物理层(三)：频带传输与基带传输技术

1、频带传输技术

1.1、基本概念

1.1.1、模拟通信信道特点

　　电话线路是典型的模拟通信线路，是为传输语音信号而设计的，只使用于传输音频范围(300~3400HZ)的模拟信号，无法直接而传输计算机的二进制数字信号。

　　为实现计算机的数字信号的传输，必须先将数字信号转换成模拟信号。

1.1.2、调制解调器的作用

　　将发送端的数字信号变换成模拟信号的过程称为调制(modulation)，实现调制功能的设备称为调制器(demodulation)，实现解调功能的设备成为解调器(demodulator)。同时具备调制与解调功能的设备成为调制解调器(modem)。

1.2、模拟数据信号编码方法

　　在调制过程中，首先选择音频范围内的某一角频率w的正弦信号作为载波u(t)，在载波u(t)中，有三个可以改变的电参量(振幅、角频率、相位)。通过变化的三个电参量，实现模拟数据信号的编码。

　　

1.2.1、振幅键控

　　振幅监控(ASK)，通过改变载波信号振幅来表示数字信号0、1。

1.2.2、移频键控

　　移频键控(FSK)，通过改变载波信号的角频率来表示数字信号0、1。

1.2.3、移相键控

　　移相键控(PSK)，通过改变载波信号的相位值来表示数字信号0、1。若相位的绝对值表示数字信号0、1，则成为绝对调相；若用相位的相对偏移值表示数字信号0、1，则成为相对调相。

1.3、波特率的定义

　　调制速率描述通过模拟线路传输模拟数据信号过程中，从调制器输出的调制信号每秒钟载波调制状态改变的数值，单位是l/s，成为波特。

　　调制速率也被称为波特率，描述的是码元传输的速率。

　　比特率：数据传输速率描述在计算机通信中每秒传送的构成代码的二进制比特数，单位是bps。

2、基带传输技术

2.1、基带传输的定义

　　在数据通信中，表示计算机二进制的比特序列的数字信号是典型的矩形脉冲信号，矩形脉冲信号称为基带信号。在数字信道上直接传送基带信号的方法称为基带传输。

　　在发送端，计算机的二进制的比特序列经过编码器变换为曼彻斯特编码或差分曼彻斯特编码信号。

　　在接收端，由解码器还原成与发送端相同的二进制的比特序列。

2.2、数字数据编码方法

基带数据编码方法：

　　

2.2.1、非归零码

　　非归零码(non return to zero，NRZ)波形。NRZ码可以规定用低电平表示数字0，用高电平表示数字1。

　　NRZ码的缺点是无法判断一位的开始与结束，收发双方不能保持同步。为保证收发双方的同步，必须在发送NRZ码的同时，用另一个信道同时传送同步信号。同时，若信号中1与0的个数不相等时，存在直流分量，即"非归零"。

2.2.2、曼彻斯特编码

　　曼彻斯特编码规则：每比特周期T分前T/2与后T/2两部分；前T/2传送该比特的反码；后T/2传送该比特的原码。

　　b0 = 0，它的前T/2取0的反码。0用低电平表示，其反码为高电平；后T/2取0的原码 - 低电平。

　　b1=1，它的前T/2取1的反码。1用高电平表示，其反码为低电平；后T/2取0的原码 - 高电平。

　　曼彻斯特编码的特点：每个比特的中间有一次电平跳变，两次电平跳变的事件间隔可以是T/2或T，利用电平跳变可以产生收发双方的同步信号。

2.2.3、差分曼彻斯特编码

　　差分曼彻斯特编码，每比特的中间跳变仅做同步使用；每比特的值根据1其开始边界是否跳变来决定；每个比特开始处如果发生电平跳变，则表示传输二进制0；不发生跳变表示传输二进制1。