1.6数据编码(课件）-高二《计算机网络技术基础》同步教学（中国人民大学出版社）

数据编码 2023/7/26 1 如何将数据转换成能够在信道中传输的信号呢？这就要看数据是数字数据还是模拟数据，要传输的数据是在模拟信道中传输还是在数字信道中传输。 如果是数字数据在模拟信道中传输，需要把数字数据编制为模拟信号； 如果是数字数据在数字信道中传输，需要把数据编制为数字信号； 如果是模拟数据要在数字信道中传输要把模拟数据转化为数字信号。 数据编码 2023/7/26 2 模拟信号编码技术 2023/7/26 3 2023/7/26 4 调幅技术，又称幅移键控（ASK，Amplitude Shift Keying），是利用波的振幅的大小来分别表示数字“0”和“1”。 在振幅调制中，频率和相位都是常量，振幅为变量，即载波的幅度随发送的数字信号的值而变化。例如表示数字“1”时可以用一个振幅较大的波表示，表示数字“0”时用振幅较小的波表示，或者用振幅为0的波表示（即不输出波）。如图（a）所示。 ASK的特点是信号容易实现，技术简单，但由于振幅是靠能量维持的，随着波的能量的递减，可能会造成误码率的增加，抗干扰能力差，传输距离较短。 2023/7/26 5 调频技术，又称频移键控（FSK，Frequency Shift Keying），是通过改变载波信号的频率来表示数字数据信号0或1的调制技术。在频率调制中，振幅和相位应当定为常量，频率为变量。例如表示数字“1”时可以用一个频率较大的波表示，表示数字“0”时用频率较小的波表示。如图（b）所示。 FSK的特点是信号容易实现，技术简单，只要能量存在，波的频率不会因为能量的改变而发生变化，抗干扰能力较强，传输距离较长。 2023/7/26 6 调相技术，又称相移键控（PSK，Phase Shift Keying），是利用波的初始相位的大小来分别表示数字“0”和“1”。在相位调制中，把振幅和频率定为常量，初始相位为变量。例如用初始相位为0表示数字“1”，用初始相位为π表示数字“0”。如图（c）所示。 PSK的特点是抗干扰能力较强，但信号实现的技术比较复杂，所以比以上两种技术较少使用。 在数据通信中将数字数据转化为数字信号的过程叫数字编码，将数字信号还原为数字数据的过程叫数字解码。一般用电压的高低来编制数字信号，主要有以下几种编码方法： （1）不归零编码NRZ（Non-Return-Zero） （2）曼彻斯特编码（Manchester Encoding） （3）差分曼彻斯特编码（Differential Manchester Encoding） 数字信号编码技术 2023/7/26 7 2023/7/26 8 不归零编码用电压的高低表示二进制的0和1，例如用低电平表示二进制0，用高电平表示二进制1。不归零编码的优点是易于实现，缺点是无法判断每一位的开始与结束，收发双方不能保持同步。为保证收发双方同步，必须在发送NRZ码的同时，用另一个信道同时传送同步信号。如图0-5（a）所示。 2023/7/26 9 曼彻斯特编码不是用电压的高低表示二进制数0和1，而是用电压的跳变来表示的。在曼彻斯特编码中，每一个数据位的中间均有一个跳变，这个跳变既作为时钟信号，又作为数据信号。例如我们可以用电压从高到低的跳变表示二进制“1”，从低到高的跳变表示二进制“0”。曼彻斯特编码的优点是收发双方可以根据自带的时钟信号来保持同步，无须专门传递同步信号，成本低，缺点是效率低，信号占用的频带较宽。如图0-5（b）所示。 2023/7/26 10 差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进，每个数据比特位中间的电压跳变仅做同步之用，每比特位的值根据其开始边界是否发生跳变来决定。我们用每比特位的开始无跳变表示二进制“1”，有跳变表示二进制“0”。差分曼彻斯特编码的优点是自带同步时钟信号保持同步，成本低，抗干扰性能好，缺点是实现技术复杂。如图0-5（c）所示。 模拟数据可以基带传输，但必须转换成数字信号。模拟数据是连续的，也就是说任何一段模拟数据都会包含无穷多的数据量，比如从波上截取的一段，因而不可能将模拟数据上所有的量都转化成离散的数据。 模拟数据转化成数字数据的过程，称之为数字化。模拟数据数字化的过程必然伴随着数据的失真。 脉冲编码调制技术（Pulse Code Modulation，PCM）是模拟数据采样编码的主要技术，它经过三步将模拟信号转变为数字信号，这三步是采样、量化和编码。 模拟数据至数字信号的编码技术 2023/7/26 11 采样是指将模拟数据，例如波，用等时间间隔的时间序列划分成离散的模拟信号片段序列，也就是在时间上将模拟数据离散化。对同一个模拟数据来说，划分的时间片段越短，离散化出来的数据量就越多，数据的失真性就越小。 采样 2023/7/26 12 量化是对采样出来的每一个模拟数据片段用一个单一的值来