计算机网络技术第五讲(2.4 数据调制与编码)
计算机网络技术第五讲数据调制与编码
2.5.1 奇偶校验码 * 2.5.2 循环冗余校验码
课堂练习 课后作业
2
2.4 数据调制与编码
数据的表现形式－－信号，分为模拟信号和 数字信号两种，鉴于信号的特性及传输介质的性 能，模拟信号和数字信号在处理过程中往往需要 相互转换，或在传输过程中需要改变其表现形式。
3
模拟数据 模拟数据 数字数据 数字数据
G G 110111010110
第4讲
110110 110110
GG0 0
MM
001001011011
数 MM 据
0001011111 N N
101011101 101011100
信
1
2.2数据传输技术
第2章 数据通信基础知识
2.4 数据调制与编码
2.4.1 模拟数据调制为模拟信号 2.4.2 数字数据调制为模拟信号 2.4.3 模拟数据调制为数字信号PCM 2.4.4 数字数据编码为数字信号
数据发送顺序
1. 垂直奇偶校验
位/字符 O P H K C P
例 垂直奇校验编码 （发送数据的 “1”的个数为 奇数，则校验位 为“0”，否则 为“1”
B1
10 0 1 1 0
B2
10 0 1 1 0
B3
10 0 0 0 0
B4
10 1 1 0 0
B5
01 0 0 0 1
B6
00 1 1 1 0
B7
的数据编码方法。
5. 脉冲编码调制的三个步骤是（ 采样 ）、（ 量化 ）和（ 编码 ）。
18
三、画出数据11001101的曼彻斯特编码
数据 电信号
1 10 011 01
同步信号 曼彻斯特编码
数字二进制信号的编码与调制技术
数字二进制信号的编码与调制技术随着科技的不断发展，数字通信技术的重要性越来越凸显。
而数字通信技术中的关键性能之一就是数字信号的传输质量，其中数字信号的编码和调制技术至关重要。
本文将深入探讨数字二进制信号的编码与调制技术的相关知识。
一、数字信号与模拟信号数字信号是指以数字形式储存、处理、传输数据的信号，其中数据一般用二进制数表示。
与之相对的是模拟信号，模拟信号指的是以连续的电压、电流或其他物理量形式的信号。
常见的模拟信号有声音、图像等。
相比较而言，数字信号由于使用二进制数表示，储存、处理和传输都可以用计算机等数字设备完成，并且抗干扰能力强，信号传输质量好。
二、数字二进制信号的编码方式数字信号在传输的过程中需要进行编码，其中最常用的数字编码方式是二进制编码方式。
1、非归零编码（NRZ）非归零编码（NRZ）是将0和1分别转化为低电平和高电平的编码方式。
因为只需要判断电平的高低，所以NRZ编码是最基本、也是最简单的编码方式。
但是，在NRZ编码方式中，如果数据连续传输数个 0 或 1 时，就会产生"磁化"现象，从而导致信号的偏移，产生时钟抖动。
这也是NRZ编码方式的局限性。
2、归零编码（RZ）归零编码（RZ）通过在每个位的中间加入一个零值来解决NRZ编码方式的问题。
具体操作是，将0加成一个低电平和一个高电平，将 1 加成一个高电平和一个低电平。
当数据连续传输 0 时，由于中间插入了一个 0，不会再产生"磁化"现象，而且数据时钟总是能够与信号时钟同步。
因此，RZ编码方式经常用在数据速率较慢的情况下。
3、曼彻斯特编码（Manchester）曼彻斯特编码（Manchester）是通过在每个位的中间加入一个反向电平的方式来编码数字信号。
具体操作是，将 0 加成一个宽电平下降和宽电平上升，将1 加成一个宽电平上升和宽电平下降。
这样，每个位都有一个电平变化，可以解决"磁化"问题。
数据编码和调制
数字数据编码信号的波形
0
0
1
1
0
1
H
L (a) 不归零码(NRZ)
H
L (b) 曼彻斯特编码
H
L (c) 差分曼彻斯特编码
曼彻斯特编码的波形所占的频带的宽度比原始的基带信号增加一倍。
位同步
外同步法：一路数据信号 + 一路同步时钟信号
内同步法：从自含时钟编码的发送数据中提取同步时钟的方法。比如：
非归零码NRZ
曼彻斯特（manchester）编码
差分曼彻斯特（difference manchestNRZ
• 整个码元时间内保持有效电平；两种极性（正 和负）的电压脉冲，一种极性表示1，一种极 性表示0。
• NRZ码的缺点是如果信号中一长串“1”与“0” 时， 意味电压在一个连续的时间段内没发生变化， 如果发送方接受方的时钟不能精确一致，就可 能导致接收方错误的解码。即无法判断一位的 开始与结束，收发双方不能保持同步。
3. 差分曼彻斯特（difference manchester）编码
差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进。 差分曼彻斯特编码与曼彻斯特编码不同点主要是： • 每比特的中间跳变仅做同步之用； • 每比特的值根据其开始边界是否发生跳变来决定; • 一个比特开始处出现电平跳变表示传输二进制0,不
发生跳变表示传输二进制1。
曼彻斯特编码，差分曼彻斯特编码。 NRZ
数据编码和调制
几种最基本的调制方法 P38
