第五章 编码与调制.ppt

第五章 编码与调制  引 言 正如第4章所讨论的，在通过传输介质发送之前，信息必须转换成信号。 信息的转换方式依赖于其原始格式和通信硬件采用的格式。例如想用烽火信号来发送一封情书，就必须在点起火堆之前知道哪一种烟火模式对应报文中的哪一个词。词是信息，而一股烟表示一个信息。 引 言 一个简单的信号本身并不携带很多的信息。信号必须经过处理，以包含一些可识别的变化来表示各种信息，这些变化是发送方和接收方所共知的。例如，信息可以通过美国国家信息交换标准代码（ASCII码）转变为约定的“0”和“1”模式。 数据在计算机中以“0”和“1”的形式存储。为了从一个地方传送到另一个地方（计算机内部或计算机外部），数据通常需要转换成数字信号。这一过程称为数字到数字的转换或把数字数据编码成数字信号。 有时需要把模拟信号（如电话交谈中的语音）转换成数字信号，以减少噪声。这一过程称为模拟到数字的转换或模拟信号数字化。 引 言 有时需要在传输模拟信号的介质上传输来自计算机的数字信号（例如，利用公用电话线路将数据从一个地方传送到另一个地方），则由计算机生成的数字信号必须转换成模拟信号。这一过程称为数字到模拟的转换或数字调制。 利用模拟介质可长距离传输模拟信号。例如，广播电台的语音是模拟信号，在空中传输，但是，语音的频率不适宜于这类传输，应该利用高频信号作为载波进行传输。这一过程称为模拟到模拟的转换或模拟调制。 引 言 引 言 5.1 数字/数字转换 数字/数字转换时用数字信号来表示数字信息。例如，当数据从计算机传输到到打印机时，原始数据和传输数据都是数字的。在这种情况下，由计算机产生的0和1被转换成一串可以再导线上传输的电压脉冲。图5.1给出了数字信息、数字/数字编码器和产生数字信号之间的关系。 5.1 数字/数字转换 实现数字/数字转换的编码方法有多种，为此只讨论在数据通信中常用的编码方法。这些编码方法可以分为3类：单极性码、极化编码和双极性编码。单极性编码很简单，在实际应用中只有一种技术。极化编码可进一步分为非归零（NRZ）编码、归零（NR）编码和双相位编码。单极性编码和极化编码有多种变体，双极性编码由三种变体，即AMI、B8ZS和HDB3码。 5.1 数字/数字转换 5.1.1 单极性编码 单极性编码是最简单、最基本的一种数字/数字转换方法。尽管它几乎已经过时了，但其简单性便于理解更为复杂的编码系统，而且便于了解所有数字传输系统中可能遇到的问题。 数字传输系统通过在链路上(通常是电缆或导线)发送电压脉冲来工作。在许多编码方法中，通常制定两个电压值分别代表二进制的0和1.。脉冲的极性是指电压的正负。单极性编码是指仅使用一个电压值，并指定为二进制两个状态中的一个，通常是1；另一个状态通常是0，既由电压0来表示。 5.1 数字/数字转换 5.1.1 单极性编码 图5.2所示为单极性编码的示意图。此例中，正电压代表二进制1，零电压代表二进制0.除了简单直观外，单极性编码还具有实现成本低廉的优点。但是，单极性编码存在直流分量和同步等问题使其在实际应用中效果不理想。 5.1 数字/数字转换 5.1.1 单极性编码 1.直流分量 单极性编码信号的平均振幅不是零，因此存在直流分量（频率为0的分量）的问题。当一个信号含有直流分量时，它是无法通过不具备处理直流分量能力的传输介质的。 2.同步 当一个信号不发生改变时，接收方无法确定每个比特的开始和结束。所以，在单极性编码中，当数据流中包含一长串连续的1或0时，就会出现同步问题。数字编码中往往通过电压的变化来表示比特位的改变。信号发生改变的同时也说明了一个比特位结束而下一个比特位的开始。 5.1 数字/数字转换 5.1.1 单极性编码 2.同步 但是，在单极性编码中，当出现一串相同的比特时，例如7个1，不会引起电压的变化，只是一个不间断的、7倍于单个比特持续时间的正电压。当无法通过信号变化来指明下一个比特的开始时，接收方只能依赖于定时器。例如，一个信号的比特率为1000b/s，如果接收方检测到一个长度为0.005的正电压，则每0.001s读入一个1，即是5个1.。 5.1 数字/数字转换 5.1.1 单极性编码 2.同步 但是，若发送方与接收方的时钟不能同步则会使信 号时序发生扭曲。例如，数据流中的5个1可能被拉 长为0.006s，从而对导致接收方多读入了一个1.这个 多余的1将扰乱后继所有的数据。解决单极性编码传 输中的同步控制问题的一种方法是利用一条独立的 并行线路来传输时钟脉冲，并使接收方设备对该信 号的定时器进行重新同步。但这样会使传输线路加 倍而增加开销，因此成本较高。 5.1 数字/数字转换 5.1.2 极化编码 极化编码利用一个正电压和一个负电压来编码信号。通过使用正负两种电压，可降低大多数极化编