【正文】 0 0 1 0 0 0 1 10 0 0 00 1 0 00 1 1 1 0 1 1 00 1 0 11 1 0 11 1 0 0 1 1 1 11 1 1 0 1 0 1 01 0 0 1 1 0 0 01 0 1 10 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 18 Q A M 1 6 Q A M95 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼 ? 利用數(shù)字通信信道直接傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的方法稱作數(shù)字信號(hào)的 基帶傳輸 ，而數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在傳輸之前，需要進(jìn)行數(shù)字編碼。 數(shù)字編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 數(shù)字信號(hào) 圖 24 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼 96 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼 ? 對(duì)于傳輸數(shù)字信號(hào)來(lái)說(shuō)，最普通且最容易的方法是用兩個(gè)不同的電壓值來(lái)表示兩個(gè)二進(jìn)制值。例如， ? 用無(wú)電壓來(lái)表示 0，用恒定的正電壓表示 1； ? 也有用正電壓表示 1，而用負(fù)電壓表示 0。 ? 常用的數(shù)字化編碼有： ? 不歸零 NRZ(NonReturn to Zero)編碼 ? 曼徹斯特 (Manchester)編碼 ? 差分曼徹斯特 (Differential Manchester)編碼。這種編碼技術(shù)的主要目的是實(shí)現(xiàn)通信雙方數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐健? 97 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼 ? 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼方式有三種：不歸零碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼 。 ? 不歸零編碼（ NonReturn to Zero， NRZ） ? NRZ編碼規(guī)定可用負(fù)電平表示邏輯“ 1”，用正電平表示邏輯“ 0”，反之亦然。 ? 曼徹斯特編碼（ Manchester） ? 曼徹斯特編碼是目前應(yīng)用最廣泛的編碼方法之一，其特點(diǎn)是 每一位二進(jìn)制信號(hào)的中間都有跳變 ，若從低電平跳變到高電平，就表示數(shù)字信號(hào)“ 1”，若從高電平跳變到低電平，就表示數(shù)字信號(hào)“ 0”； ? 差分曼徹斯特編碼（ Difference Manchester） ? 差分曼徹斯特編碼是對(duì)曼徹斯特編碼的改進(jìn)。其特點(diǎn)是每一位二進(jìn)制信號(hào)的跳變依然提供收發(fā)端之間的同步，但每位二進(jìn)制數(shù)據(jù)的取值，要根據(jù)其開始邊界是否發(fā)生跳變來(lái)決定，若一個(gè)比特開始處存在跳變則表示“ 0”，無(wú)跳變則表示“ 1”。 98 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼的示例 0 1 1 1 0 1 0 0 1數(shù) 字 數(shù) 據(jù)不 歸 零 碼曼 徹 斯 特 編 碼差 分曼 徹 斯 特 編 碼高 電 平 0低 電 平 1表 示 0表 示 1遇 1 不 變遇 0 跳 變跳 變跳 變跳 變跳 變99 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼 ? 不歸零編碼（ NonReturn to Zero， NRZ） ? 在 NRZ編碼中 ， 用正電壓表示 1， 用負(fù)電壓表示 0，并且在表示一個(gè)碼元時(shí) ， 電壓均無(wú)需回到零 ， 故稱不歸零碼 。 ? NRZ編碼的特點(diǎn)是一種全寬碼 ， 即一位碼元占一個(gè)單位脈沖的寬度 。 ? 全寬碼的優(yōu)點(diǎn)是： ? 每個(gè)脈沖寬度越大 ， 發(fā)送信號(hào)的能量就越大 ， 這對(duì)于提高接收端的信噪比有利； ? 脈沖時(shí)間寬度與傳輸帶寬成反比關(guān)系 ， 即全寬碼在信道上占用較窄的頻帶 ， 并且在頻譜中包含了碼位的速度 。 