• 基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至 有直流成分，而许多信道并不能传输这种低 频分量或直流分量。为了解决这一问题，就 必须对基带信号进行调制(modulation)。
数据编码和调制
数据的编码和调制
2.1 数据通信的基本概念
2.1.2 数据通信系统的组成
信息的传递是通过通信系统来实现的。图2-3所示是通信系 统的模型，共有5个基本组件:发送机、发送设备、信道、接 收设备和接收机。其中，把除去两端设备的部分叫做信息传 输系统，如图2-4所示。信息传输信系统由5个主要部分组 成:信源(发送机)、信宿(接收机)、信道、信号变换器、噪 声源。
1.物理信道和逻辑信道 物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路，它由传输介
质及有关通信设备组成。逻辑信道也是网络上的一种通路， 在信号的接收和发送之，还在结点内部实现了其他“连 接”，通常把这些“连接”称为逻辑信道。因此，同一物理 信道上可以提供多条逻辑信道，而每一逻辑信道上只允许一 路信号通过。
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2.1 数据通信的基本概念
2.1.1 数据、信息和信号
数据通信的目的是交换信息，信息的载体可以是数字、文字、 语音、图形或图像等，计算机产生的信息一般是数字、文字、 语音、图形或图像的组合。为了传送这些信息，首先要将数 字、文字、语音、图形或图像用二进制代码的数据(数字数据) 来表示。因此，在数据通信技术中，信号(signal)、信息 (information)与数据(data)是十分重要的概念。
并行传输的传输速率高，适用于近距离、要求快速传输数据 的地方。在传输距离较远时，一般不采用并行传送方式，因 为并行传输各数据线间容易受电磁干扰而导致数据传输错误， 而且随着线路的增长，错误也会增加。串行传送的传输速率 虽然低，但可以节省通信线路的投资，是网络中普遍采用的 方式。
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2.2 数据通信方式
3.信号变换器 信号变换器的作用是将信源发出的信息变换成适合在信道上
传输的信号。对应不同的信源和信道，信号变换器有不同的 组成和变换功能。发送端的信号变换器可以是编码器或调制 器，接收端的信号变换器相对应的就是译码器或解调器。
数据的编码与调制
数据的编码与调制如前所述，网络中的通信信道可以分为模拟信道和数字信道，分别用于传输模拟信号和数字信号，而依赖于信道传输的数据也分为模拟数据与数字数据两类。
为了正确地传输数据，必须对原始数据进行相应的编码或调制，将原始数据变成与信道传输特性相匹配的数字信号或模拟信号后，才能送入信道传输。
如图6-20所示，数字数据经过数字编码后可以变成数字信号，经过数字调制（ASK、FSK、PSK）后可以成为模拟信号；而模拟数据经过脉冲编码调制（PCM）后可以变成数字信号，经过模拟调制（AM、FM、PM）后可以成为与模拟信道传输特性相匹配的模拟信号。
图6-20 数据的编码与调制示意图6.3.1 数字数据的数字信号编码利用数字通信信道直接传输数字信号的方法，称作数字信号的基带传输。
而基带传输需要解决的两个问题是数字数据的数字信号编码方式及收发双方之间的信号同步。
在数字基带传输中，最常见的数据信号编码方式有不归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码3种。
以数字数据011101001为例，采用这3种编码方式后，它的编码波形如图6-21所示。
1.不归零码（NRZ，Non－Return to Zero）NRZ码可以用低电平表示逻辑“0”，用高电平表示逻辑“1”。
并且在发送NRZ码的同时，必须传送一个同步信号，以保持收发双方的时钟同步。
2.曼彻斯特编码（Manchester）曼彻斯特编码的特点是每一位二进制信号的中间都有跳变，若从低电平跳变到高电平，就表示数字信号“1”；若从高电平跳变到低电平，就表示数字信号“0”。
曼彻斯特编码的原则是：将每个比特的周期T分为前T/2和后T/2，前T/2取反码，后T/2取原码。
曼彻斯特编码的优点是每一个比特中间的跳变可以作为接收端的时钟信号，以保持接收端和发送端之间的同步。
3.差分曼彻斯特编码（Difference Manchester）差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进，其特点是每比特的值要根据其开始边界是否发生电平跳变来决定，若一个比特开始处出现跳变则表示“0”，不出现跳变则表示“1”，每一位二进制信号中间的跳变仅用做同步信号。
数据的编码与调制汇总课件
调制的基本原理
调制定义
调制是一种将低频信号转化为高 频信号的过程，使得高频信号能
够以更有效的方式进行传输。
调制目的
调制的主要目的是在有限的频带范 围内传输更多的信息，同时减少干 扰和噪声的影响。
调制方法分类
调制方法可以分为线性调制和非线 性调制，线性调制包括幅度调制和 频率调制，非线性调制包括相位调 制和频率偏移调制等。
