數(shù)據(jù)編碼技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸方式

2.2數(shù)據(jù)編碼技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸方式首先回顧一下信息傳輸過程:廣州北京39要將“39”這個數(shù)字傳輸?shù)奖本┩ㄟ^電話進(jìn)行情感交流39100111100111vt模擬信號和數(shù)字信號通信的特點(diǎn)模擬信號通信的特點(diǎn)：●傳輸距離遠(yuǎn)；●效率低；●信號質(zhì)量差；數(shù)字信號通信的特點(diǎn)：●傳輸距離不遠(yuǎn)；●抗干擾能力弱；●傳輸效率高；為了使揚(yáng)長避短，在不同的場合，我們必須要將表示數(shù)據(jù)的信號進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換后再進(jìn)行傳輸----如：數(shù)字信號模擬傳輸、或模擬信號數(shù)字傳輸；這種將傳輸數(shù)據(jù)用不同形式的傳輸信號進(jìn)行表示的處理技術(shù)我們簡稱為數(shù)據(jù)編碼技術(shù)，數(shù)據(jù)在傳輸過程中采用的處理方式我們簡稱為數(shù)據(jù)傳輸方式一、數(shù)據(jù)編碼技術(shù)2.2.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號編碼2.2.2模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼2.2.3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼2.2.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號編碼

(即數(shù)字信號的模擬傳輸)

廣州北京39要將“39”這個數(shù)字傳輸?shù)奖本?9100111100111vt由于在數(shù)字信號通信方式中，信號傳輸距離近、抗干擾能力弱，因此，為了使數(shù)字信號能進(jìn)行長距離的可靠傳輸，常常將數(shù)字信號“搭載”到一個高頻的模擬信號上進(jìn)行傳輸，實現(xiàn)數(shù)字信號與模擬信號互換的設(shè)備稱作調(diào)制解調(diào)器(Modem)。調(diào)制：由發(fā)送端將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成模擬數(shù)據(jù)信號的過程稱為“調(diào)制”解調(diào)：在接收端把模擬數(shù)據(jù)信號還原為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號的過程稱為“解調(diào)”載波正（余）弦信號可以寫為：u（t）=um·sin（ωt+φ）—振幅um—角頻率ω—相位φ模擬信號傳輸?shù)幕A(chǔ)是載波，載波具有三大要素：幅度、頻率和相位，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以針對載波的不同要素或它們的組合進(jìn)行調(diào)制。移幅鍵控

（amplitudeshiftkeying,ASK）

um·sin（ω1t+φ0）數(shù)字1u（t）=0(或un·sin（ω1t+φ0）)

數(shù)字0移幅鍵控ASK信號實現(xiàn)容易，技術(shù)簡單，但抗干擾能力較差。在ASK方式下，用載波的兩種不同幅度來表示二進(jìn)制的兩種狀態(tài)。ASK方式容易受增益變化的影響，是一種低效的調(diào)制技術(shù)。在電話線路上，通常只能達(dá)到1200bps的速率。2.移頻鍵控

（frequency-shiftkeying，F(xiàn)SK）

um·sin（ω1t+φ0）數(shù)字1u（t）=um·sin（ω2t+φ0）數(shù)字0移頻鍵控FSK信號實現(xiàn)容易，技術(shù)簡單，抗干擾能力較強(qiáng)，是目前最常用的調(diào)制方法之一。在FSK方式下，用載波頻率附近的兩種不同頻率來表示二進(jìn)制的兩種狀態(tài)。在電話線路上，使用FSK可以實現(xiàn)全雙工操作，3.移相鍵控

（phase-shiftkeying，PSK）

絕對調(diào)相

um·sin（ωt+0）數(shù)字1u（t）=um·sin（ωt+π）數(shù)字0移相鍵控可以分為：絕對調(diào)相相對調(diào)相

二相調(diào)相多相調(diào)相在PSK方式下，用載波信號相位移動來表示數(shù)據(jù)。PSK可以使用二相或多于二相的相移，利用這種技術(shù)，可以對傳輸速率起到加倍的作用。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號編碼圖

數(shù)字調(diào)制的三種基本形式：移幅鍵控法ASK、移頻鍵控法FSK、移相鍵控法PSK。

2.2.2模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼

--模擬信號的數(shù)字傳輸通過電話進(jìn)行情感交流1.脈碼調(diào)制PCM。脈碼調(diào)制是以采樣定理為基礎(chǔ)，對連續(xù)變化的模擬信號進(jìn)行周期性采樣，利用≥有效信號最高頻率或其帶寬２倍的采樣頻率，通過低通濾波器從這些采樣中重新構(gòu)造出原始信號。采樣定理表達(dá)公式:Fs(=1/Ts)≥2Fmax或Fs≥2Bs式中Ts為采樣周期