100 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼 ? 不歸零編碼（ NonReturn to Zero， NRZ） ? NRZ編碼的主要缺點(diǎn)是： ? 當(dāng)出現(xiàn)連續(xù) 0或連續(xù) 1時(shí) ， 首先是難以分辨一位的結(jié)束和另一位的開始 ， 這需要通過(guò)另外的途徑在發(fā)送端和接收端提供同步或定時(shí)； ? 其次是會(huì)產(chǎn)生直流分量的積累問(wèn)題 ， 這將導(dǎo)致信號(hào)的失真與畸變 ， 使傳輸?shù)目煽啃越档?， 并且由于直流分量的存在 ， 使得無(wú)法使用一些交流耦合的線路和設(shè)備 。 ? 因此 ， 過(guò)去大多數(shù)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)都不采用這種編碼方式 。 101 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼 ? 不歸零編碼（ NonReturn to Zero， NRZ） ? 至于出現(xiàn)連續(xù) 0或 1時(shí)所產(chǎn)生的直流分量積累問(wèn)題 ，是通過(guò)加一級(jí)預(yù)編碼器來(lái)解決的 。 ? 即 NRZ并非單獨(dú)應(yīng)用 ， 而是采用兩級(jí)編碼方案 。 第1級(jí)采用 4B/5B或 5B/6B等預(yù)編碼器對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼 ， 編碼后的數(shù)據(jù)流不會(huì)出現(xiàn)連續(xù) 0或 1；然后再進(jìn)行第二級(jí)的 NRZ編碼 ， 實(shí)現(xiàn)物理信號(hào)的傳輸 。 這種兩級(jí)編碼方案 ， 可使編碼效率達(dá)到 80％ 以上 。 102 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼 ? 不歸零編碼（ NonReturn to Zero， NRZ） ? 4B/5B ? 所謂 4B/5B編碼是將欲發(fā)送的數(shù)據(jù)流每 4b作為一組 ，按照 4B/5B編碼規(guī)則 ， 轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的 5比特碼 。 該編碼是用于內(nèi)同步的編碼 。 ? 為了保證接收端能提取同步時(shí)鐘 ， 編碼規(guī)則能保證傳輸?shù)碾娦盘?hào) (或光信號(hào) )碼 至少有兩次跳變 ， 即無(wú)論 4比特的數(shù)據(jù)碼為何種組合 (包括全部為 0或全 1)， 所轉(zhuǎn)換成的 5比特碼中 ， 至少有 2個(gè) “ 1” 或 2個(gè) “ 0” 。 ? 5比特編碼共有 25=32種組合 ， 但只采用其中的 24種 ，其中 ， 16種對(duì)應(yīng) 4比特碼的 16種 (24=16)組合 ， 8種用作控制碼 ， 以表示幀的開始和結(jié)束 、 傳輸線路 (如光纖 ) 的狀態(tài) (靜止 、 空閑 、 暫停 )等 。 各種 4比特碼與 5比特碼的對(duì)照表如表 21所示 。 103 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼 ? 4B/5B 表 21 4比特碼與 5比特碼的對(duì)照表 字 符 4比特碼 5比特碼 0 0000 11110 1 0001 01001 2 0010 10100 3 0011 10101 4 0100 01010 5 0101 01011 6 0110 01110 7 0111 01111 104 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼 ? 4B/5B 表 21 4比特碼與 5比特碼的對(duì)照表 8 1000 10010 9 1001 10011 10 1010 10110 11 1011 10111 12 1100 11010 13 1101 11011 14 1110 11100 15 1111 11101 105 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼 ? 不歸零編碼（ NonReturn to Zero， NRZ） ? 近年來(lái) ， 隨著高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展 ， NRZ編碼受到人們的關(guān)注 ， 并成為主流編碼技術(shù) ， 在 FDDI、100BASET及 100VGAnyLAN等高速網(wǎng)絡(luò)中都采用了 NRZ編碼 ， 其原因是在高速網(wǎng)絡(luò)中要盡量降低信號(hào)的傳輸帶寬 ， 以利于提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，降低對(duì)傳輸介質(zhì)帶寬的要求 。 ? NRZ編碼中的碼元速率與編碼速率始終相一致 ， 具有很高的編碼效率 ， 符合高速網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)編碼的要求 。 106 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼 ? 曼徹斯特編碼（ Manchester） ? 在曼徹斯特編碼中 ， 用電壓跳變的相位不同來(lái)區(qū)分1和 0， 即用正的電壓跳變表示 0；用負(fù)的電壓跳變表示 1?。 因此 ， 這種編碼也稱為 相位編碼 。 ? 由于跳變都發(fā)生在每一個(gè)碼元的中間 ， 接收端可以方便地利用它提取位同步時(shí)鐘 ， 因此 ， 也稱為 自同步編碼 。 通信雙方利用每位中間的跳變來(lái)區(qū)分 0和1的取值 ， 并作為同步時(shí)鐘信號(hào) 。 ? 在以太 (Ether)局域網(wǎng)中采用的就是這種編碼技術(shù) 。 107 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼 ? 差分曼徹斯特編碼（ Difference Manchester） ? 差分曼徹斯特編碼是在曼徹斯特編碼基礎(chǔ)上進(jìn)行修改而得到的編碼 。 其不同之處在于：每位中間的跳變只用作通信雙方的同步時(shí)鐘信號(hào)；而取值是 0還是1則根據(jù)每一位起始處有無(wú)跳變來(lái)判斷 (若有跳變則為 0；若無(wú)跳變則為 1。 ) ? 這種編碼的特點(diǎn)是每一位均用不同電平的兩個(gè)半位來(lái)表示 ， 因而始終能保持直流的平衡 。 ? 令牌環(huán) (TokenRing)局域網(wǎng)中采用的就是這種差分曼徹斯特編碼 。 108 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼 不歸零見一反轉(zhuǎn)碼 (NRZI， Non Returnto Zero， Invertonone) ? 不歸零見一反轉(zhuǎn)碼是 NRZ碼的變種。 ? 其編碼規(guī)則為： ? “ 1” 表示在每個(gè)周期開始時(shí)進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換(低 高或高 低 )； ? “ 0” 表示在每個(gè)周期開始時(shí)無(wú)信號(hào)轉(zhuǎn)換 。 109 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼 替換標(biāo)志反向編碼 (AMI， Alternate MarkInversion) ? 替換標(biāo)志反向編碼采用了多級(jí)二進(jìn)制編碼技術(shù) ， 即碼元選用兩個(gè)以上的信號(hào)電平 。 ? 其編碼規(guī)則為 ? “ 1” 表示正 負(fù)交換出現(xiàn)； ? “ 0” 表示無(wú)信號(hào) 。 110 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼 ? 偽三元碼 (Pseudoternary) ? 偽三元碼也采用多級(jí)二進(jìn)制編碼技術(shù) 。 ? 其編碼規(guī)則為： ? “ 0” 表示正 負(fù)交換出現(xiàn)； ? “ 1” 表示無(wú)信號(hào) 。 111 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 模擬數(shù)據(jù)的調(diào)制 ? 在模擬數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，信源的信息經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，形成電信號(hào)，比如人說(shuō)話的聲音經(jīng)過(guò)電話轉(zhuǎn)變?yōu)槟M的電信號(hào)，這也是模擬數(shù)據(jù)的基帶信號(hào)。 ? 模擬數(shù)據(jù)的基帶信號(hào)具有比較低的頻率，不宜直接在信道中傳輸，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，將信號(hào)搬移到適合信道傳輸?shù)念l率范圍內(nèi)，接收端將接收的已調(diào)信號(hào)再搬回到原來(lái)信號(hào)的頻率范圍內(nèi)，恢復(fù)成原來(lái)的消息，比如無(wú)線電廣播。 112 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 模擬數(shù)據(jù)的調(diào)制 ? 