数据的编码与调制汇总课件
目 录
• 数据编码部分 • 数据调制部分 • 数据编码与调制的关联 • 数据编码与调制的应用 • 数据编码与调制的未来趋势
01
数据编码部分
数据的概念及重要性
数据是信息的载体，是人们用 来描述客观事物的符号记录。
数据对于决策者、管者和研 究者具有重要意义，可以反映 出现状、趋势和规律等有用信 息。
04
数据编码与调制的应用
QPSK和QAM数字调制技术
要点一
QPSK（Quadrature Phase Shift…
QPSK是一种常见的数字调制技术，它使用四个不同的相位 表示二进制数据，具有较高的频谱效率和抗噪声性能。
要点二
QAM（Quadrature Amplitude Mo…
QAM是一种结合了幅度调制和相位调制的数字调制技术， 它可以在有限的频带内传输更高速率的数据，具有更高的 频谱效率和抗干扰性能。
数据链路层是OSI参考模型中的第二层，主要负责数据的可靠传输和错误控制。在这一层中，编码与调制技术对 于数据的传输效率和可靠性至关重要。
常见的数据链路层编码与调制技术
1. 差错控制编码（Error Control Coding）：用于检测和纠正数据传输中的错误；2. 交织与去交织（ Interleaving and Deinterleaving）：用于改善数据传输的可靠性和稳定性；3. 数字调制（Digital Modulation ）：如QPSK和QAM等数字调制技术，用于提高频谱效率和抗噪声性能。
计算机网络课件(蔡开裕)——编码技术
《计算机网络》第3章 物理层
1.非归零码NRZ
• NRZ码的缺点是无法判断一位的开始与结束，收发双 方不能保持同步；
• 为保证收发双方的同步，必须在发送NRZ码的同时， 用另一个信道同时传送同步信号；
• 如果信号中“1”与“0”的个数不相等时，存在直流 分量。
9
《计算机网络》第3章 物理层
2.曼彻斯特（manchester）编码
um·sin（ω2t+φ0） 数字0 • 移频键控FSK信号实现容易，技术简单，抗干扰能力
较强，是目前最常用的调制方法之一。
6
《计算机网络》第3章 物理层
3.移相键控（phase-shift keying，PSK）
• 绝对调相 um·sin（ωt+0） 数字1
u（t）= um·sin（ωt+π ） 数字0
0011
(b)
13
《计算机网络》第3章 物理层
PCM用于数字语音系统：
• 声音分为128个量化级； • 每个量化级采用7位二进制编码表示； • 采样速率为8000样本/秒； • 数据传输速率应达到7位×8000/秒 =56kb/s； • 如果每个量化级采用7+1=8位二进制编码表示; • 数据传输速率应达到8位×8000/秒 = 64kb/s。
10
《计算机网络》第3章 物理层
差分曼彻斯特（difference manchester）编码
差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进。
差分曼彻斯特编码与曼彻斯特编码不同点主要是： • 每比特的中间跳变仅做同步之用； • 每比特的值根据其开始边界是否发生跳变来决定; • 一个比特开始处出现电平跳变表示传输二进制0,不发生跳
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《计算机网络》第3章 物理层
编码调制和解调
bit(i-1) × 0 1
密勒码编码规则
bit i
密勒码编码规则
1
bit i的起始位置不变化，中间位置跳变
0
bit i的起始位置跳变，中间位置不跳变
0
bit i的起始位置不跳变，中间位置不跳变
3.3 密勒码
数据
1
0
1
1
0
0
1
0
数据时钟
NRZ
倒相的 曼彻斯特码
密勒码
10 0 00 1 10 0 0 11 1 00 0
3.1 概述
2. RFID系统的信息传输方向 通信信息的传输包括读写器到标签（前向链 路）以及标签到读写器（反向链路）两个通信方 向。 3. RFID中常用的编码方式
（1）曼彻斯特（Manchester）码 （2）密勒（Miller）码 （3）脉冲间隔编码（Pulse Interval Encoding，PIE） （4） FM0码
a 数据时钟
编码器
c 计数器
d 修正密勒码 输出
（a）修正密勒码编码器原理框图
13.56MHz
3.3 密勒码
TYPE A中定义了如下三种时序： （1）时序X：该时序将在64/fc处产生一个“pause”（凹槽）； （2）时序Y：该时序在整个位期间（128/fc）不发生调制； （3）时序Z：该时序在位期间的开始时，产生一个“pause”。
3. 编码、调制和解调
3.1 概述
1. 编码的分类：信源编码和信道编码
（1）信源编码：对信源信息进行加工处理， 模拟数据要经过采样、量化和编码变换为数字数 据。为降低所需要传输的数据量，在信源编码中 往往还采用数据压缩技术，以提高信息传输的有 效性。
（2）信道编码：将数字数据编码成适合于在 数字信道上传输的数字信号，并具有所需的抵抗 差错的能力，即通过相应的编码方法使接收端能 具有检错或纠错能力，增强其抗干扰能力。
