数据编码格式.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,*,Part Two Data,Communications,第二部分 数据通信,第四章 数据编码,Computer Networks,本章主要内容,4.1,用数字信号传输数字类数据,4.2,用模拟信号传输数字类数据,4.3,用数字信号传输模拟类数据,4.4,用模拟信号传输模拟类数据,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,概述,Overview,模拟数据和数字数据都可以编码成模拟信号或数字信号，编码方案取决于具体的要求和所用的传输媒体及通信设备。,不同的编码方案,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,信号传输的基本方法,基带传输,基带：未经调制变换的信号所占的频带,基带信号：一般基带数字信号的频谱是从零开始直到一定频率。这种高限频率与低限频率之比远大于,1,的信号称为,“,基带信号,”,。,基带传输：不搬移基带信号频谱的传输方式,不使用载波,频带传输,在发送端通过调制使基带信号频谱搬移到适合信道的载波频带，并在接收端通过解调恢复基带信号频谱的传输方式,通过载波进行,载波：频率的选取与使用的传输媒体相兼容,调制的定义：将输入信号,m(t),与频率为,f,c,的载波信号合并的过程。调制后产生的信号,s(t),的带宽以,f,c,为中心。,P123,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,4.1,Digital Data,Digital Signal,用数字信号传输数字类数据,数字数据,数字信号,Digital,Data,Digital Signal,数字信号,离散的不连续的电压脉冲,一个脉冲代表一个信号元素,(,码元,),二进制数据可直接编码成信号元素,Digital to Digital Encoding,Digital Data,Digital signal,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,术语,Terms,数据率,R,数据传输的速率（比特,/,秒）,比特持续时间或长度,1/R,发送方发送一个比特所需的时间,调制速率,(,modulation,rate,),信号电平改变的速率,以波特,(baud),为单位,=,每秒信号元素数,“传号”,(,mark,),和“空号”,(,space,),分别是二进制数字,1,和,0,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,信号的解读,Interpreting,Signals,接收方必须知道：,各个比特的定时方式,何时起始,何时结束,每个比特信号电平的状态,是高或低,这两项任务都是通过在每个比特间隔的中间位置采样来进行的,影响信号成功解读的因素：,数据率提高会增加误码率,信噪比提高会降低误码率,带宽增加可提高数据率,亦可通过编码方案提高传输性能,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,编码方案的评价指标,Evaluating,of Encoding Schemes(,1),信号频谱,(signal spectrum),没有高频分量,可减少传输所需的带宽,没有直流分量,可通过变压器进行交流耦合,实现隔离减少干扰,实际上,信道的传输性能通常在频带的两边较差。一个好的信号设计应将传输功率集中在带宽中部,以减小失真。,时钟同步,(clocking),测定每一个比特起始和结束位置（同步）并非易事。,一种相当昂贵的方案是在发送和接收设备间增设一条外部时钟线,另一种方案是提供某些基于所传送信号的同步机制。这一点可以通过合适的编码技术来实现。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,编码方案的评价指标,Evaluating,of Encoding Schemes,(2),差错检测,(error,detection),可在具体的信号编码中方案加入部分差错检测功能以提高检错速度,信号干扰和抗噪声度,有些编码在噪声存在的状态下仍具有优秀的性能,费用和复杂性,数据速率一定时,信号速率超高,成本越高,有些编码要求信号速率高于实际的数据速率,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,编码方案,Encoding,Schemes,Nonreturn,to Zero-Level(NRZ-L),Nonreturn,to Zero Inverted(NRZI),Manchester,Differential,Manchester,Bipolar-AMI,Pseudoternary,B8ZS,HDB3,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,数字信号的编码格式,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,“数字,-,数字”编码类型,Types,of Digital to Digital,Encoding,单极性码,（,单电平,）,非零电平代表一种信号逻辑状态，零电平代表另一种,极性码,(,双电平,),正电平代表一种信号逻辑状态，负电平代表另一种,双极性码,（,多电平,）,无线路信号代表一种信号逻辑状态，正电平和负电平交替代表另一种,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,单极性编码,Unipolar,Encoding,传送数字信号最简单的方法,只用一个电平即可表示两个二进制数字。通常,0,是用零电平即空闲的线路状态表示。,注：脉冲的极性指其电平的正负。“单极性”得名于它的电平只有一“极”。