使用模擬信號(hào)對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制的方法有三種： (1)幅度調(diào)制 (AM， Amplitude Modulation)：簡(jiǎn)稱調(diào)幅；使載波 幅度 隨原始的模擬數(shù)據(jù) (即調(diào)制信號(hào) )的幅度變化 ， 而載波的頻率不變 。 (2)頻率調(diào)制 (FM， Frequency Modulation)：簡(jiǎn)稱調(diào)頻；使載波 頻率 隨原始的模擬數(shù)據(jù)的幅度變化 ， 而載波的幅度不變 。 (3)相位調(diào)制 (PM， Phase Modulation)：簡(jiǎn)稱調(diào)相；使載波 相位 隨原始的模擬數(shù)據(jù)的幅度變化 ， 而載波的幅度不變 。 ? 載波通信就是采用幅度調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率搬移的一種模擬通信方式 。 現(xiàn)有的無(wú)線廣播電臺(tái)仍采用調(diào)幅 、 調(diào)頻技術(shù) 。 113 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 模擬數(shù)據(jù)的編碼 ? 脈沖編碼調(diào)制 PCM（ Pulse Code Modulation）是模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化的主要方法。由于數(shù)字信號(hào)傳輸失真小、誤碼率低、數(shù)據(jù)傳輸速率高，因此在網(wǎng)絡(luò)中除計(jì)算機(jī)直接產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)外，語(yǔ)音、圖像信息必須數(shù)字化才能經(jīng)計(jì)算機(jī)處理。 ? PCM技術(shù)的典型應(yīng)用是語(yǔ)音數(shù)字化。在發(fā)送端通過(guò)PCM編碼器將語(yǔ)音數(shù)據(jù)變換為數(shù)字化的語(yǔ)音信號(hào)，通過(guò)通信信道傳送到接收方，接收方再通過(guò) PCM解碼器還原成模擬語(yǔ)音信號(hào)。 ? 數(shù)字化語(yǔ)音數(shù)據(jù)傳輸速率高、失真小，可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行必要的處理。因此在網(wǎng)絡(luò)與通信的發(fā)展中語(yǔ)音數(shù)字化成為重要的部分。 114 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) PCM編碼的典型應(yīng)用 模 擬 信 號(hào)傳 輸 數(shù) 字 信 號(hào)模 擬 信 號(hào)模 擬 信 號(hào)模 擬 信 號(hào)程 控交 換 機(jī)公 用 電 話 交 換 網(wǎng)模 擬電 話 機(jī)計(jì) 算 機(jī)M o d e m模 擬電 話 機(jī)模 擬電 話 機(jī)M o d e m計(jì) 算 機(jī)P C M 編 碼模 擬 信 號(hào)數(shù) 字 信 號(hào)115 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 模擬數(shù)據(jù)的編碼 ? 使用數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼 ， 其典型的實(shí)例是在程控電話交換設(shè)備的用戶接口電路上采用脈沖編碼調(diào)制 (PCM， Pulse Coded Modulation) 。 圖 26 脈沖編碼調(diào)制 取樣 編碼量化模擬數(shù)據(jù) 數(shù)字信號(hào)116 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) PCM的工作原理 ? 脈沖編碼調(diào)制包括三部分：采樣、量化和編碼。 ? 采樣 ? 每隔一定的時(shí)間間隔，采集模擬信號(hào)的瞬時(shí)電平值做為樣本，表示模擬數(shù)據(jù)在某一區(qū)間隨時(shí)間變化的值。 ? 量化 ? 量化是將取樣樣本幅度按量化級(jí)決定取值的過(guò)程。 ? 量化級(jí)可以分為 8級(jí)、 16級(jí)，或者更多的量化級(jí)，這取決于系統(tǒng)的精確度要求。 ? 編碼 ? 編碼是用相應(yīng)位數(shù)的二進(jìn)制代碼表示量化后的采樣樣本的量級(jí)。 ? PCM用于數(shù)字化語(yǔ)音系統(tǒng)，將聲音分為 128個(gè)量化級(jí)，采用 7位二進(jìn)制編