通信系统中的编码与调制技术
通信系统中的编码与调制技术随着现代通信技术的发展，编码与调制技术在通信系统中扮演着至关重要的角色。
编码与调制技术通过将信息转换为电信号的形式，实现信号的传输和解码，以保证信息的可靠传输和准确接收。
本文将详细介绍通信系统中的编码与调制技术。
一、编码技术编码技术是将信息转换为电信号的过程，其中最常用的编码技术是数字编码和模拟编码。
1. 数字编码数字编码是将离散的数字信号转换为连续的电信号。
在数字通信中，我们常用的数字编码方式包括二进制编码、八进制编码和十六进制编码等。
例如，将0和1两个数字转换为电压水平高低分别代表0和1，这就是二进制编码。
数字编码的优点是抗干扰性强、传输效率高，广泛应用于现代通信系统中。
2. 模拟编码模拟编码是将连续的模拟信号转换为电信号，常用的编码方式有频移键控、振幅调制和相位调制等。
频移键控是通过改变信号的频率来表示不同的信息，其中最常用的是频移键控调制（FSK）。
振幅调制是通过改变信号的振幅来表示不同的信息，常用的是调幅（AM）和双边带调幅（DSB-AM）。
相位调制是通过改变信号的相位来表示不同的信息，常用的是调相（PM）和频率调制（FM）。
二、调制技术调制技术是将编码后的信号转换为传输信号的过程，采用不同的调制技术可以提高信号的传输效率和抗干扰性。
1. 幅度调制（AM）幅度调制通过改变信号的振幅来进行调制，其中最常用的是调幅（AM）技术。
AM技术通过改变信号的振幅来调制载波信号，使得载波的振幅随着信号的变化而变化，从而传输信号。
AM技术简单易用，但其抗干扰性较差。
2. 频率调制（FM）频率调制通过改变信号的频率来进行调制，其中最常用的是频率调制（FM）技术。
FM技术通过改变载波信号的频率来表示不同的信息，频率越高表示信号的幅度越大，从而传输信号。
FM技术具有较好的抗干扰性能，广泛应用于广播和无线电通信领域。
3. 相位调制（PM）相位调制通过改变信号的相位来进行调制，其中最常用的是调相（PM）技术。
调制编码的种类及原理-概述说明以及解释
调制编码的种类及原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述调制编码是一种在通信过程中用于将信息从其原始形式转换成适合传输和存储的信号形式的技术。
它是通信领域中不可或缺的关键技术之一。
调制编码的种类繁多，每种种类都有其独特的应用和优势。
调制编码的目的是通过将原始的数字数据转换为模拟信号或数字信号，以便在信道中传输。
通过调制编码，可以将数字信号转换为模拟信号，从而可以通过模拟信道进行传输。
同时，调制编码还可以将数字信号转换为数字信号，以便通过数字信道进行传输，从而更好地兼容数字通信系统。
调制编码的原理是通过一定的编码规则将输入的数字信息转换为特定的信号模式。
这些信号模式可以是连续的模拟信号，也可以是离散的数字信号。
不同的调制编码方法采用不同的编码规则和映射方式，以便实现在不同信道条件下的高效、可靠的信息传输。
在本文中，我们将讨论几种常见的调制编码的种类和原理。
我们将介绍调幅调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）等模拟调制编码，以及脉冲编码调制（PCM）、正交振幅调制（QAM）等数字调制编码。
我们将详细介绍每种调制编码的基本原理、优势和应用场景，以便读者更好地理解和运用调制编码技术。
通过对调制编码的种类和原理进行全面的介绍，读者将能够更好地理解和应用调制编码技术，并在实际的通信系统中进行选取和优化，从而实现高效、可靠的信息传输。
在接下来的章节中，我们将详细阐述每种调制编码的种类和原理，并总结其应用和优势。
1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，我们将对调制编码的种类及原理进行一个简单的概述，介绍文章的结构和目的，让读者对文章有一个整体的了解。
在正文部分，我们将详细讨论调制编码的种类和原理。
首先，我们将介绍调制编码的种类，包括常见的调幅、调频和调相编码等，对每种编码方法进行详细的解释和分析。
然后，我们将探讨调制编码的原理，包括数字信号与模拟信号的转换过程、调制器和解调器的工作原理等。
编码与调制总结
《通信工程专业研究方法论与创新教育》结课论文编码与调制姓名学号指导老师编码与调制交大没有笨学生，只有懒学生。
编码的核心是频谱的整形，调制的核心是频带的搬移。
用数字信号承载数字或模拟数据叫做编码。
编码的码型有很多种，包括：二进制码、不归零码、不归零反转码、单极性非归零码、双极性非归零码、归零码、单极性归零码、双极性归零码、曼切斯特码、差分曼彻斯特编码、AMI编码、HDB3编码、B3ZS编码、B8ZS编码、CMI编码、4B/5B编码、5B/6B编码、MLT-3编码、8B/10B编码、8B/6T编码、64B/66B编码、128B/130B编码和PAM-5编码。
A. 二进制码最普通且最容易的方法是用两个不同的电压值来表示两个二进制值。
用无电压（或负电压）表示0，而正电压表示1。