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,单极性编码存在的问题,Problems,for,Unipolar,Encoding,两个问题使得单极性编码在信号传输应用中使用不多,:,直流分量,（,DC Component,）,信号的平均振幅不是零。,不能由没有处理直流分量能力的媒体传输，如微波或变压器。,主要用于光纤传输。,同步,（,Synchronization,）,在一个码元时间内，不是有电压,(,或电流,),就是无电压,(,或电流,),，电脉冲之间没有间隔，不易区分识别。所以接收方不能正确识别每一个比特何时开始、何时结束,(,原始数据中出现连续的,1,或,0,时）。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,同步：问题在哪里,?,请看下图,到底有几个”,1”,（用高电平表示）,?,当一台设备发送一个比特的数字信号时，它将在一定的周期内（假定为,T,）,产生一个持续的信号。一个内置的时钟负责定时。接收设备必须知道信号的周期，这样它才能在每个,T,时间单元内对信号进行采样。它也有一个负责定时的内置时钟。剩下的就是确保收发两端的两个时钟使用同样的,T,。,但两个时钟能完全一致么？,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,原因：收发双方脉冲时钟不可能精确一致,答案是否定的。原因在于：,任何物理设备都存在着设计上的局限性和缺陷。几乎可以肯定任何两个时钟都存在着微小的差别，这使得设备无法对传输信号作十分精确的采样。,就象指挥家确保演奏者的同步一样，通信设备也需要某种机制以使它们的定时保持一致。,不变的信号不具备同步机制,。但如果信号改变的话，这种改变就可以用来保持设备的同步。有些强制信号改变的编码方案就是基于这个原因。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,传输不同步：换一种方式理解,用户,A,用户,B,我发了几个大箱几个小箱,?,四个大箱,四箱小箱,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,问题在于：连续多个相同数据的采样节奏,用户,A,用户,B,我发了几个大箱几个小箱,?,？,大概是,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,极性编码,Types,of Polar,Encoding,极性码,不归零型,归零型,双相位型,不归零,电平编码,不归零,反相编码,曼彻斯特编码,差分,曼彻斯特编码,采用两个电压值编码：一个正电压，一个负电压。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,不归零编码,Nonreturn,to Zero(,NRZ),不归零电平编码,（,NRZ-L,）,负电平用于表示一个二进制值，正电平用于表示另一个二进制值,由比特值决定信号的电平。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,不归零编码,Nonreturn,to Zero(,NRZ),不归零反相编码,（不归零,1,制，,NRZI,）,用一个比特间隔开始时是否出现电平跳变表示,1,或,0,。,属于差分编码，可靠性更好。,比特值决定正负电压之间是否跳变，而非决定电平正负。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,差分编码,Differential,Encoding,数据由电平变化而非电平高低表示。,检测信号跳变比检测信号电平高低更可靠。,在复杂传输系统中，信号的正负极性可能失去意义。如在一条多支路双绞线线路上，当双绞线与某相连设备引脚的接线接反时，如果采用,NRZ-L,编码，所有的,0,和,1,都将颠倒。采用差分编码则不会出现这种颠倒现象。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,不归零码：问题及应用,Problems,&Applications for NRZ,对工程师而言，实施容易。,能充分利用带宽。,仍含有一定的直流分量，且缺乏同步能力。,因其简单性和较低的频率响应特性，常用于终端设备、接口和数字磁记录。信号传输中则不常单独用之。,应用实例：,连接优盘的,USB,串行接口通常使用,NRZI,作为信号的编码。为了解决一长串连续比特,0,引起的同步问题，采用了所谓“位填充技术”。即在连续传输,6,个比特,0,的情况下强行插入一个比特,1,。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,USB,接口,NRZI,编码与位填充示意图,说明：,USB,接口使用的,NRZI,编码规则是遇到比特,0,时发生跳变，遇到比特,1,时保持不变。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,归零编码,RZ,Encoding,归零编码使用两组电平值：,正,-,零，负,-,零,信号变化不是发生在比特之间而是发生在每个比特内。在每个比特间隙的中段，信号将归零。,比特“,1”,实际上是用正电平跳变到零表示，比特“,0”,则用负电平跳变到零表示，而不是仅仅通过电平的正负来表示。,在每个比特内产生信号变化可以解决同步问题。但这种编码方案中每比特需要两次信号变化，从而占用了更多的带宽。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,归零码：在,40G,传输技术中的应用,目前，绝大多数的信号均采用了非归零码（,NRZ,）的编码方式，这种方式可以降低信号的谱宽，但由于占空比较大，前后脉冲的间隔较小，较容易发生重叠，造成码间串扰。而归零码（,RZ,）的占空比通常只有普通非归零码的,34,67,，拉开了相邻脉冲的间隔，在信号平均能量不变的基础上，大大提高了峰值功率，为接收端提供了更高的光信噪比，同时也提高了对光纤中极化模色散造成的时延的抵抗能力。朗讯科技公司在其最新的,40G,远距离传输技术采用了一种称为载波抑制的归零码调制技术,(CSRZ),，该技术可以最大程度地减小编码造成的频谱展宽，同时保留了归零码所拥有的一切优点。