物理层-第三四节：传输方式和编码与调制

Posted 2023-01-25 快乐江湖

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了物理层-第三四节：传输方式和编码与调制相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

文章目录

一：传输方式
二：编码与调制

本节对应视频

【计算机网络微课堂（有字幕无背景音乐版）】：2.3 传输方式：对应“一：传输方式”
【计算机网络微课堂（有字幕无背景音乐版）】：2.4 编码与调制：对应“二：编码与调制”

一：传输方式

（1）串行传输和并行传输

串行传输：数据是按照1个比特接着1个比特依次发送的，因此发送端和接收端之间只需要一条数据传输线路即可

特点：速度慢、费用低、适合远距离传输。例如计算机网络传输数据时采用串行传输的方式

并行传输：一次发送 $n$ 个比特而不是1个比特，因此发送端和接收端之间需要 $n$ 条传输线路

特点：速度快、费用高、适合近距离传输。例如CPU与内存之间传输数据时采用并行传输的方式

（2）同步传输和异步传输

同步传输：数据块以稳定的比特流传输，字节之间没有间隔

接收端在每个比特信号的中间时刻进行检测，以判别接收到的是比特0还是1

由于不同设备的时钟频率存在一定差异，所以不可能做到完全同步。在传输大量数据时，所产生的判别误差经过累积会导致接收端对比特信号的判别错位

因此，需要采取一定方法使收发双方的时钟保持同步。实现方法主要有如下两种

外同步：在收发双方之间添加一条单独的时钟信号线，发送端在发送数据时，另外再发送一路时钟同步信号，接收端则按时钟同步信号的节奏来接收数据
内同步：发送端将时钟同步信号编码到发送数据中一并传输，例如下面会说到的曼彻斯特编码

异步传输：以字节为独立传输单位，字节之间的时间间隔不是固定的，接收端仅在每个字节的起始处对字节内的比特实现同步。因此，通常要在每个字节的前后分别加上起始位和结束位

注意是字节之间异步但字节中的每个比特仍要同步

（3）单工、半双工和全双工

单工通信：又称之为单向通信，通信双方仅有一个数据传输方向，需要一条信道。例如无线广播

半双工通信：又称之为双向交替通信，通信双方可以相互传输数据，但不能同时进行，需要两条信道。例如对讲机

全双工通信：又称之为双向同时通信，通信双方可以同时发送和接收信息，需要两条信道（每个方向各一条）。例如电话

二：编码与调制

（1）通信相关基础知识

①：消息、数据、信号和信道

消息、数据和信号：在计算机中，用户接触到的文字、图片、音频、视频等统称为消息（message），而发送这些消息的实体称之为数据（data）。人类比较熟悉十进制数据，但计算机只能处理二进制数据，也即比特0和1，所以网卡会把比特0和1变换成相应的电信号（signal）发送到网线，因此信号是数据的电磁表现形式

信号可以分为数字信号和模拟信号两种形式

数字信号：幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内
模型信号：在时域上数学形式为连续函数的信号

由信源发出的原始信号称之为基带信号

基带信号又分为数字基带信号（例如CPU和内存之间传输的信号）和模拟基带信号（例如麦克风收到声音后产生的音频信号）两种

信号需要在信道中传输，信道可分为数字信道和模拟信道两种

②：编码和调制

数字基带信号的编码和调制：在计算机网络中，常见的是将数字基带信号通过编码或调制的方法在相应信道中传输

编码：是指在不改变信号性质的前提下仅对数字基带信号的波形进行变化，编码后产生的信号仍然为数字信号，可以在数字信道中传输。例如曼彻斯特编码
调制：是指把数字基带信号的频率范围搬移到较高频段并转化为模拟信号，调制后产生的信号为模拟信号，可以在模拟信道中传输。例如WiFi使用补码键控，直接序列扩频、正交频分复用等调制方法

模拟基带信号的编码和调制：