2.2數據編碼技術和數據傳輸方式首先回顧一下信息傳輸過程:廣州北京39要將“39”這個數字傳輸到北京通過電話進行情感交流39100111100111vt模擬信號和數字信號通信的特點模擬信號通信的特點：●傳輸距離遠；●效率低；●信號質量差；數字信號通信的特點：●傳輸距離不遠；●抗干擾能力弱；●傳輸效率高；為了使揚長避短，在不同的場合，我們必須要將表示數據的信號進行相應的轉換后再進行傳輸----如：數字信號模擬傳輸、或模擬信號數字傳輸；這種將傳輸數據用不同形式的傳輸信號進行表示的處理技術我們簡稱為數據編碼技術，數據在傳輸過程中采用的處理方式我們簡稱為數據傳輸方式一、數據編碼技術2.2.1數字數據的模擬信號編碼2.2.2模擬數據的數字信號編碼2.2.3數字數據的數字信號編碼2.2.1數字數據的模擬信號編碼

(即數字信號的模擬傳輸)

廣州北京39要將“39”這個數字傳輸到北京；39100111100111vt由于在數字信號通信方式中，信號傳輸距離近、抗干擾能力弱，因此，為了使數字信號能進行長距離的可靠傳輸，常常將數字信號“搭載”到一個高頻的模擬信號上進行傳輸，實現數字信號與模擬信號互換的設備稱作調制解調器(Modem)。調制：由發送端將數字數據信號轉換成模擬數據信號的過程稱為“調制”解調：在接收端把模擬數據信號還原為數字數據信號的過程稱為“解調”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模擬信號傳輸的基礎是載波，載波具有三大要素：幅度、頻率和相位，數字數據可以針對載波的不同要素或它們的組合進行調制。移幅鍵控

（amplitudeshiftkeying,ASK）

um·sin（ω1t+φ0）數字1u（t）=0(或un·sin（ω1t+φ0）)

數字0移幅鍵控ASK信號實現容易，技術簡單，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制的兩種狀態。ASK方式容易受增益變化的影響，是一種低效的調制技術。在電話線路上，通常只能達到1200bps的速率。2.移頻鍵控

（frequency-shiftkeying，FSK）

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

（phase-shiftkeying，PSK）

絕對調相

um·sin（ωt+0）數字1u（t）=um·sin（ωt+π）數字0移相鍵控可以分為：絕對調相相對調相

二相調相多相調相在PSK方式下，用載波信號相位移動來表示數據。PSK可以使用二相或多于二相的相移，利用這種技術，可以對傳輸速率起到加倍的作用。數字數據的模擬信號編碼圖

數字調制的三種基本形式：移幅鍵控法ASK、移頻鍵控法FSK、移相鍵控法PSK。

2.2.2模擬數據的數字信號編碼

--模擬信號的數字傳輸通過電話進行情感交流1.脈碼調制PCM。脈碼調制是以采樣定理為基礎，對連續變化的模擬信號進行周期性采樣，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造出原始信號。采樣定理表達公式: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，使連續模擬信號變為時間軸上的離散值；3)編碼，將離散值變成一定位數的二進制數碼。2.2.3數字數據數字信號編碼方法數字信號可以直接采用基帶傳輸。基帶傳輸就是在線路中直接傳送數字信號的電脈沖，它是一種最簡單的傳輸方式，近距離通信的局域網都采用基帶傳輸。基帶傳輸時，需要解決的問題是數字數據的數字信號表示及收發兩端之間的信號同步兩個方面。

1.數字數據的數字信號表示對于傳輸數字信號來說，最常用的方法是用不同的電壓電平來表示兩個二進制數字，即數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不歸零碼在傳輸中難以確定一位的結束和另一位的開始，需要用某種方法使發送器和接收器之間進行定時或同步；歸零碼的脈沖較窄，根據脈沖寬度與傳輸頻帶寬度成反比的關系，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據通信設備和所處環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的表面電鍍層；雙極性碼的直流分量大大減少，這對數據傳輸是很有利的。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據都要和發送端保持同步。實現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送端送來，而不是自己產生也不是從信號中提取出來。即在發送數據之前，發送端先向接收端發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，以便在接收數據的過程中始終與發送端保持同步。