优点：技术实现简单，计算机是由逻辑电路组成，逻辑电路通常只有两个状态，开关的接通与断开，这两种状态正好可以用“1”和“0”表示；简化运算规则：两个二进制数和、积运算组合各有三种，运算规则简单，有利于简化计算机内部结构，提高运算速度；适合逻辑运算：逻辑代数是逻辑运算的理论依据，二进制只有两个数码，正好与逻辑代数中的“真”和“假”相吻合；易于进行转换，二进制与十进制数易于互相转换；用二进制表示数据具有抗干扰能力强，可靠性高等优点。
因为每位数据只有高低两个状态，当受到一定程度的干扰时，仍能可靠地分辨出它是高还是低；一位二进制代码叫做一个码元,它有0和1两种状态.N个码元可以有2^n种不同的组合；每种组合称为一个码字.用不同码字表示各种各样的信息,就是二进制编码.B. 非归零码（NRZ编码）不归零编码效率是最高编码。
光接口STM-NO、1000Base-SX、1000Base-LX采用此码型。
NRZ是一种很简单的编码方式，用0电位和1点位分别二进制的“0”和“1”，编码后速率不变，有很明显的直流成份，不适合电接口传输。
不归零码缺点：存在直流分量，传输中不能使用变压器，不具备自动同步机制，传输时必须使用外同步。
通信系统中的编码与调制技术
通信系统中的编码与调制技术随着通信技术的飞速发展，人类对于高效、可靠的通信系统的需求日益增加。
编码与调制技术作为通信系统的重要组成部分，扮演着将信息转化为适合传输的信号的关键角色。
本文将介绍通信系统中常见的编码与调制技术，以及它们在不同场景下的应用。
一、编码技术1.1 数字编码技术数字编码技术是将信息转化为数字信号的过程。
常见的数字编码技术有脉冲编码调制（PCM）和差分脉冲编码调制（DPCM）。
脉冲编码调制是一种将模拟信号转化为数字信号的方法。
它将连续信号进行采样和量化，再用离散的脉冲表示每一个采样值。
脉冲编码调制具有较好的抗噪声性能和适应性，广泛应用于语音通信等领域。
差分脉冲编码调制是一种将差分信号编码为数字信号的方法。
它将连续信号的差分量化结果作为编码值，减少了相邻采样值的相关性。
差分脉冲编码调制适用于传输容易受到误码干扰的环境，如无线通信系统。
1.2 模拟编码技术模拟编码技术是将信息转化为模拟信号的过程。
常见的模拟编码技术有频移键控调制（FSK）和振幅调制（AM）。
频移键控调制是一种将数字信号转化为模拟信号的方法。
它通过改变信号的频率来表示信息，常用于调制数字音频信号，如调频广播。
振幅调制是一种通过改变信号的振幅来表示信息的方法。
它在无线电通信中得到广泛应用，如调幅广播和电视广播。
二、调制技术2.1 数字调制技术数字调制技术是将数字信号转化为模拟信号的过程。
常见的数字调制技术有正交振幅调制（QAM）和相移键控调制（PSK）。
正交振幅调制是一种将多个数字信号同时调制到载波上进行传输的方法。
它通过调整振幅和相位来表示信息，具有高传输速率和较好的抗干扰性能，广泛应用于数字通信系统，如Wi-Fi。
相移键控调制是一种将数字信号转化为模拟信号的方法，通过改变信号的相位来表示信息。
在数字电视和卫星通信中得到广泛应用。
2.2 模拟调制技术模拟调制技术是将模拟信号转化为模拟信号的过程。
常见的模拟调制技术有调幅（AM）和调频（FM）。
调制与编码策略
调制与编码策略调制和编码是数字通信中不可或缺的环节。
调制将信息转换为适合传输的形式，而编码则在传输中保证信息的准确性和可靠性。
它们在现代通信技术中的应用对于实现高效、可靠的通信至关重要。
调制是将数字信号转换为模拟信号或改变信号的某些特性，以便在通信中传输。
主要有以下几种调制方式：1.振幅调制（Amplitude Modulation，AM）：通过改变信号的振幅来传递信息。
AM广泛应用于广播和短波通信。
2.频率调制（Frequency Modulation，FM）：3.通过改变信号的频率来传递信息。
FM常用于广播和音频信号传输。
3.相位调制（Phase Modulation，PM）：通过改变信号的相位来传递信息。
PM在一些数字通信系统中使用。
4.正交振幅调制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）：结合振幅和相位的调制方式，常用于数字通信系统，提高信道利用率。
编码（Coding）：编码是将信息转换为特定的形式，以便在传输或存储中使用。
在数字通信中，编码通常是将数字信号映射为符号序列。
主要的编码策略包括：1.脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，PCM）：将模拟信号转换为数字信号的编码方式，常用于音频信号的数字化。
2.差分编码（Differential Coding）：通过编码相邻样本之间的差异，减少数据传输中的冗余信息。
3.哈夫曼编码（Huffman Coding）：通过变长编码方式对不同符号进行编码，以减少整体传输数据量。
4.循环冗余检测（Cyclic Redundancy Check，CRC）：在数字通信中用于检测数据传输中的错误，通过添加冗余信息实现。
5.卷积码（Convolutional Coding）：通过在数据流中引入冗余信息，提高数据传输的可靠性。
计算机网络技术第五讲.
