2 物理层(二):数据编码和调制

目录

  • 1 数据编码和调制
    • 1.1 数字数据的数字信号编码
      • 1、常见概念
      • 2、二进制数字数据的数字信号编码方法
    • 1.2 模拟数据的数字信号编码
      • 1、脉冲振幅调制(PAM)
      • 2、脉冲编码调制(PCM)
      • 3、采样频率
    • 1.3 数字数据的模拟调制
    • 1.4 模拟数据的模拟调制

1 数据编码和调制

数据通信中,信息必须先转换为信号,模拟数据和数字数据都可以用模拟信号或数字信号来表示,相应地在数据传输时可以用模拟信道和数字信道来传输。

  • 编码是将模拟数据或数字数据变换成数字信号
  • 调制是将模拟数据或数字数据变换成模拟信号

1.1 数字数据的数字信号编码

1、常见概念

  • 比特间隔(相当于周期):发送一个比特所需要的时间,
  • 比特率(相当于频率):每秒发送的比特位数(用bps作为单位)
  • 极性码:包括正极和负极,一般用正极表示二进制的“0”,负极表示二进制的“1”。
  • 单极性码,只使用了一个极性,然后加上零电平来表示二进制中的“0”和“1”,具体是用正极(正电平)表示“0”,用零电压(零电平)表示“1”
  • 双极性码,使用的正负两个极性,然后再加上零电平来表示,这双极性码对于极性码和单极性码稍微有一点点改变。用零电平表示二进制“0”,用正负电平来表示二进制“1”
  • 电平:是指两功率或电压之比的对数,有时也可用来表示两电流之比的对数。电平的单位分贝用dB表示。
  • 归零码是信号电平在一个码元之内都要恢复到零的编码方式,它包括曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码两种编码方式。它是一种二进制信息的编码,用极性不同的脉冲分别表示二进制的“1”和“0”,在脉冲结束之后要维持一段时间的零电平。
  • 不归零码:二进制数字信号的一种传输形式,其中表示1和0的正、负脉冲在1比特周期中不回到零电平。
  • 双相位编码:当表示一位数字信号的编码时,在信号的中间将电压变为相反(注意不是归零,而是由正电压变为负电压,或由负电压变为正电压)

2、二进制数字数据的数字信号编码方法

2 物理层(二):数据编码和调制_第1张图片

1.2 模拟数据的数字信号编码

1、脉冲振幅调制(PAM)

脉冲振幅调制PAM(Pulse Amplitude Modulation)是一种数字信号处理技术,它将数字信号转换为脉冲形式的电压信号,从而实现数据传输。

原理是:先将数字信号转换为脉冲形式,然后根据数字信号的值来调整脉冲的振幅。

脉冲振幅调制PAM的脉冲振幅可以分为三种:恒定振幅、变振幅和可调振幅。
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2、脉冲编码调制(PCM)

脉冲编码调制(PCM, pulse code modulation,也可以叫脉码调制)是将模拟信号变换成二进制信号的最基本和最常用的方法,主要包括抽样、量化和编码3个过程。
量化是一种对采样结果赋予一个特定范围内的整数值的方法。
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3、采样频率

采样频率也称为采样速度或者采样率,定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数。

采样频率决定模拟数据的数字信号编码的质量,根据奈奎斯特定理(Nyquist Theorem),采样频率是原始的有效信号中最高频率分量或其带宽的2倍

1.3 数字数据的模拟调制

实现数字信号与模拟信号互换的设备称为调制解调。

模拟信号通常是载波信号,载波信号具有振幅、频率和相位三大要素,相应地有三种基本调制技术:幅移键控法、频移键控法和相移键控法。

调制技术 定义 解释
幅移键控法(ASK) 以基带数字信号控制载波的幅度变化的调制方式称为幅移键控(ASK),又称数字调幅 幅移键控是通过改变载波信号的振幅大小来表示数字信号“1”和“0”的,以载波幅度A1表示数字信号“1”,用载波幅度A2表示数字信号‘0’ 2 物理层(二):数据编码和调制_第4张图片
频移键控法(FSK) 以数字信号控制载波频率变化的调制方式,称为频移键控(FSK) 根据已调波的相位连续与否,频移键控分为两类:相位不连续的频移键控和相位连续的频移键控 ;优点:实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用 2 物理层(二):数据编码和调制_第5张图片
相移键控法(PSK) 相移键控法PSK(Phase Shift Keying)也称相位键控,是通过改变正弦载波信号的相位来表示两个二进制值,振幅和频率保持不变。 2 物理层(二):数据编码和调制_第6张图片
正交调幅(QAM) 正交调幅(quadrature amplitude modulation,简称QAM)是将两个调制信号分别对频率相等、相位相差90°的两个正交载波进行调幅,然后再将这两个调幅信号进行矢量相加,从而得到的调幅信号称为正交调幅信号 正交调幅是一种将两种调幅信号汇合到一个信道的方法,因此会双倍扩展有效带宽,正交调幅被用于脉冲调幅 2 物理层(二):数据编码和调制_第7张图片

1.4 模拟数据的模拟调制

模拟数据经由模拟通信系统传输时不需进行变换,模拟数据经由模拟通信系统传输时不需进行变换。

模拟调制有调幅AM(Amplitude Modulation)、调频FM(Frequency Modulation)和调相PM(Phase Modulation)三种调制技术,最常用的是调幅和调频技术。
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