互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)數(shù)據(jù)信號的傳輸

  在通信系統(tǒng)中，要把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或模擬數(shù)據(jù)從一個地方傳到另一個地方需借助于一定的物理信號，如電磁波和光，而物理信號可以是連續(xù)的模擬信號，也可以是離散的數(shù)字信號。

  要傳送的數(shù)據(jù)可通過編碼形成兩種信號（模擬信號和數(shù)字信號）中的一種，從而產(chǎn)生4種數(shù)據(jù)傳輸形式，即模擬信號傳輸模擬信號、模擬信號傳輸數(shù)字信號、數(shù)字信號傳輸模擬信號、數(shù)字信號傳輸數(shù)字信號，

  1.基帶傳輸

  由計算機(jī)或終端產(chǎn)生的未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號所占用的頻率范圍叫做基本頻帶，簡稱基帶。這種數(shù)字信號就稱基帶信號。傳送數(shù)據(jù)時，以原封不動的形式，把基帶信號送入傳輸線路，稱為基帶傳輸。

  使用基帶傳輸時，首先要解決信號的編碼問題，即如何將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)用物理信號（如電信號）的波形來表示，用來表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的電信號的波形可以有多種形式。數(shù)字信號是離散的不連續(xù)的電壓或電流的脈沖序列，每個脈沖代表一個信號單元，或稱為碼元。對于二進(jìn)制的數(shù)據(jù)信號來說，用兩種碼元分別表示二進(jìn)制數(shù)字符號“1”和“0”,每個二進(jìn)制符號與一個碼元相對應(yīng)。表示二進(jìn)制數(shù)字信息的碼元的形式不同，便產(chǎn)生出不同的編碼方案。下面主要介紹單極性不歸零碼、雙極性不歸零碼、單極性歸零碼、雙極性歸零碼、曼徹斯特碼和差分曼徹斯特碼等。

  （1）單極性不歸零碼

  圖1-5所示為單極性不歸零碼，在每一碼元時間間隔內(nèi)，有電流發(fā)出表示二進(jìn)制的1,無電流發(fā)出則表示二進(jìn)制的0.每一個碼元時間的中心是采樣時間，判決門限為半幅度電平，即0.5.若接收信號的值在0.5與1.0之間，就判為1:若在0與0.5之間就判為0.每秒鐘發(fā)送的二進(jìn)制碼元數(shù)稱為碼速，其單位為波特（Baud）。在二進(jìn)制情況下，1波特與信息傳輸速率1bit/s相當(dāng)，即碼元速率等于信息速率。

  （2）雙極性不歸零碼

  圖1-6所示為雙極性不歸零碼，在每一碼元時間間隔內(nèi)，發(fā)正電流表示二進(jìn)制的1,發(fā)負(fù)電流則表示二進(jìn)制的0.正的幅值和負(fù)的幅值相等，所以稱為雙極性不歸零碼。這種情況的判決門限定為零電平。接收信號的值如在零電平以上，判為1:如在零電平以下判為0.

  以上兩種編碼信號是在一個碼元全部時間內(nèi)發(fā)出或不發(fā)出電流，或在全部碼元時間內(nèi)發(fā)出正電流或負(fù)電流，屬于全寬碼，即每一位碼占用全部的碼元寬度，即不歸零。如重復(fù)發(fā)送“1”,就要連續(xù)發(fā)送正電流，如重復(fù)發(fā)送“0”,就要連續(xù)不送電流或連續(xù)發(fā)送負(fù)電流。

  （3）單極性歸零碼

  圖1-7所示為單極性歸零碼，在每一碼元時間間隔內(nèi)，當(dāng)發(fā)“1”時，發(fā)出正電流，但是發(fā)電流的時間短于一個碼元的時間，即發(fā)一個窄脈沖；當(dāng)發(fā)“0”時，仍然完全不發(fā)送電流。這樣發(fā)“1”時有一部分時間不發(fā)電流，幅度降為零電平，故稱為歸零碼。

  （4）雙極性歸零碼

  圖1-8所示為雙極性歸零碼，在每一碼元時間間隔內(nèi)，當(dāng)發(fā)“1”時，發(fā)出正的窄脈沖；當(dāng)發(fā)“0”時，發(fā)出負(fù)的窄脈沖。

  雙極性歸零碼的另一種形式稱為交替雙極性歸零碼（AMI）。在發(fā)送過程中，發(fā)“1”窄脈沖的極性總是交替的，即如果發(fā)前一個“1”用正脈沖，則發(fā)后一個“1”用負(fù)脈沖：而發(fā)“0”時不發(fā)脈沖。

  （5）曼徹斯特碼

  曼徹斯特碼（ManchesterCode）是一種雙相碼。在圖1-9中用高電平到低電平的轉(zhuǎn)換邊

  表示“0”,而用低電平到髙電平的轉(zhuǎn)換邊表示“1”,位中間的電平轉(zhuǎn)換邊既表示了數(shù)據(jù)代碼，也作為定時信號使用。曼徹斯特編碼用在以太網(wǎng)中。