自同步法是指能從數據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，又作數據信號；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"，有跳變為"0"，無跳變為"1"。兩種曼徹斯特編碼是將時鐘和數據包含在數據流中，在傳輸代碼信息的同時，也將時鐘同步信號一起傳輸到對方，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成兩個電平，所以數據傳輸速率只有調制速率的1/2。

圖2.9

數字信號的同步編碼

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)群同步在數據通信中，群同步又稱異步傳輸。是指傳輸的信息被分成若干“群”。數據傳輸過程中，字符可順序出現在比特流中，字符間的間隔時間是任意的，但字符內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各個比特間的同步定時，是群同步即異步傳輸的特征群同步傳輸每個字符由四部組成：

1)1位起始位，以邏輯"0"表示；

2)5～8位數據位，即要傳輸的字符內容；

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、常用數據傳輸方式基帶傳輸、寬帶傳輸同步傳輸、異步傳輸多路復用2.2.4基帶傳輸與寬帶傳輸根據不同的通信要求，可以采用兩種不同的方式將數字信號在線路上進行傳輸：基帶傳輸和寬帶傳輸；基帶傳輸：將數據直接轉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；計算機局域網正是采用這種基帶傳輸方式；為了使數字信號能高效地在線路進行基帶傳輸，我們采用各種方式的數字信號編碼，將數字信號進行一定的編碼后，然后再在線路上進行傳輸；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：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：將數據加載到載波信號上送出去，一般以正弦波作為載波，根據數據內容改變載波的振幅、頻率或相位；可同時傳輸多個信號。即將數字信號進行調制后再在線路上進行傳輸；由于線路都具有一定的頻寬，因此，可以將數字信號調制在多個不同的頻率上進行傳輸，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：數據在傳輸線上傳輸時,為保證發送端發送的信息能夠被接收端正確無誤地接收,要求發送端和接收端動作的起始時間和頻率保持一致的技術稱為“同步技術”（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；先發一串同步比特校準時鐘再發數據；將同步信號疊加在所傳數據中同步傳輸通信效率高，質量高，但實現技術復雜、成本也高（2）異步傳輸：采用特殊的“數據發送開始”和“數據發送結束”這兩個特殊的標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、成本低，在低速通信場合還有一定作用2.2.6多路復用技術多路復用技術的原因及含義(1)減少遠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(3)所謂的多路復用技術:是指將多路信號在單一的傳輸線路上同時傳輸

2.2.6多路復用技術常用的多路復用技術:1.頻分多路復用(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,以防相鄰頻帶的串擾)的頻帶(段),用每個頻段來傳輸一路信號.

典型應用:無線廣播,無線(有線)電視.特點:①發射端在發射之前先將原始信號,用頻率調制到對應的頻段,稱為”頻譜搬移”.②各頻帶的帶寬中預留有”保護帶”以防相鄰頻段信號的串擾.③一般用于”模擬信號”傳輸中.頻分多路復用技術CH2CH1CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬MUXCH1CH2CH3帶寬復用fFDM適用于模擬信號傳輸

典型例子：ADSL通信2.2.6多路復用技術2.時分多路復用(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多路復用.⑴同步時分復用:將一條共享傳輸線路上的時隙按固定,預先決定好的形式分配給設備.注:此處的”同步”并非”同步傳輸”,而是指時間片預先分配給固定的數據源,不管數據源是否有數據要傳送,其所對應的時間片都被傳輸出去.同步時分多路復用A2A1A3原始信號D2D1D3數字化信號MUX復用后數據時隙1234D3D2D1TDM適用于數字信號傳輸

時間片2.2.6多路復用技術(2)異步時分復用：將一條共享傳輸路線上的時隙動態，按需分配給設備的一種時分復用技術。注：與同步時分復用相比可克服時隙的浪費，線路的容量可以小于所連接設備數據傳輸速率總和。異步時分復用ABCD待發數據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3、波分多路復用（WDM）

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

。多路復用技術典型應用實例