Fs為采樣頻率

Fmax為原始信號的最高頻率

Bs(=Fmax-Fmin)為原始信號的帶寬2.模擬信號數(shù)字化的三步驟1)采樣，以采樣頻率Fs把模擬信號的值采出；2)量化，使連續(xù)模擬信號變?yōu)闀r間軸上的離散值；3)編碼，將離散值變成一定位數(shù)的二進(jìn)制數(shù)碼。2.2.3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字信號編碼方法數(shù)字信號可以直接采用基帶傳輸?；鶐鬏斁褪窃诰€路中直接傳送數(shù)字信號的電脈沖，它是一種最簡單的傳輸方式，近距離通信的局域網(wǎng)都采用基帶傳輸。基帶傳輸時，需要解決的問題是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號表示及收發(fā)兩端之間的信號同步兩個方面。

1.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號表示對于傳輸數(shù)字信號來說，最常用的方法是用不同的電壓電平來表示兩個二進(jìn)制數(shù)字，即數(shù)字信號由矩形脈沖組成。（1）、非歸零碼NRZ（2）、歸零編碼RZ（3）、單極性編碼（4）、雙極性編碼

a)單極性不歸零脈沖

b)雙極性不歸零脈沖

c)單極性歸零脈沖

d)雙極性歸零脈沖

e)交替雙極性歸零脈沖

.2、歸零碼和不歸零碼、

單極性碼和雙極性碼的特點(diǎn)不歸零碼在傳輸中難以確定一位的結(jié)束和另一位的開始，需要用某種方法使發(fā)送器和接收器之間進(jìn)行定時或同步；歸零碼的脈沖較窄，根據(jù)脈沖寬度與傳輸頻帶寬度成反比的關(guān)系，因而歸零碼在信道上占用的頻帶較寬。單極性碼會積累直流分量，這樣就不能使變壓器在數(shù)據(jù)通信設(shè)備和所處環(huán)境之間提供良好絕緣的交流耦合，直流分量還會損壞連接點(diǎn)的表面電鍍層；雙極性碼的直流分量大大減少，這對數(shù)據(jù)傳輸是很有利的。3.同步過程1)位同步2)群同步1)位同步位同步又稱同步傳輸，它是使接收端對每一位數(shù)據(jù)都要和發(fā)送端保持同步。實現(xiàn)位同步的方法可分為外同步法和自同步法兩種。在外同步法中，接收端的同步信號事先由發(fā)送端送來，而不是自己產(chǎn)生也不是從信號中提取出來。即在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，發(fā)送端先向接收端發(fā)出一串同步時鐘脈沖，接收端按照這一時鐘脈沖頻率和時序鎖定接收端的接收頻率，以便在接收數(shù)據(jù)的過程中始終與發(fā)送端保持同步。

自同步法是指能從數(shù)據(jù)信號波形中提取同步信號的方法。典型例子就是著名的曼徹斯特編碼，常用于局域網(wǎng)傳輸。在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變，位中間的跳變既作時鐘信號，又作數(shù)據(jù)信號；從高到低跳變表示"1"，從低到高跳變表示"0"。還有一種是差分曼徹斯特編碼，每位中間的跳變僅提供時鐘定時，而用每位開始時有無跳變表示"0"或"1"，有跳變?yōu)?0"，無跳變?yōu)?1"。兩種曼徹斯特編碼是將時鐘和數(shù)據(jù)包含在數(shù)據(jù)流中，在傳輸代碼信息的同時，也將時鐘同步信號一起傳輸?shù)綄Ψ?，每位編碼中有一跳變，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良好的抗干擾性能。但每一個碼元都被調(diào)成兩個電平，所以數(shù)據(jù)傳輸速率只有調(diào)制速率的1/2。

圖2.9

數(shù)字信號的同步編碼

中間跳變1變100變01中間仍然跳變信號前沿0跳1不跳2)群同步在數(shù)據(jù)通信中，群同步又稱異步傳輸。是指傳輸?shù)男畔⒈环殖扇舾伞叭骸?。?shù)據(jù)傳輸過程中，字符可順序出現(xiàn)在比特流中，字符間的間隔時間是任意的，但字符內(nèi)各個比特用固定的時鐘頻率傳輸。字符間的異步定時與字符內(nèi)各個比特間的同步定時，是群同步即異步傳輸?shù)奶卣魅和絺鬏斆總€字符由四部組成：