2
§1.3 传输技术
1.3.3 数据信号与信道的匹配
6.模拟信号的数字编码—脉冲编码调制技术
PCM转换过程举例
原 始 信 号 PAM脉冲(采样) PCM脉冲(量化) （有量化误差）
3.2 3.9 2.8 3.4 4.2
t
1.2
3 1 011 100 011 011 001 100 4
15
§1.3 传输技术
1.3.4 差错检测与控制
1. 差错产生的原因与基本对策
信号在物理信道中进行传输存在差错，使得
接收到的数据与原来发送的数据不一致，称为 传输差错。
与语音、图像传输不同，计算机通信要求极
低的差错率。
除了信号的衰减外，信道噪声引起传输信号
的畸变是产生差错的主要原因。
第1章 计算机网络技术基础
双极性码
表示“1”时发出正电流，表示“0”时发出 负电流，电流具有两个极性。
第1章 计算机网络技术基础
8
§1.3 传输技术
1.3.3 数据信号与信道的匹配
7. 数字编码
各种编码方式的特点：
归零码（Return to Zero, RZ）
每次进行0-1变换或1-0变换时，都要在无电
流处停留一下。
不归零码（Non-Return to Zero, NRZ）
每次进行0-1变换或1-0变换时都是直接的，
不在无电流处停留。
第1章 计算机网络技术基础
9
§1.3 传输技术
1.3.3 数据信号与信道的匹配
7. 数字编码
各种编码方式的特点：
曼彻斯特（Manchester）编码
每个比特周期的前半个周期传送该比特的 原码，后半个周期传送该比特的反码。
2.4编码调制
2.4编码调制2.4编码&调制编码数字——数字⾮归零编码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码模拟——数字PCM脉码调制调制数字——模拟调幅调频调相调幅+调相基带信号与宽带信号信道︰信号的传输媒介。
⼀般⽤来表⽰向某⼀个⽅向传送信息的介质，因此⼀条通信线路往往包含两条信道，⼀条发送信道和⼀条接收信道。
分类传输信号——模拟信道（传送模拟信号）数字信道（传送数字信号)传输介质——⽆线信道、有线信道信道上传送的信号基带信号将数字信号1和0直接⽤两种不同的电压表⽰，再送到数字信道上去传输（基带传输)。
来⾃信源的信号，像计算机输出的代表各种⽂字或图像⽂件的数据信号都属于基带信号。
基带信号就是发出的直接表达了要传输的信息的信号，⽐如我们说话的声波也是。
在传输距离近时采⽤，(近距离衰减⼩，从⽽信号内容不易发⽣变化)宽带信号宽带信号将基带信号进⾏调制后形成的频分复⽤模拟信号，再传送到模拟信道上去传输（宽带传输)。
把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较⾼的频段以便在信道中传输(即仅在⼀段频率范围内能够通过信道)。
在传输距离较远时采⽤，(远距离衰减⼤，即使信号变化⼤也能最后过滤出来基带信号)编码与调制数字数据编码为数字信号（1）⾮归零编码【NRZ】（2）曼彻斯特编码（3）差分曼彻斯特编码（4）归零编码【RZ】（5）反向不归零编码【NRZI】（6）4B/5B 编码⾮归零编码【NRZ)⾼1低0，编码容易实现，但没有检错功能,且⽆法判断⼀个码元的开始和结束,以⾄于收发双⽅难以保持同步。
归零编码【RZ】信号电平在每⼀个码元之内都要恢复到零的这种编码成编码⽅式。
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则正好相反。
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变，位中间的跳变既作时钟信号（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。
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例
数据10001011的编码如下： 数据10001011的编码如下： 10001011的编码如下
数据 电信号
1
0
0
0
1
0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1
