信道和调制

Posted 2020-10-14 明王不动心

1.信道

信道是信息传输的通道，即信息传输时所经过的一条通路，信道的一端是发送端，另一端是接收端。

一条传输线路上可以有多条信道（多条复用）。如图所示，计算机A和计算机B通过频分复用技术，将一条物理线路划分为两个信道。

对于信道1，A是发送端，B是接受端。对于信道2，A是接收端，B是发送端。

与信道分类相对应，信道可以分为用来传输数字信号的数字信道和用来传输模拟信号的模拟信号，上图就是模拟信道。

数字信号经过数——》模转换之后可以在模拟信道上传输。模拟信号经过模——》数转换之后可以在数字信道上传输。

 

2.单工和半双工以及全双工通信

按照信号传输方向与时间的关系，数据通信可以分为三种类型：单工通信、半双工通信与全双工通信。

（1）单工通信：又称为单向通信，即信号只能向一个方向传输，任何时候都不能改变信号传输的方向。无线电广播就是单工通信、信号只能是广播电台发送，收音机接受。

（2）半双工通信：又称双向交替通行，信号可以双向传送，但必须交替进行，一个时间只能向一个方向传。有些对讲机就是半双工通信。

（3）全双工通信：又称双向同时通信，即信号可以同时双向传送，比如我们常用的手机，上图所示就是全双工通信。

 

3.调制

来自信源的信号通常称为基带信号（即基本频带信号）。像计算机输出的代表各种文字或图形文件的数据信号都属于基带信号。

基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道不能传输这种低频分量或直流分量，为了解决之一问题，必须对基带信号进行调制。

调制可以分为两大类。一类仅仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应。变化后的信号仍然是基带信号，这类调制称为基带调制。

由于这种基带调制是把数字信号转换成另一种形式的数字信号，因此大家跟愿意把这种过程称为编码。

另一类则需要使用载波进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输。

进过载波调制后的信号称为带通信号（即仅在一段频率范围内能够通过信道），而使用载波的调制称为带通调制。

（1）常用的编码方式

不归零制：

正电平代表1，负点平代表0。不归零制编码是效率最高的编码，但如果发送端发送连续的0或连续的1，接收端不容易判断码元的边界。

 

归零制：

码元中间信号回归到零电平，每传输完一位数据，信号返回到零电平，也就是说，信号线上会出现三种电平：正电平、负电平、零电平。

因为每位传输之后都要归零，所以接收者只要在信号归零后采样即可，不再需要单单独的时钟信号，这样的信号也叫自同步信号。

归零制虽然省了时钟数据线，但还是有缺点的，因为在归零制编码中，大部分数据的带宽都用来传输“归零”而；浪费了。

 

曼彻斯特编码：

在曼彻斯特编码中，每一位的中间都有一个跳变，位中间的跳变既做始终信号，又做数据信号。

从低到高跳变表示“1”，从高到低跳变表示“0”.常用于局域网传输。

曼彻斯特编码将时钟和数据包含在数据流中，在传输代码信息的同时，也将时钟同步信号一起传输到对方。

每位编码中有跳变，不存在直流分量，因此具有自同步能力和抗干扰能里。

但每一个码元都被调制成两个电平，所有数据传输速率只有调制速率的1/2。

使用曼彻斯特编码一比特需要两个码元。

 

差分曼彻斯特编码：

在信号位开始时改变信号极性，表示逻辑“0”，在信号位开始时不改变信号级性，表示逻辑“1”。

识别差分曼彻斯特编码的方法：主要看两个相邻的波形，如果后一个波形和前一个波形相同，则后一个波形表示“0”，如果波形不同，则表示1.

因此，画差分曼彻斯特波形要给出初始波形。

差分曼彻斯特编码比曼彻斯特编码的变化少，因此更适合于传输高速的信息，被广泛用于宽带高速网中。

然而，由于每个时钟位都必须有一次变化，所以这两种编码的效率仅可以达到50%左右。

使用差分曼彻斯特编码一比特也需要两个码元。

 

（2）常用的带通调制方法

最基本的二元制调制方法有以下几种：

调幅（AM）

载波的振幅随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于无载波和有载波输出。

 

调频（FM）

载波的频率随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于频率f1或f2.

 

调相（PM）

载波的初始相位随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应相位0度或180度。