1)1位起始位，以邏輯"0"表示；

2)5～8位數(shù)據(jù)位，即要傳輸?shù)淖址麅?nèi)容；

3)1位奇偶校驗位，用于檢錯；

4)1～2位停止位，以邏輯"1"表示,用作字符間的間隔。

圖2.10群同步的字符格式二、常用數(shù)據(jù)傳輸方式基帶傳輸、寬帶傳輸同步傳輸、異步傳輸多路復(fù)用2.2.4基帶傳輸與寬帶傳輸根據(jù)不同的通信要求，可以采用兩種不同的方式將數(shù)字信號在線路上進(jìn)行傳輸：基帶傳輸和寬帶傳輸；基帶傳輸：將數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換為脈沖信號加到電纜上傳送出去；---一般的，有脈沖表示1、無脈沖表示0；計算機(jī)局域網(wǎng)正是采用這種基帶傳輸方式；為了使數(shù)字信號能高效地在線路進(jìn)行基帶傳輸，我們采用各種方式的數(shù)字信號編碼，將數(shù)字信號進(jìn)行一定的編碼后，然后再在線路上進(jìn)行傳輸；具體的傳輸編碼方式包括：NRZ編碼、RZ編碼、曼徹斯特編碼、和差分曼徹斯特編碼；特點(diǎn)：簡單、信道利用率低；在傳輸時占用電纜的整個頻寬；易受電磁干擾。寬帶傳輸：將數(shù)據(jù)加載到載波信號上送出去，一般以正弦波作為載波，根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容改變載波的振幅、頻率或相位；可同時傳輸多個信號。即將數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)制后再在線路上進(jìn)行傳輸；由于線路都具有一定的頻寬，因此，可以將數(shù)字信號調(diào)制在多個不同的頻率上進(jìn)行傳輸，從而，可以提高線路的利用率；1002105809671MHz2Mhz3Mhz8Mhz2.2.5異步傳輸與同步傳輸同步的含義：數(shù)據(jù)在傳輸線上傳輸時,為保證發(fā)送端發(fā)送的信息能夠被接收端正確無誤地接收,要求發(fā)送端和接收端動作的起始時間和頻率保持一致的技術(shù)稱為“同步技術(shù)”（1）同步傳輸：在通信期間，雙方通過特定的方式一直保持時間上的同步；同步方法：用專門的時鐘通信線路；先發(fā)一串同步比特校準(zhǔn)時鐘再發(fā)數(shù)據(jù)；將同步信號疊加在所傳數(shù)據(jù)中同步傳輸通信效率高，質(zhì)量高，但實現(xiàn)技術(shù)復(fù)雜、成本也高（2）異步傳輸：采用特殊的“數(shù)據(jù)發(fā)送開始”和“數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束”這兩個特殊的標(biāo)志來指示接收方的動作；在傳送字符期間同步，不傳送字符期間可以不同步異步傳輸通信方式速率低，對高速信道不適用；但容易實現(xiàn)、成本低，在低速通信場合還有一定作用2.2.6多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)的原因及含義(1)減少遠(yuǎn)距離通信時的線路開支(2)降低單路信號通信時的線路帶寬的浪費(fèi)(3)所謂的多路復(fù)用技術(shù):是指將多路信號在單一的傳輸線路上同時傳輸

2.2.6多路復(fù)用技術(shù)常用的多路復(fù)用技術(shù):1.頻分多路復(fù)用(FDM):在物理信道能提供比單個原始信號寬的多的帶寬情況下,把物理信道的總帶寬劃分成若干個與單個信號帶寬相同(一般略寬,以防相鄰頻帶的串?dāng)_)的頻帶(段),用每個頻段來傳輸一路信號.

典型應(yīng)用:無線廣播,無線(有線)電視.特點(diǎn):①發(fā)射端在發(fā)射之前先將原始信號,用頻率調(diào)制到對應(yīng)的頻段,稱為”頻譜搬移”.②各頻帶的帶寬中預(yù)留有”保護(hù)帶”以防相鄰頻段信號的串?dāng)_.③一般用于”模擬信號”傳輸中.頻分多路復(fù)用技術(shù)CH2CH1CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬MUXCH1CH2CH3帶寬復(fù)用fFDM適用于模擬信號傳輸

典型例子：ADSL通信2.2.6多路復(fù)用技術(shù)2.時分多路復(fù)用(TDM):是以信道傳輸時間作為分割對象,通過為多個信道分配互不重疊的時間片來實現(xiàn)多路復(fù)用.⑴同步時分復(fù)用:將一條共享傳輸線路上的時隙按固定,預(yù)先決定好的形式分配給設(shè)備.注:此處的”同步”并非”同步傳輸”,而是指時間片預(yù)先分配給固定的數(shù)據(jù)源,不管數(shù)據(jù)源是否有數(shù)據(jù)要傳送,其所對應(yīng)的時間片都被傳輸出去.同步時分多路復(fù)用A2A1A3原始信號D2D1D3數(shù)字化信號MUX復(fù)用后數(shù)據(jù)時隙1234D3D2D1TDM適用于數(shù)字信號傳輸

時間片2.2.6多路復(fù)用技術(shù)(2)異步時分復(fù)用：將一條共享傳輸路線上的時隙動態(tài)，按需分配給設(shè)備的一種時分復(fù)用技術(shù)。注：與同步時分復(fù)用相比可克服時隙的浪費(fèi)，線路的容量可以小于所連接設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸速率總和。異步時分復(fù)用ABCD待發(fā)數(shù)據(jù)t1t2t3A1B1C2B2周期1周期2異步TDM可用帶寬A1B1C1D1C2D2A2B2周期1周期2同步TDM帶寬浪費(fèi)3、波分多路復(fù)用（WDM）

將光纖信道劃分為多個波段，相當(dāng)于FDM中的頻段，每路信號占用一個波段。光纖通道（fiberopticchannel）技術(shù)采用了波長分隔多路復(fù)用方法，簡稱為波分復(fù)用WDM;在一根光纖上復(fù)用80路或更多路的光載波信號稱為密集波分復(fù)用DWDM；目前一根單模光纖的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可以達(dá)到20Gb/s

。多路復(fù)用技術(shù)典型應(yīng)用實例