2.1.3 編碼與調製
資料無論是數字的還是模擬的,為了傳輸的目的都必須轉變成訊號,把資料變換為模擬訊號的過程稱為調製,把資料變換為數字訊號的過程稱為編碼。
訊號是資料的具體表示形式,它和資料有一定的關係,但又和資料不同。數字資料可以通過數字傳送器轉換成數字訊號傳輸,也可以通過放大器調製器轉換成模擬訊號傳輸;同樣,模擬資料可以通過PCM編碼器轉換成數字訊號傳輸,也可以通過放大器調製器轉換成模擬訊號傳輸。這樣就形成了下列四種編碼方式。
1、數字資料編碼為數字訊號
數字資料編碼用於基帶傳輸中,即在基本不改變數字資料訊號頻率的情況下,直接傳輸數字訊號。對於這種編碼方式,具體用什麼樣的數字訊號表示0以及用什麼樣的數字訊號表示1就是所謂的編碼。編碼的規則可以有多種,原則上只要能有效地把1和0區分開即可,常用的編碼方式有如下幾種:
(1)非歸零碼
非歸零碼(NRG)是用兩個電壓來表示兩個二進位制數字,如用低電平表示0,用高電平表示1,或者相反。這種編碼雖然容易實現,但沒有檢錯功能,而且也無法判斷一個碼元的開始和結束,以至於收發雙發難以保持同步。
(2)曼徹斯特編碼
曼徹斯特編碼將一個碼元分成兩個相等的間隔,前一個間隔為低電平後一個間隔為高電平表示碼元1,碼元0正好相反。也可以採用相反的規定。該編碼的特點是在每一個碼元的中間出現電平跳轉,位中間的跳轉既做時鐘訊號(可用於同步),又作資料訊號,但它所佔的頻頻寬度是原始的基頻寬度的兩倍。
(3)差分曼徹斯特編碼
差分曼徹斯特編碼常用於區域網傳輸,其規則是,若碼元為1,則前半個碼元的電平與上一個碼元的後半個碼元的電平相同,若為0,則相反。該編碼的特點是,在每個碼元的中間,都有一次電平的跳轉,可以實現自同步,且抗干擾性好。
(4)4B/5B編碼
將欲傳送資料流的每4位作為一組,然後按照4B/5B編碼規則將其轉換為相應的5位碼。5位碼共32中組合,但只採用其中的16種不同的4位碼,其他的16種作為控制碼(幀的開始和結束、線路的狀態資訊等)或保留。
2、數字資料調製為模擬訊號
數字資料調製技術在傳送端將數字訊號轉換為模擬訊號,而在接受端將模擬訊號還原為數字訊號,分別對應於調變解調器的調製和解調過程。基本的調製方法有:
1)幅移鍵控(ASK)。通過改變載波訊號的振幅來表示數字訊號1和0,而載波的頻率和相位都不改變,比較容易實現,但抗干擾能力差。
2)頻移鍵控(FSK)。通過改變載波訊號的頻率來表示數字訊號1和0,而載波的振幅和相位
3)相移鍵控(PSK)。通過改變載波訊號的相位來表示數字訊號的1和0,而載波的振幅和頻率都不改變,它又分為絕對調相和相對調相。
4)正交振幅調製(QAM)。在頻率相同的前提下,將ASK和PSK結合起來,形成疊加訊號。設波特率為B,採用m個相位,每個相位有n種振幅,則該QAM技術的資料傳輸率R為
R=Blog2 (m*n) (單位:b/s)
2ASK中用載波有幅度和無幅度分別表示數字資料的“1”和0;
2FSK中用兩種不同的頻率分來表示數字資料“1”和“0”;
2PSK中用相位0和相位π分別表示數字資料的“1”和“0”,是一種絕對調和方式;
3.模擬資料編碼為數字訊號
該編碼方法最典型的例子就是常用於對音訊訊號進行編碼的脈碼調製(PCM)。它主要包括三個步驟,即抽樣(參照取樣定理)、量化和編碼。
1)抽樣是指對模擬訊號進行週期性掃描,把時間上連續的訊號變成時間上離散的訊號。根據抽樣定理,當抽樣的頻率大於或等於模擬資料的頻帶頻寬(最高變化頻率)的兩倍時,所得的離散訊號可以無失真地代表被抽樣的模擬資料。
2)量化是把抽樣取得的電平幅值按照一定的分級標度轉化為對應的數字值,並取整數,這樣就把連續的電平幅值轉化為離散的數字量。
3)編碼則是把量化的結果轉化為與之對應的二進位制編碼。
4.模擬資料調製為模擬訊號
為了實現傳輸的有效性,可能需要較高的頻率。這種調製方式還可以使用頻分(FDM)複用技術,充分利用頻寬資源,在電話機和本地局交換機所傳輸的訊號是採用模擬訊號傳輸模擬資料的編碼方式;模擬的聲音資料是載入到模擬的載波訊號中傳輸的。