物理层-数据编码与信号调制

数据编码与信号调制

    • 基带信号与宽带信号
      • 信道
      • 信道上传送的信号
    • 编码与调制
      • 数字数据编码为数字信号
      • 数字数据调制为模拟信号
      • 模拟数据编码为数字信号
      • 模拟数据调制为模拟数据

基带信号与宽带信号

信道

  • 模拟信道 数字信道
  • 无线信道 有线信道

信道上传送的信号

  • 基带信号 (直接表达要传输信息的信号,例如计算机的基带信号为离散的数字信号,人类的声波基带信号为模拟信号) 在计算机网络中,基带信号将数字信号1和0直接用两种不同的电压表示,再送到数字信道上去传输(基带传输)。
  • 宽带信号 将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号,在传送到模拟信道上传输(宽带传输)。把基带信号经过载波调制后,把信号的频率搬移到较高的频段以便在信道中传输(即仅在一段频率范围内能够通过信道)

在传输距离较近时,采用基带传输
在传输距离较远时,采用宽带传输

编码与调制

把数据转成信号的手段
物理层-数据编码与信号调制_第1张图片

数字数据编码为数字信号

  1. 非归零编码(NRZ)
  2. 曼彻斯特编码
  3. 差分曼彻斯特编码
  4. 归零编码
  5. 反向不归零编码
  6. 4B/5B编码
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    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    信号电平翻转表示0,信号电平不变表示1。
    非归零编码、归零编码和反向不归零编码都需要额外的信道传输时钟信号。
    曼彻斯特编码 将一个码元分成两个相等的间隔,每一个码元中间出现电平跳变,位中间的电平跳变既作时钟信号(可用于同步),又做数据信号,但它所占的频带宽度原始的基带宽度的两倍(每一个码元被分成两个部分,脉冲个数n*2表示n比特)。
    差分曼彻斯特编码 同1异0,作用的是下一个码元,每个码元中间位置都会发生跳变
    4B/5B编码 编码效率为80%,用5比特的编码表示4比特的数据,16种做一一对应的编码,16种做控制码。

数字数据调制为模拟信号

数字数据调制技术在发送端数字信号转换为模拟信号,而在接收端模拟信号还原为数字信号,分别对应于调制解调器的调制解调过程。
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调幅+调相(QAM)
在这里插入图片描述
1200*log(2,16) = 4800bit/s

模拟数据编码为数字信号

计算机内部处理的是二进制数据,处理的都是数字音频,,所以需要将模拟音频通过采样、量化转换成有限个数字表示的离散序列(数字音频)(即实现音频数字化)。
最典型的例子就是对音频信号进行编码的脉码调制(PCM),在计算机应用中,能够达到最高保真水平的就是PCM编码,被广泛用于素材保存及音乐鉴赏,CD、DVD以及我们常见的WAV文件中均有应用。它主要包括三步:抽样、量化、编码
1.抽样:对模拟信号周期性扫描,把时间上连续的信号变成时间上离散的信号
为了使所得的离散信号能无失真地代表被抽样的模拟信号,要使用采样定理进行采样
在这里插入图片描述
2.量化: 把抽样所得的电平幅值 按照一定的分级标准 转化成对应的数字值,并取整数,这就把连续的电平幅值 转化为 离散的数字量
3.编码: 把量化的结果(离散的数字量)转换为与之对应的二进制编码
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模拟数据调制为模拟数据

为了实现传输的有效性,可能需要较高的频率。这种调制方法还可以使用频分复用技术,充分利用带宽资源。在电话机和本地交换机传输的信号是采用模拟信号传输数据的方式;模拟的声音数据是加载到模拟的载波信号中传输的。
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