  （6）差分曼徹斯特碼

  差分曼徹斯特編碼也是一種雙相碼，如圖1-10所示。和曼徹斯特編碼不同的是，這種編碼的碼元中間的電平轉(zhuǎn)換邊只作為定時信號，而不表示數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的表示在于每一位開始處是否有電平轉(zhuǎn)換：有電平轉(zhuǎn)換表示“0”,無電平轉(zhuǎn)換表示“1”,差分曼徹斯特編碼用在令牌環(huán)網(wǎng)中。

  以上各種編碼各有優(yōu)缺點。第一，脈沖寬度越大。發(fā)送信號的能量就越大，這對于提高接收端的信噪比有利。第二，脈沖時間寬度與傳輸頻帶寬度成反比關(guān)系，歸零碼的脈沖比全寬碼的窄，因此它們在信道上占用的頻帶就較寬，歸零碼在頻譜中包含了碼元的速率，也就是說，發(fā)送頻譜中包含有碼元的定時信息。第三，雙極性碼與單極性碼相比，直流分量和低頻分量減少了，如果數(shù)據(jù)序列中“1”和“0”的位數(shù)相等，那么雙極性碼就沒有直流分量，交替雙極性碼也沒有直流分量，這一點對于傳輸是有利的。第四，曼徹斯特碼和差分曼徹斯特碼在每一個碼元中均有躍變。沒有直流分量，利用這些躍變可自動計時，因而便于同步。

  在數(shù)據(jù)通信中，選擇什么樣的數(shù)據(jù)編碼要根據(jù)傳輸?shù)乃俣?、信道的帶寬、線路的質(zhì)量以及實現(xiàn)的價格等因素綜合考慮。

  2.頻帶傳輸

  信號每秒鐘變化的次數(shù)叫頻率，單位為赫茲（Hz）。信號的頻率有高有低，從低頻到高頻的范圍叫頻帶，不同的信號有不同的頻帶。

  頻帶傳輸是指把數(shù)字設(shè)備上發(fā)出的數(shù)字信號調(diào)制成模擬信號后再發(fā)送、傳輸，到達(dá)接收端時再把模擬信號解調(diào)成原來的數(shù)字信號來進(jìn)行傳輸。

  使用模擬信號傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)時，需要借助于調(diào)制解調(diào)裝置，把數(shù)字信號（基帶脈沖）轉(zhuǎn)換成模擬信號，使其變?yōu)檫m合于電話線路傳輸?shù)男盘?。調(diào)制就是用基帶脈沖對載波信號的某些參量進(jìn)行控制，使這些參量隨基帶脈沖變化。經(jīng)過調(diào)制的信號稱為已調(diào)信號。已調(diào)信號通過電話線路傳輸?shù)浇邮斩?，在接收端通過解調(diào)恢復(fù)為基帶脈沖。

  任何載波信號有3個參堪：：振幅（A）、頻率（f）和相位（P）。相應(yīng)地，把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號就有3種基本技術(shù)：振幅調(diào)制（ASK）、頻率調(diào)制（FSK）和相位調(diào)制（PSK）。

  （1）振幅調(diào)制

  振幅調(diào)制又稱為振幅鍵控（ASK），它是用數(shù)字基帶信號控制正弦載波信號的振幅。當(dāng)傳輸?shù)幕鶐盘枮椤?”時，振幅調(diào)制信號的振幅保持某個電平不變，即有載波信號輸出：當(dāng)傳輸?shù)幕鶐盘枮椤?”時，振幅調(diào)制信號的振幅為零，即沒有載波信號輸出。振幅調(diào)制實際上相當(dāng)于用一個受數(shù)字的基帶信號控制的開關(guān)來開啟和關(guān)閉正弦載波信號的輸出。

  （2）頻率調(diào)制

  頻率調(diào)制又稱為頻率鍵控（FSK），它是用數(shù)字基帶信號控制正弦載波信號的頻率f.當(dāng)傳輸?shù)幕鶐盘枮椤?”時，頻率調(diào)制信號的角頻率為2πƒ1;當(dāng)傳輸?shù)幕鶐盘枮椤?”時，頻率調(diào)制信號的角頻率為2πƒ2.

  （3）相位調(diào)制

  相位調(diào)制又稱為相位鍵控（PSK），它是用數(shù)字基帶信號控制正弦載波信號的相位。相位調(diào)制又可分為絕對相移調(diào)制和相對相移調(diào)制。

  絕對相移調(diào)制是利用正弦載波的不同相位直接表示數(shù)字。當(dāng)傳輸?shù)幕鶐盘枮椤?”時，絕對相移調(diào)制信號和載波信號的相位差為0:當(dāng)傳輸?shù)幕鶐盘枮椤?”時，絕對相移調(diào)制信號和載波信號的相位差為π。

  相對相移調(diào)制是利用前后碼元信號相位的相對變化來傳送數(shù)字信息。當(dāng)傳輸?shù)幕鶐盘枮椤?”時，后一個碼元信號和前一個碼元信號的相位差為當(dāng)傳輸?shù)幕鶐盘枮椤?”時，后一個碼元信號和前一個碼元信號的相位差為0.

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