1
同步信号
曼彻斯特编码
2.5
差错控制编码
数字信号在传输过程中， 数字信号在传输过程中，由于受 到各种干扰等，会使传输出现差错， 到各种干扰等，会使传输出现差错， 因此， 因此，接收端要具有差错检测的能 力。
f抽
2fmax
（2）量化
预先确定一些标准数值（等级）作为量化值， ● 预先确定一些标准数值（等级）作为量化值，把抽样值与量化值相 比较，从中选出最接近抽样值的量化值来代替真实的抽样值。 比较，从中选出最接近抽样值的量化值来代替真实的抽样值。 例如：分为16个等级， 例如：分为16个等级，四舍五入 16个等级
模拟数据
调制器
模拟信号
模拟数据
编码器
数字信号
数字数据
调制器
模拟信号
数字数据
编码器
数字信号
2.4.1 模拟数据调制为模拟信号
是用高频正弦波作为载波信号，用要传输的信号（ 是用高频正弦波作为载波信号，用要传输的信号（调制 信号）来控制载波的振幅、频率或者相位， 信号）来控制载波的振幅、频率或者相位，使高频载波的振 频率或者相位的变化随着其变化规律的变化而变化。 幅、频率或者相位的变化随着其变化规律的变化而变化。 振幅调制（AM） 例：振幅调制（AM） 调制信号
二、填空题
1.描述电磁波的3个主要参数是（ 1.描述电磁波的3个主要参数是（ 振幅 ）、（ 频率 )和（ 相位 ）。 描述电磁波的 2.电话通信信道是典型的 电话通信信道是典型的（ 信道， 2.电话通信信道是典型的（ 模拟通信 ）信道，为了利用电话交换网 数字信号 实现计算机的（ 的传输， 实现计算机的（ ）的传输，必须先将数字信号转换为模拟 信号。 信号。 3.模拟数据编码方法可以分为 模拟数据编码方法可以分为（ 3.模拟数据编码方法可以分为（ 振幅键控 ）、（ 频移键控 ）和 相移键控 )3类。 )3类 ( 曼彻斯特编码是比较流行的（ 编码方法， 4. 曼彻斯特编码是比较流行的（ 数字数据 ）编码方法，它在每个比特 中间都会有一次（ ），因此它是一种自含 因此它是一种自含（ 中间都会有一次（ 电平跳变 ），因此它是一种自含（ 时钟信号 ） 的数据编码方法。 的数据编码方法。 脉冲编码调制的三个步骤是（ 5. 脉冲编码调制的三个步骤是（ 采样 ）、（ 量化 ）和（ 编码 ）。
2.4 数据调制与编码
数据的表现形式－－信号， 数据的表现形式－－信号，分为模拟信号和 －－信号 数字信号两种， 数字信号两种，鉴于信号的特性及传输介质的性 能，模拟信号和数字信号在处理过程中往往需要 相互转换，或在传输过程中需要改变其表现形式。 相互转换，或在传输过程中需要改变其表现形式。
4种不同的数据表示方式
高频载波
AM信号 信号
2.4.2. 数字数据调制为模拟信号
数字数据
1.振幅键控 振幅键控 ASK
2.移频键控 移频键控 FSK 3.移相键控 移相键控 PSK
2.4.3 模拟数据调制为数字信号 模拟数据调制为数字信号PCM
模拟信号数字化：模拟信号转换成数字信号。 模拟信号数字化：模拟信号转换成数字信号。 目的：为了信号在数字信道上传输。 目的：为了信号在数字信道上传输。 PCM（脉冲编码调制）： （脉冲编码调制）：Pulse Code Modulation。 ）： 。 PCM将模拟信号转换为数字信号的过程： 将模拟信号转换为数字信号的过程： 将模拟信号转换为数字信号的过程 采样 量化 编码
信
2.2数据传输技术
第2章 章
数据通信基础知识
2.4 数据调制与编码
2.4.1 模拟数据调制为模拟信号 2.4.2 数字数据调制为模拟信号 2.4.3 模拟数据调制为数字信号PCM 模拟数据调制为数字信号 2.4.4 数字数据编码为数字信号
2.5
差错控制编码
2.5.1 奇偶校验码 * 2.5.2 循环冗余校验码 课堂练习 课后作业
（1）采样
●对连续信号（模拟信号），按一定的时间间隔取出一些瞬时值。 对连续信号（模拟信号），按一定的时间间隔取出一些瞬时值。 对连续信号 ），按一定的时间间隔取出一些瞬时值
u（t）
· d
·
· · ·
·
0
d1 d2 d3 d4 d5
· · d d
6
7
t
?
!