,资料来源,www.c-2005年9月,双相位编码,Biphase,Encoding,解决同步问题的最佳方案,信号在比特间隔中发生改变但并不归零,现代网络中常用的双相位编码方式,:,曼彻斯特编码,差分曼彻斯特编码,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,曼彻斯特和差分曼彻斯特编码,Manchester and Diff.Manchester Encoding,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,曼彻斯特编码,Manchester,Encoding,每个比特间隔的中间位置处都存在一个跳变。这种中间处的跳变既含有时钟信息，也含有数据信息：从低到高的跳变代表,1,，从高到低的跳变代表,0(,注意有些系统也可能相反,),。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,差分曼彻斯特编码,Differential,Manchester Encoding,比特间隔中间位置处的跳变仅含有时钟信息。在比特间隔开始处如果出现跳变表示,0,，如果没有跳变表示,1,。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,同步问题回头看,用户,A,用户,B,我发了几个大箱几个小箱,?,？,大概是,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,曼彻斯特编码如何解决收发同步问题,?,用户,A,用户,B,我发了几个大箱几个小箱,?,哈哈,我知道了,!,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,双相位编码的应用,Applications,of,Biphase,Codes,数据传输中的常用技术,曼彻斯特编码是,IEEE,802.3,（以太局域网）标准规定的编码（使用同轴电缆和双绞线）。,差分曼彻斯特编码是,IEEE802.5,（令牌局域网）标准规定的编码（使用屏蔽双绞线）。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,双相位编码的优缺点,Biphase,Pros and Cons,缺点,每个比特时间内至少出现一次跳变，可能出现两次,最大调制率是,NRZ,的两倍,需要更大的带宽（高速低效）,优点,通过比特中间跳变实现同步,(,自定时,),无直流分量,差错检测,如果发现预期的跳变未出现,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,4B/5B,编码技术,4B/5B Encoding,曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码每个比特需要多达两次信号状态跳变,10Mbps,的数据率将使线路上信号状态每秒变化,20M,次,(20M,波特,),，编码效率只有,50%,（常用于,10Mbps,的,LAN,中）。,4B/5B,编码以,4,个比特为一组进行编码，编码位数为,5,个，所以又称为“块编码”（,Block coding,）。其编码效率达,80%,（,100Mbps125M,波特）。,4B/5B,编码确保无论,4,比特符号为何种组合,(,包括全“,0”),，其对应的,5,比特编码中至少有,2,位“,1”,，从而保证所传输的这组信号中至少发生两次跳变，以利于接收端的时钟提取。,为了得到信号同步，可以采用二级编码的方法。即先按,4B/5B,编码，然后再利用,NRZI,编码。,4B/5B,编码用于百兆位以太网和,FDDI,网等。此外，还有可用于千兆位以太网 的,8B/10B,（在多模光纤上支持高达,149.76 Mbps,速率）等编码技术。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,4B/5B,编码原理,Substitution in Block Coding,4B/5B,从,2,5,=32,个可能的编码中取出,2,4,=16,个来表示,0,F,，使每组编码中,0,的个数不超过,3,个，,1,的个数不少于,2,个。,参见,P412,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,双极性编码,Types,of Bipolar,Encoding,双极性编码,信号交替,反转码,双极性,8,零,替换编码,高密度,双极性,3,零编码,使用两个以上的电平值进行编码,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,多电平二进制编码,Multilevel Binary,归零编码使用三个电平值：正，负和零。,典型方案：双极性,AMI,（交替信号反转码）编码,最简单的双极性编码方案,用零值电平代表二进制数,0,用正负交替变换的电平代表二进制数,1,在一长串,1,的情况下仍可保证同步,(,但面对一长串,0,则可能导致同步丢失,),没有直流分量,带宽占用小,差错检测容易,AMI,Alternate Mark Inversion,，,交替“传号”反转，亦称“交替信号反转”，逻辑,0,由空电平表示，而逻辑,1,由交替反转的正负电压表示。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,双极性交替信号反转码,Bipolar AMI Encoding,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,伪三进码,Pseudoternary,用零值电平代表二进制数,1,用正负交替变换的电平代表二进制数,0,可以说是双极性,AMI,编码的另一种形式,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,多电平二进制的不足,Trade,Off for Multilevel Binary,编码效率不如,NRZ,线路信号电平值有三个，但每个信号元素本来可以表示,log,2,3,=1.58,个比特的信息，在此只能表示 一个比特的信息,接收器必须区分三个电平状态,(+,A,-A,0,),而不是区分两个电平状态,差错率相同的情况下，需要增加约,3,分贝的额外信号功率（换言之，信噪比一定时,NRZ,的差错率比多电平二进制低得多）。