信号编码技术

《无线局域网技术》讲义

第三讲信号编码技术

【回顾】

上次课我们主要学习了，无线传输介质中的无线电波、微波、光波以及红外线等，并且同学对各传输介质的特性做了详细介绍，同时我们信号的传输问题，一块学习全向天线和有向天线。另外，只要我们的天线进行电磁能的转换，只要经信息的发送和接受，就会出现信号的衰减，在不能的移动环境中，信号的电磁能的衰减是有所不同的。

为了能够更好的保证数据的传输，我们必须对多数据进行处理。

例如，古代人利用点燃烽火台而产生的滚滚狼烟，向远方军队传递敌人入侵的消息，这属于光信号；当我们说话时，声波传递到他人的耳朵，使他人了解我们的意图，这属于声信号；遨游太空的各种无线电波、四通八达的电话网中的电流等，都可以用来向远方表达各种消息，这属电信号。人们通过对光、声、电信号进行接收，才知道对方要表达的消息。

那么我们说的信号是指什么呢？信号是运载消息的工具，是消息的载体。从广义上讲，它包含光信号、声信号和电信号等。

【知识点1】信号编码方案

模拟信号是传播能量的一种形式，它指的是在时间上连续的(不间断)，数值幅度大小也是连续不问断变化的信号(传统的音频信号、视频信号)。如声波使它经过的媒体产生振动，可以以频率(以每秒的周期数或赫兹(Hz)为单位)测量声波。通过将二进制数表示为电脉冲(其中每个脉冲是一个信号元素)使数字信号通过媒体传输。线路上的电压在高低状态之间变化。例如，可以采用高电平传输二进制的1，采用低电平传输二进制的0。带宽是指每秒通过链路传输位数的术语。

图s-3描述了模拟和数字信号，其中模拟信号与数字信号等效。

在长距离传输时，信号由于衰减、噪声和导线束中其他导线的干扰而退化。模拟信号可以周期性地加以放大，但是如果信号受到噪声破坏，则放大的是失真信号。相比而言，由于可以很容易地从噪声中提取数字信号并重发，所以长距离传输数字信号更可靠。

数字数据传输利用PCM数字信道传输数据信号，首先要解决的问题是数据信号如何进入PCM话路的问题。主要通过两种方式：同步方式和异步方式。

同步方式利用PCM数字信道传输数据，如果数据信号与数字端局的时钟是同步的，这时，数据终端输出的数据信号是受PCM信道时钟控制的，因此只需对数据信号进行多路化处理即可。这里数据终端设备处于受控制的从属地位，因此灵活性差。

如果数据信号与数据端局时钟是异步的，这时数据信号可采用填充方式复用到64kbit/s的集合信号，这就是异步方式。

如上所述，数字数据借助于电脉冲传输。一一对应使用单脉冲表示一个位。它的效率是非常低的，因此已经开发了多种编码方案以使用电脉冲更高效地传输数字数据。结果大大提高了吞吐量。

这与使用旗语发送消息的情况相类似。比如说“信号旗升起”表示1，“信号旗降下”表示O。一种更有效的编码方案是“只在出现二进制1时升起或降下信号旗”。例如，如果信号旗已经举起，则把它降下来。不管信号旗是举起还是降下，它的运动才是指示器。这种方法还需要某种类型的定时(例如，每秒发送一位)。因此，在第一秒，信号旗升起

图S-3 AM和FM对数字信号的表达 (假设它原来是降下的)以表示1。然后再维持升起两秒钟(两个为0的位)，然后在第四秒降下以表示改变到为1的位。

对于数字设备，接收器必须具有某种方法能够知道数据流中字节的起始和结束。在异步通信中，字节边界由起始和停止位指示。在同步通信中，定时机制帮助发送器和接收器处于同步状态。同步信号可以占有一个单独的信道，但更经常的是直接集成到信号中。

下面介绍几种信令和编码方案并以图S-4说明。图中示出的是010*******位序列。目的是传尽可能多的信号，使用低电平以减少长距离衰减的影响，并在信号中直接提供同步机制。前几个例子表示基本的信号，但很少在实际中应用。

单极性单极性码有电压表示1，无电压表示O。没有特殊的编码。单极性码会累积直流分量。

双极性双极性码中正电压表示1，负电压表示0。该方案降低了功率要求并减小了高电平衰减。双极性码的直流分量则大大减少,从而有利于传输。 RZ (归零制) 归零码的电压状态在某个信号状态后返回到零。归零码的脉冲较窄，根据脉冲宽度与传输频带宽度成反比的关系，因而归零码在信道上占用的频带较宽。

图S-4数字信号编码方案

NRZI(按1反相不归零制) NRZI编码中不论电平是高还是低，都不代表二进制的1和0。而是电压变化表示二进制的1。如果没有电压变化，则下一位是0；如果有电压变化，则下一位是1。不归零码在传输中难以确定一位的结束和另一位的开始，需要用某种方法使发送器和接收器之间进行定时或同步。NRZI用于

较慢的RS—232串行通信和硬盘驱动器上的数据存储中。在同步链路上，长串的连续位(可能数千个0)会出现问题。接收器可能会失去同步，不能检测到连续串中0的正确个数。另一问题是长串的0表现为直流，它不能通过某些电气部件。Manchester编码和其他方案通过增加时钟信号解决了这些问题。

Manchester(曼彻斯特) 在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从高到低跳变表示"1"，从低到高跳变表示"0"。这给接收器提供了可以与之保持同步的定时信号。曼彻斯特编码常用在LAN上。

【核心知识点】信号编码技术

数据、信号和传输的模拟与数字之分

1、模拟(analog)和数字(digital)大致分别与连续(continuous)和离散

(discrete)相对应。数据、信号和传输经常使用这两个术语。

2、数据(data)定义为传达某种意义或信息的实体

3、信号(signal)是数据的电气或电磁表示

4、传输(transmission)是通过信号的传播和处理进行数据通信的过程

话音和音乐的声音频谱

模拟信号和数字信号

1、数据以电磁信号的方式从一点传播至另一点

2、模拟信号(analog signal)就是一个连续变化的电磁波，根据它的频率可以在