$2.2.2 數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼
數(shù)字信號可以直接采用基帶傳輸,所謂基帶就是指基本頻帶?；鶐鬏斁褪窃诰€路中直接傳送數(shù)字信號的電脈沖,這是一種最簡單的傳輸方式,近距離通信的局域網(wǎng)都采用基帶傳輸。
基帶傳輸時,需要解決數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號表示以及收發(fā)兩端之間的信號同步問題。對于傳輸數(shù)字信號來說,最簡單最常用的方法是用不同的電壓電平來表示兩個二進制數(shù)字,也即數(shù)字信號由矩形脈沖組成。下面介紹幾種基本的數(shù)字信號脈沖編碼方案(參見圖2.8):
單極性不歸零碼,無電壓(也就是元電流)用來表示"0",而恒定的正電壓用來表示"1"。每一個碼元時間的中間點是采樣時間,判決門限為半幅度電平(即0.5)。也就是說接收信號的值在0.5與1.0之間,就判為"1"碼,如果在O與0.5之間就判為"0"碼。每秒鐘發(fā)送的二進制碼元數(shù)稱為"碼速"。
雙極性不歸零碼,"1"碼和"。"碼都有電流,但是"1"碼是正電流,"0"碼是負電流,正和負的幅度相等,故稱為雙極性碼。此時的判決門限為零電平,接收端使用零判決器或正負判決器,接收信號的值若在零電平以上為正,判為"1"碼;若在零電平以下為負,判為"0"碼。
以上兩種編碼,都是在一個碼元的全部時間內(nèi)發(fā)出或不發(fā)出電流(單極性),以及發(fā)出正電流或負電流(雙極性)。每一位編碼占用了全部碼元的寬度,故這兩種編碼都屬于全寬碼,也稱作不歸零碼NRZ (Non Return Zero)。如果重復發(fā)送"1"碼,勢必要連續(xù)發(fā)送正電流;如果重復發(fā)送"0"碼,勢必要連續(xù)不送電流或連續(xù)發(fā)送負電流,這樣使某一位碼元與其下一位碼元之間沒有間隙,不易區(qū)分識別。歸零碼可以改善這種狀況。
單極性歸零碼,當發(fā)"1"碼時,發(fā)出正電流,但持續(xù)時間短于一個碼元的時間寬度,即發(fā)出一個窄脈沖;當發(fā)"0"碼時,仍然完全不發(fā)送電流,所以稱這種碼為單極性歸零碼。
雙極性歸零碼,其中"1"碼發(fā)正的窄脈沖,"0"碼發(fā)負的窄脈沖,兩個碼元的間隔時間可以大于每一個窄脈沖的寬度,取樣時間是對準脈沖的中心。
不歸零碼在傳輸中難以確定一位的結(jié)束和另一位的開始,需要用某種方法使發(fā)送器和接收器之間進行定時或同步;歸零碼的脈沖較窄,根據(jù)脈沖寬度與傳輸頻帶寬度成反比的關(guān)系,因而歸零碼在信道上占用的頻帶就較寬。
單極性碼會積累直流分量,這樣就不能使用變壓器在數(shù)據(jù)通信設備和所處環(huán)境之間提供良好絕緣的交流藕合,直流分量還會損壞連接點的表面電鍍層;雙極性碼的直流分量大大減少,這對數(shù)據(jù)傳輸是很有利的。
從以上討論中可以發(fā)現(xiàn),基帶傳輸?shù)牧硪粋€重要問題就是同步問題。接收端和發(fā)送端發(fā)來的數(shù)據(jù)序列在時間上必須取得同步,以便能準確地區(qū)分和接收發(fā)來的每位數(shù)據(jù)。這就要求接收端要按照發(fā)送端所發(fā)送的每個碼元的重復頻率及起止時間來接收數(shù)據(jù),在接收過程中還要不斷校準時間和頻率,這一過程稱為同步過程。在計算機通信與網(wǎng)絡中,廣泛采用的同步方法有位同步法和群同步法兩種。
