【計算機網(wǎng)絡(luò)】編碼和調(diào)制

2022-02-05 19:28 作者:C語言實驗室 0人讀過 | 我要投稿

計算機需要處理用戶的文字、音頻、視頻等，可統(tǒng)稱為消息（message），
數(shù)據(jù)（data）是運送消息的實體，計算機只能處理二進制數(shù)據(jù)，
計算機中的網(wǎng)卡就比特0和1變?yōu)殡娦盘柊l(fā)送到網(wǎng)線，即信號是數(shù)據(jù)的電磁表現(xiàn)
信源發(fā)出的信號稱為基帶信號，基帶信號可分為：數(shù)字基帶信號（如CPU與內(nèi)存之間的信號）和模擬基帶信號（如麥克風收到音頻后產(chǎn)生的信號）

信號需要在信道上傳輸，信道分為數(shù)字信道和模擬信道兩種，

在不改變信號性質(zhì)的前提下，僅對數(shù)字基帶信號的波形進行變換，稱為編碼，編碼后產(chǎn)生的信號仍為數(shù)字信號，可以在數(shù)字信道中傳輸（如曼徹斯特編碼）

將數(shù)字基帶信號的范圍搬移到較高頻段，并轉(zhuǎn)換為模擬信號，稱為調(diào)制，調(diào)制后產(chǎn)生的信號是模擬信號，模擬信號可以在模擬信道中傳輸（如WiFi）

對模擬基帶信號也有編碼和調(diào)制

碼元：使用時間域的波形表示數(shù)字信號時，代表不同離散數(shù)值的基本波形。

碼元就是構(gòu)成一段信號的一個基本波形，一個基本波形可以表示比特0或者1，上圖由兩種碼元表示。

常用編碼

不歸零編碼
歸零編碼
曼徹斯特編碼
差分曼徹斯特編碼

不歸零編碼：正電平表示比特1，負電平表示比特0，在整個碼元時間內(nèi)，不會出現(xiàn)零電平

不歸零編碼表示的方式很簡單，上圖表示的編碼為10010111

接收端如何判斷下面表示的碼元個數(shù)？

需要接收方的接收與發(fā)送方的發(fā)送做到嚴格的同步。

需要一根額外的傳輸線來傳輸時鐘信號，使發(fā)送方和接收方同步。否則，當出現(xiàn)如圖所示情況，多個碼元相同，且連續(xù)傳輸，沒有嚴格的時鐘同步，就接收方就不知道到底是幾個高頻和幾個低頻。

對于計算機網(wǎng)絡(luò)，寧愿利用這根傳輸線傳輸數(shù)據(jù)信號，也不愿意用來傳輸時鐘信號，因此，不歸零編碼存在時鐘同步問題

每個碼元傳輸結(jié)束后信號都要“歸零”，所以接收方只要在信號歸零后進行采用即可，不需要單獨的時鐘信號。例如上圖表示的編碼可以是10010111，每個碼元傳輸結(jié)束就“歸零”。

實際上，歸零編碼相當于把時鐘信號用“歸零”方式編碼在數(shù)據(jù)之內(nèi)，這稱為“自同步”信號

但是，歸零編碼中大部分的數(shù)據(jù)帶寬都用來傳輸“歸零”而被浪費掉了。所以歸零編碼的特點是自同步，編碼效率低。

在每個碼元的中間時刻，信號都會發(fā)生跳變，負跳變表示比特1，正跳變表示比特0。例如上圖，可以表示編碼為10010111，在看圖的時候，我們只需要觀察碼元的中間時刻，也就是看箭頭的方向即可

碼元中間時刻的跳變，既表示時鐘，又表示數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)以太網(wǎng)就是使用這種編碼

在每個碼元的中間時刻，信號都會發(fā)生跳變，跳變僅僅表示時鐘，用碼元開始的出電平是否發(fā)生變化表示數(shù)據(jù)

如圖所示，第一個部分碼元，開始到結(jié)束的中間時刻，發(fā)生了跳變，但是對這個信號來說，屬于第一個信息，還不能表示信息。第二個部分碼元，從前一個碼元的結(jié)束到第二個碼元的開始，發(fā)生了變化，所以這個位置可以表示信息。類似的，第二個碼元到第三個碼元發(fā)生了變化，第三個碼元到第四個碼元沒有發(fā)生變化。