能否用抽样值代 替原来的连续信号
如果抽样频率等于或大于信号最高频率 的两倍，则可以由抽样恢复原信号。 的两倍，则可以由抽样恢复原信号。
例 垂直奇校验编码
P 0 0 0 0 1 0 1 1
2. 水平奇偶校验
例
水平奇校验编码 发送数据的“ 的个数为奇数，则校验位为“ （发送数据的“1”的个数为奇数，则校验位为“0”，否则 为“1 ” 校验位 位/字符 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 O 1 1 1 1 0 0 1 P 0 0 0 0 1 0 1 H 0 0 0 1 0 1 1 K 1 1 0 1 0 1 1 C 1 1 0 0 0 1 1 P 0 0 0 0 1 0 1 数 据 发 送 顺 序
第4讲
11011110000010110 11011110000010110
G G
11011110000010110 11011110000010110
G0 0 G MM 00111 数 00111 0 0 M据 M 00111 101011100 101011100 N N 00111 通
N N
101011100 101011100
信号数字化的整个过程为： 信号数字化的整个过程为：
抽样 d2 1.28 量化为 13 二进制码 1101 编码信号
抽样 d5 0.73
量化为 7
二进制码 0111
编码信号
2.4.4 数字数据编码为数字信号 2. 曼彻斯特编码
● 每个数据比特都分成两个相等的间隔，每个 每个数据比特都分成两个相等的间隔， 比特中间都会出现一次电平的跳变； 比特中间都会出现一次电平的跳变； ● 规定： 规定： 从高电平跳变到低电平时，表示这一比特为“ ” 从高电平跳变到低电平时，表示这一比特为“1”； 从低电平跳变到高电平时，表示这一比特为“ ” 从低电平跳变到高电平时，表示这一比特为“0”；
u（t）
13 6 3
· · ·
15
13
· ·d d
0
· ·
7
4
1
d2 d3 d4 d5 d6
· d
1
7
t
!
数字信号的形成
通过抽样、量化后，信号不仅在时间上是离散的， 通过抽样、量化后，信号不仅在时间上是离散的， 而且在取值上也是离散的
（3）编码
● 把经过抽样、量化后的数字信号用一组二进制电码来表示的过程。 把经过抽样、量化后的数字信号用一组二进制电码来表示的过程。 二进制码 0100 编码信号
检错重发： 检错重发： 这种方法， 这种方法，接收端只需要知 道接收的数据中是否有错， 道接收的数据中是否有错，不需 要错码出现在什么位置。 要错码出现在什么位置。
2.5.1 奇偶校验码
● 通过增加冗余位（二进制位）“0”或“1”，使得数 通过增加冗余位（二进制位） ” ” 据代 码中“1”的个数恒为“奇数”或者“偶数”。 码中“ ”的个数恒为“奇数”或者“偶数” 数据发送顺序 1. 垂直奇偶校验 位/字符 O P H K C B1 1 0 0 1 1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 校验位 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 （发送数据的 “1”的个数为 奇数， 奇数，则校验位 为“0”，否则 为“1 ”
0 0 0 0 1 0 1
课堂练习
一、单选题 1. 在数字数据编码方式中，( B ) 是一种自含时钟编码方式。 在数字数据编码方式中， 是一种自含时钟编码方式。 A. 奇偶校验码 B.曼彻斯特编码 C. PCM D. 二进制编码 曼彻斯特编码 2. 通常通信信道的带宽越宽，数据传输中的失真将会 B ) 。 通常通信信道的带宽越宽，数据传输中的失真将会( A. 越大 B. 越小 C. 同不变 D. 不定 3. 在脉冲编码调制中，如果通信信道带宽为 ，那么采用频率 与带宽的关 在脉冲编码调制中，如果通信信道带宽为B，那么采用频率f与带宽的关 系应为( 系应为 A ) 。 A. f大于等于 大于等于2B B. f小于 小于2B C. F＝B D. f＝0.5B 大于等于 小于 ＝ ＝ 4. 在脉冲编码调制中，如果规定的量化级是 个，则需要使用（ B ） 在脉冲编码调制中，如果规定的量化级是64个 则需要使用（ 位编码。 位编码。 A. 7 B. 6 C. 5 D. 4
作业
1. 数据编码方法可以分为哪两种类型？它们各 数据编码方法可以分为哪两种类型？ 有哪些主要的编码方法？ 有哪些主要的编码方法？ 清华P （清华 34 7） ） 2. 说明脉冲编码调制方式的基本工作原理。 说明脉冲编码调制方式的基本工作原理。 （清华P34 8） 清华 ）
三、画出数据11001101的曼彻斯特编码 画出数据11001101的曼彻斯特编码 11001101
数据 电信号
1
1
0
0
1
1
0
1
同步信号
曼彻斯特编码
四、垂直奇校验编码 发送数据的“ 的个数为奇数，则校验位为“ （发送数据的“1”的个数为奇数，则校验位为“0”，否则 为“1 ” 数据发送顺序 位/字符 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 校验位 O 1 0 1 1 0 0 1 0 G 1 0 0 0 1 0 1 0 H 0 1 0 1 0 1 1 1 K 0 1 0 1 0 1 1 1 C 1 0 0 0 0 1 1 0 P 0 1 0 0 1 0 1 0