,未能完全解决同步问题,双极性,AMI,连续长串,0,时，伪三进码连续长串,1,时,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,扰码技术,Scrambling,扰码技术的原理：将可能产生恒定电平的比特序列用足够多的跳变替换掉，以满足同步的要求（高速高效）,填入的比特序列,应产生足够的跳变以保证同步,应能被接收方识别并能被自动替换成原始的比特序列,与原始的比特序列等长,优点,无直流分量,无长时间的零电平状态,不降低数据率,可提供差错检测功能,典型方案：,B8ZS,、,HDB3,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,B8ZS,双极性,8,零替换编码,基于双极性,AMI,（北美方式）,编码规则,与前导比特极性有关,如果出现连续八个,0,，且其前导比特,1,是正电平，则八个,0,比特被编码为：,0 0 0,+,-,0,-,+,如果出现连续八个,0,，且其前导比特,1,是负电平，则八个,0,比特被编码为：,0 0 0,-,+,0,+,-,其中有两个码元违背了,AMI,编码规则（所谓“,扰乱,”），亦不可能是由噪声产生。接收方检测到这一组编码后，会将其还原为连续八个,0,的比特序列。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,“双极性,8,零替换”编码示意图,B8ZS,Encoding,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,HDB3,高密度双极性,3,零编码,亦基于双极性编码（欧洲和日本方式）,遇到连续四个,0,比特时就在编码中用含有一个或两个正负电平的脉冲来制造“扰乱”，以便同步。,遇到连续四个,0,比特即“扰乱”，而不是连续八个,0,比特，故曰“,高密度,”。,编码规则：根据前导比特,1,的极性和自上一次替换后传输的比特,1,的数目，按四种方式相应改变编码。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,“高密度双极性,3,零”编码示意图,HDB3,Encoding,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,AMI,、,B8ZS,和,HDB3,编码比较,P108,图,5.6,B-,合乎,AMI,编码规则,V-,不合,AMI,编码规则,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,多电平二进制编码的应用实例,ISDN,接口,P159,192kbps,的“基本速率”接口，使用伪三进码。,1.544Mbps,的“基群速率”接口，使用,B8ZS,的,AMI,编码。,2.048Mbps,的“基群速率”接口，使用,HDB3,的,AMI,编码。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,小结：“数字,数字”编码方案,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,4.2 Digital Data,Analog Signal,用模拟信号传输数字类数据,Digital to Analog Encoding,数字数据,模拟信号,Digital,Data,Analog Signal,发送设备产生一个高频模拟信号作为基波来承载数字数据。此基波称为,“,载波信号,”,或,“,载波频率,”,。,数字数据信号通过改变载波信号的一个或多个特性（振幅、频率和相位）形成“,调制信号,”。,最常见的应用：借助于调制解调器,(modem),利用公用电话线路上网。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,调制技术总览,Modulation,Techniques,使用载波信号对数字数据进行调制的主要技术有：,幅移键控编码,(,ASK,Amplitude shift keying),频移键控编码,(,FSK,Frequency shift keying),相移键控编码,(,PSK,Phase shift keying),正交调幅编码,(,QAM,Quadrature Amplitude Modulation),其中,QAM,效率最高，也是现在所有调制解调器采用的技术。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,调制技术示意图,Modulation,Techniques,P110,图,5.7,数字数据的模拟信号调制,改变载波信号的,振幅,改变载波信号的,频率,改变载波信号的,相位,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,二进制的两个数分别由载波信号两种不同的振幅值表示。通常，其中一个振幅值为零，以降低传输信息所需的能量。,所生成的调制信号：,式中，载波信号是,A,cos(2,f,c,t,),。,噪声通常只影响振幅。所以,ASK,是受噪声影响最大的调制技术。,故此在语音线路上,ASK,通常仅用于数据率不高于,1200 bps,的情况。,更多地用于通过光纤传输数字数据（有无光脉冲）。,幅移键控编码,Amplitude,Shift,Keying,二进制,1,二进制,0,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,幅移键控编码示意图,ASK,Encoding,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,频移键控编码,Frequency,Shift,Keying,二进制的两个数分别由邻近载波频率的两个频率表示。