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

• 。