步。这就需要额外一根传输线来传输时钟信号。接收方按时钟信号的节拍来逐个接收码元。然而对于计算机网络,宁愿利用这根传输线传输数据信号,而不是时钟信号。

因此,由于不归零编码存在同步问题,不采用该类编码。

2.4.2归零编码

接下来我们看看归零编码

很明显,每个码元传输结束后信号都要归零,所以接收方只要在信号归零后进行采样即可。不需要单独的时钟信号。

实际上归零编码相当于把时钟信号用“归零”方式编码在了数据之内,这称为“自同步”信号。

但是归零编码中的大部分的数据带宽,都用来传输“归零”而浪费掉了。编码效率低。

2.4.3 曼彻斯特编码

在每个码元的中间时刻,信号都会发生跳变。负跳变表示比特1,正跳变表示比特0。(0上1下)

码元中间时刻的跳变即表示时钟,又表示数据。传统以太网(10Mb/S)使用的就是曼彻斯特编码。

2.4.4 差分曼彻斯特编码

在每个码元的中间时刻都会发生跳变,但是与曼彻斯特编码不同,跳变仅表示时钟

,而用码元开始处电平是否发生变化来表示数据。

 

练习题:

疑问:如何辨别是曼彻斯特编码还是差分曼彻斯特编码?

题目中说了10BaseT,10表示带宽为10Mb/s Base表示基带传输,T表示双绞线。所以是曼彻斯特编码。

至于是正跳变表示0还是负跳变表示0我们可以假设一下,然后看结果对比。

 

2.4.5 基本调制方法

调制的概念:发送端发送的原始信号通常具有频率很低的频谱分量,太低了,不适合在信道传输,因此需要转换为高频的适合信道传输,这一过程被称为调制。

下图为待传输的数字基带信号,也就是来自信源的原始数字信号。我们要使用模拟信道来传输,因此需要将数字基带信号通过调制方法,调制成可以在模拟信道中传输的模拟信号

调幅产生的信号,有突出的是1,没突出的是0.

调频所产生的信号,胖的为0,瘦的为1

调相的波形,初相位0度的为0,初相位180度的为1

使用基本调制方法,一个码元只能包含1个比特信息,如何使1个码元包含更多的比特呢?

  • 可以采用混合调制的方法

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