,式中，,f1,和,f2,通常是载波频率,fc,的两个偏移值，其绝对值相等，偏移方向相反。,抗干扰性能优于,ASK,（噪声对其影响小）。,典型数据率为,1200bps,左右（语音线路）。,亦常用于高频,(3 to 30 MHz,),无线传输。,使用同轴电缆的局域网中，甚至可用于更高的频率。,二进制,1,二进制,0,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,频移键控编码示意图,FSK,Encoding,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,语音级线路上的,FSK,传输,FSK,on Voice Grade Line,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,相移键控编码,Phase,Shift,Keying,通过载波相位的变换表示数据,抗干扰性能优于,ASK,（噪声对其影响小）。,用两个相位代表两个二进制数：,双值相移键控,(BPSK,),及其“星座图”,(Constellation,),二进制,1,二进制,0,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,二相位,PSK,编码示意图,2,-PSK,Encoding,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,差分相移键控,(,DPSK,),Differential PSK,传输信号的起始相位与前一信号的起始相位相同：二进制,0,传输信号的起始相位与前一信号的起始相位相反：二进制,1,接收器和发送器的相位无需精确匹配。,DPSK,利用前后脉冲的相位差别来区分,1,或者,0,，用这种技术设计的光接收机，可以在光功率非常低的情况下，正确区分信号。据报道，通过采用该特殊编码技术，可以将,64,个,40G,高速通道同时传输,2000,公里以上，而无需昂贵的中继设备。,P113,图,5.10,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,4,PSK,四相位,PSK,我们还可以采用四种信号相位变化方式，让每一种变化代表两个比特,(4-PSK),。此时我们可以用两倍于,2-PSK,的速率传输数据。,教材,P112-113,称其为“四值相移键控”,(QPSK),。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,四相位,PSK,编码示意图,4,PSK,Encoding,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,8-PSK,八相位,PSK,4-PSK,的想法可进一步扩展到,8,相位。此时每次对相位只变化,45,而不是,90,。通过使用八个不同相位,每相移一次可以代表三个比特。所以,8-PSK,的传输速率比,2-PSK,快三倍。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,性能问题,Performance,带宽,ASK,带宽与数据率,R,成正比。,P115,式,(5.8),PSK,带宽亦与数据率,R,成正比。,P115,式,(5.10)-(5.11),FSK,的带宽与低频数据率,R,直接相关，但如果频率很高，则主要取决于调制频率相对于载波频率的偏移量,F,。,P115,式,(5.9),在存在噪声干扰的情况下，,DPSK,和,QPSK,的比特差错率要比,ASK,和,FSK,优,3dB,。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,正交调幅编码,Quadrature,Amplitude Modulation(,QAM),一种常用于,ADSL,（非对称数字用户线路）和无线通信的模拟信号传输技术。,调幅,(ASK),和调相,(PSK),技术的综合,(,同时改变正弦波三个特性中的振幅和相位,),。理论上可以有无数的状态组合。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,8-QAM,编码示意图,8-QAM,Encoding,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,16-QAM Constellations,三种常见的,16-QAM,编码星座图,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,QAM,调制器：实例图,QAM Modulator,P118,图,5.14,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,4.3 Analog Data,Digital Signal,用数字信号传输模拟类数据,模拟数据,数字信号,Analog,Data,Digital Signal,数字化,(Digitization),把模拟数据转换为数字数据，再通过,NRZ-L,或其他技术转换为数字信号进行传输。,Analog to Digital Encoding,Codec-,编码解码器,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,模拟数据数字化,Digitizing Analog Data,P119,图,5.15,主要问题,如何在不损失信号质量的前提下，将信息（数据）从无穷多的连续值转换为有限个离散值。,主要方法：,PCM,（脉冲编码调制）,采样（脉幅调制，,PAM,）,量化,二进制编码,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,脉冲振幅调制,Pulse,Amplitude Modulation(,PAM),模拟,-,数字编码的第一步是所谓“,PAM”,（脉幅调制），即对模拟信号进行采样，然后生成一连串基于采样结果的脉冲。