[分享] 编码与调制

数据无论是数字的还是模拟的，为了传输的目的都必须转变成信号，把数据变换为模拟信号的过程称为调制，把数据变换为数字信号的过程称为编码。
信号是数据的具体表示形式，它和数据有一定的关系，但又和数据不同。数字数据可以通过数字发送器转换成数字信号传输，也可以通过放大器调制器转换成模拟信号传输；同样，模拟数据可以通过PCM编码器转换成数字信号传输，也可以通过放大器调制器转换成模拟信号传输。这样就形成了下列四种编码方式。
1、数字数据编码为数字信号
数字数据编码用于基带传输中，即在基本不改变数字数据信号频率的情况下，直接传输数字信号。对于这种编码方式，具体用什么样的数字信号表示0以及用什么样的数字信号表示1就是所谓的编码。编码的规则可以有多种，原则上只要能有效地把1和0区分开即可，常用的编码方式有如下几种：
（1）非归零码
非归零码（NRG）是用两个电压来表示两个二进制数字，如用低电平表示0，用高电平表示1，或者相反。这种编码虽然容易实现，但没有检错功能，而且也无法判断一个码元的开始和结束，以至于收发双发难以保持同步。
（2）曼彻斯特编码
曼彻斯特编码将一个码元分成两个相等的间隔，前一个间隔为低电平后一个间隔为高电平表示码元1，码元0正好相反。也可以采用相反的规定。该编码的特点是在每一个码元的中间出现电平跳转，位中间的跳转既做时钟信号（可用于同步），又作数据信号，但它所占的频带宽度是原始的基带宽度的两倍。
（3）差分曼彻斯特编码
差分曼彻斯特编码常用于局域网传输，其规则是，若码元为1，则前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相同，若为0，则相反。该编码的特点是，在每个码元的中间，都有一次电平的跳转，可以实现自同步，且抗干扰性好。
（4）4B/5B编码
将欲发送数据流的每4位作为一组，然后按照4B/5B编码规则将其转换为相应的5位码。5位码共32中组合，但只采用其中的16种不同的4位码，其他的16种作为控制码（帧的开始和结束、线路的状态信息等）或保留。
2、数字数据调制为模拟信号
数字数据调制技术在发送端将数字信号转换为模拟信号，而在接受端将模拟信号还原为数字信号，分别对应于调制解调器的调制和解调过程。基本的调制方法有：
1）幅移键控（ASK）。通过改变载波信号的振幅来表示数字信号1和0，而载波的频率和相位都不改变，比较容易实现，但抗干扰能力差。
2）频移键控（FSK）。通过改变载波信号的频率来表示数字信号1和0，而载波的振幅和相位都不改变，比较容易实现，抗干扰能力强，目前应用比较广泛。
3）相移键控（PSK）。通过改变载波信号的相位来表示数字信号的1和0，而载波的振幅和频率都不改变，它又分为绝对调相和相对调相。
4）正交振幅调制（QAM）。在频率相同的前提下，将ASK和PSK结合起来，形成叠加信号。设波特率为B，采用m个相位，每个相位有n种振幅，则该QAM技术的数据传输率R为
R=Blog2 (m*n)  （单位：b/s）
2ASK中用载波有幅度和无幅度分别表示数字数据的“1”和0；
2FSK中用两种不同的频率分来表示数字数据“1”和“0”；
2PSK中用相位0和相位π分别表示数字数据的“1”和“0”，是一种绝对调和方式；
3.模拟数据编码为数字信号
该编码方法最典型的例子就是常用于对音频信号进行编码的脉码调制（PCM）。它主要包括三个步骤，即抽样（参照采样定理）、量化和编码。
1）抽样是指对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。根据抽样定理，当抽样的频率大于或等于模拟数据的频带带宽（最高变化频率）的两倍时，所得的离散信号可以无失真地代表被抽样的模拟数据。
2）量化是把抽样取得的电平幅值按照一定的分级标度转化为对应的数字值，并取整数，这样就把连续的电平幅值转化为离散的数字量。
3）编码则是把量化的结果转化为与之对应的二进制编码。
4.模拟数据调制为模拟信号
为了实现传输的有效性，可能需要较高的频率。这种调制方式还可以使用频分（FDM）复用技术，充分利用带宽资源，在电话机和本地局交换机所传输的信号是采用模拟信号传输模拟数据的编码方式；模拟的声音数据是加载到模拟的载波信号中传输的。