數(shù)字信號可以直接采用基帶傳輸,所謂基帶就是指基本頻帶?；鶐鬏斁褪窃诰€路中直接傳送數(shù)字信號的電脈沖,這是一種最簡單的傳輸方式,近距離通信的局域網(wǎng)都采用基帶傳輸。
基帶傳輸時,需要解決數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號表示以及收發(fā)兩端之間的信號同步問題。對于傳輸數(shù)字信號來說,最簡單最常用的方法是用不同的電壓電平來表示兩個二進制數(shù)字,也即數(shù)字信號由矩形脈沖組成。下面介紹幾種基本的數(shù)字信號脈沖編碼方案(參見圖2.8):
單極性不歸零碼,無電壓(也就是元電流)用來表示"0",而恒定的正電壓用來表示"1"。每一個碼元時間的中間點是采樣時間,判決門限為半幅度電平(即0.5)。也就是說接收信號的值在0.5與1.0之間,就判為"1"碼,如果在O與0.5之間就判為"0"碼。每秒鐘發(fā)送的二進制碼元數(shù)稱為"碼速"。
雙極性不歸零碼,"1"碼和"。"碼都有電流,但是"1"碼是正電流,"0"碼是負電流,正和負的幅度相等,故稱為雙極性碼。此時的判決門限為零電平,接收端使用零判決器或正負判決器,接收信號的值若在零電平以上為正,判為"1"碼;若在零電平以下為負,判為"0"碼。
以上兩種編碼,都是在一個碼元的全部時間內(nèi)發(fā)出或不發(fā)出電流(單極性),以及發(fā)出正電流或負電流(雙極性)。每一位編碼占用了全部碼元的寬度,故這兩種編碼都屬于全寬碼,也稱作不歸零碼NRZ (Non Return Zero)。如果重復發(fā)送"1"碼,勢必要連續(xù)發(fā)送正電流;如果重復發(fā)送"0"碼,勢必要連續(xù)不送電流或連續(xù)發(fā)送負電流,這樣使某一位碼元與其下一位碼元之間沒有間隙,不易區(qū)分識別。歸零碼可以改善這種狀況。
單極性歸零碼,當發(fā)"1"碼時,發(fā)出正電流,但持續(xù)時間短于一個碼元的時間寬度,即發(fā)出一個窄脈沖;當發(fā)"0"碼時,仍然完全不發(fā)送電流,所以稱這種碼為單極性歸零碼。
雙極性歸零碼,其中"1"碼發(fā)正的窄脈沖,"0"碼發(fā)負的窄脈沖,兩個碼元的間隔時間可以大于每一個窄脈沖的寬度,取樣時間是對準脈沖的中心。
不歸零碼在傳輸中難以確定一位的結(jié)束和另一位的開始,需要用某種方法使發(fā)送器和接收器之間進行定時或同步;歸零碼的脈沖較窄,根據(jù)脈沖寬度與傳輸頻帶寬度成反比的關(guān)系,因而歸零碼在信道上占用的頻帶就較寬。
單極性碼會積累直流分量,這樣就不能使用變壓器在數(shù)據(jù)通信設備和所處環(huán)境之間提供良好絕緣的交流藕合,直流分量還會損壞連接點的表面電鍍層;雙極性碼的直流分量大大減少,這對數(shù)據(jù)傳輸是很有利的。
從以上討論中可以發(fā)現(xiàn),基帶傳輸?shù)牧硪粋€重要問題就是同步問題。接收端和發(fā)送端發(fā)來的數(shù)據(jù)序列在時間上必須取得同步,以便能準確地區(qū)分和接收發(fā)來的每位數(shù)據(jù)。這就要求接收端要按照發(fā)送端所發(fā)送的每個碼元的重復頻率及起止時間來接收數(shù)據(jù),在接收過程中還要不斷校準時間和頻率,這一過程稱為同步過程。在計算機通信與網(wǎng)絡中,廣泛采用的同步方法有位同步法和群同步法兩種。