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,采样,:,奈奎斯特定理,Sampling,:,Nyquist,Theorem,如果以一定时间间隔对某个信号,f(t),进行采样，并且采样频率高于该信号最高频率的两倍，则采样值包含了原信号的全部信息。通过使用低通过滤器，可以由这些采样值重新构成信号,f(t,),。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,量化,Q,uantization,脉冲振幅调制信号的量化,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,二进制编码,Binary Encoding,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,“数字,-,数字”编码,D,igital to,D,igital,E,ncoding,使用各种“数字,-,数字”编码技术将二进制数字转换为数字信号进行传送。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,脉冲编码调制,:,模拟数据数字化,PCM,:From analog to digital,signal,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,从模拟信号到,PCM,From Analog to PCM,脉幅调制,(PAM),量化,二进制编码,“,数字,-,数字”编码,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,小结：模拟信号在数字信道上传输,要先进行脉冲编码调制,(,PCM,Pulse Code Modulation):,采样：,按信号最高频率,f,max,的两倍频率取样可精确还原,（,Nyquist Theorem,，奈奎斯特定理）,量化：,将取样获得的脉冲信号在振幅上进行数值分级（我国标准中量化分为,256,个等级）,编码：,将量化后的数值转换为对应的二进制编码,然后再用“数字,数字”编码技术进行二次编码。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,非线性编码,Nonlinear,Encoding,用于优化,PCM,编码方案。,量化值间距相等带来的问题是：不论信号电平大小如何，每个采样值的绝对误差都相同。结果是振幅值较低的时候失真就更大一些。,解决方法,:,量化值不要均匀分度,在振幅较低时设置的量化级数更多一些。,由此可降低信号的整体失真，大大提高脉码调制的信噪比。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,非线性编码的效果,Effect of Nonlinear Coding,P120,图,5.18,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,增量调制,(,调制,),Delta,Modulation,将输入的模拟信号用一个阶梯函数来近似。,在每个采样周期上升或下降一个步长值,(,),。,通过近似一个模拟信号的导数而不是它的振幅，产生一个比特流。如果阶梯函数将在下一个周期上升，那么就生成比特,1,，相反则生成比特,0,。,与,PCM,相比，,DM,的主要优势在于实现比较简单。通常，在数据率相同的情况下，,PCM,具有更好的信噪比。,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,增量调制举例,Example,of Delta Modulation,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,4.4,Analog Data,Analog Signal,用模拟信号传输模拟类数据,模拟数据,模拟信号,Analog,Data,Analog Signals,调制：将输入信号,m(t),与频率为,fc,的载波信号合并的过程。调制后产生的信号,s(t),的带宽以,fc,为中心。,模拟信号进行模拟调制的必要,高频可以获得更高的传输效率,可使用,“频分复用技术”,调制方式,振幅 频率,相位,Analog to Analog Encoding,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,Analog Modulation,模拟调制,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,本章推荐阅读,Recommended Reading,NTT DIGITAL MUSEUM,parallel.park.org/Japan/NTT/DM/html_st/ST_final_26_e.html,中国科普博览电信博物馆,组编,数据通信原理,第三章 数据信号的传输（全国高等教育自学考试指定教材,-,计算机通信工程专业独立本科段用）,主编 倪维桢 中国人民大学出版社,（,院图书馆索取号：,TN919.2-43/FB16,）,(,美,)Behrouz A.Forouzan,等,数据通信与网络,(,机械工业出版社,),第,5,章“编码”,（院图书馆索取号：,TN919.2/FL23,）,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,本章作业,1.,用数字信号传输数字类数据的编码方案主要应该解决哪些问题,?,2.,简述,unipolar,、,polar,和,bipolar,编码方案中所用电平状态的主要区别。,3.LAN,常用的编码方案是什么？为什么说它的带宽利用率只有,50%,？,4.,模拟信号在数字信道上传输时，要进行何种调制？要经过哪些处理步骤？为什么一条,8,位编码的语音线路,PCM,信号速率是,64Kbps,。,5.ASK,、,FSK,、,PSK,和,QAM,主要区别是什么？,莆田学院现代教育技术中心 2005年9月,