计算机网络数字传输

本文概述

• 数字到数字的转换
• 单极
• 极性
• 双极
• 模拟到数字的转换

数据可以模拟或数字形式表示。计算机使用数字形式存储信息。因此, 数据需要以数字形式转换, 以便可以被计算机使用。

数字到数字的转换

数模编码是通过数字信号表示的数字信息。将计算机生成的二进制1和0转换为可以在导线上传播的电压脉冲序列时, 此过程称为数模编码。

数位编码分为三类：

• 单极编码
• 极性编码
• 双极性编码

单极

• 数字传输系统通过诸如电线或电缆之类的介质链路发送电压脉冲。
• 在大多数类型的编码中, 一个电压电平代表0, 另一电压电平代表1。
• 每个脉冲的极性决定了它是正还是负。
• 这种编码类型称为单极性编码, 因为它仅使用一种极性。
• 在单极性编码中, 极性分配给1二进制状态。
• 在这种情况下, 1表示为正值, 0表示为零值。
• 在单极性编码中, 将“ 1”视为高电压, 将“ 0”视为零电压。
• 单极编码更简单, 更便宜地实现。

单极性编码有两个使该方案不太理想的问题：

• 直流分量
• 同步化

极性

• 极性编码是一种使用两种电压电平的编码方案：一种是正电压, 另一种是负电压。
• 通过使用两个电压电平, 降低了平均电压电平, 并且减轻了单极性编码方案的DC分量问题。

NRZ

• NRZ代表不归零。
• 在NRZ编码中, 信号的电平可以表示为正或负。

NRZ中最常用的两种方法是：

NRZ-L：在NRZ-L编码中, 信号的电平取决于其表示的位的类型。如果某位为0或1, 那么它们的电压将分别为正和负。因此, 可以说信号的电平取决于位的状态。

NRZ-I：NRZ-I是代表1位的电压电平的反转。在NRZ-1编码方案中, 在代表1位的正负电压之间发生转变。在该方案中, 0位表示无变化, 而1位表示电压电平的变化。

RZ

• RZ代表归零。
• 每个位必须有一个信号变化才能实现同步。但是, 要每时每刻改变, 我们需要具有三个值：正, 负和零。
• RZ是提供三个值的编码方案, 正电压代表1, 负电压代表0, 零电压代表无。
• 在RZ方案中, 在每个间隔的一半, 信号返回零。
• 在RZ方案中, 1位由正零表示, 0位由负零表示。

RZ的缺点：

它执行两次信号更改以对一位进行编码以获取更多带宽。

双相

• 双相是一种编码方案, 其中信号在位间隔的中间发生变化, 但不会返回零。

双相编码以两种不同的方式实现：

曼彻斯特

• 它在位间隔的中间更改信号, 但不会返回零以进行同步。
• 在曼彻斯特编码中, 负到正的转换表示二进制1, 而正到负的转换表示0。
• 曼彻斯特具有与RZ方案相同的同步级别, 除了它具有两个幅度级别。

曼彻斯特差分

• 它在位间隔的中间更改信号以进行同步, 但是在间隔开始时是否存在过渡将决定该位。转换表示二进制0, 没有转换表示二进制1。
• 在曼彻斯特编码方案中, 两个信号变化代表0, 一个信号变化代表1。

双极

• 双极性编码方案代表三个电压电平：正电压, 负电压和零电压。
• 在双极编码方案中, 零电平表示二进制0, 而二进制1由正负电压交替表示。
• 如果第一个1位由正振幅表示, 则第二个1位由负电压表示, 第三个1位由正振幅表示, 依此类推。即使当1位不连续时, 这种交替也可能发生。

双极可归类为：

AMI

• AMI代表交替标记反转, 其中标记工作来自电报, 表示1。因此, 可以将其重新定义为交替1反转。
• 在双极性AMI编码方案中, 0位由零电平表示, 而1位由正负电压交替表示。

优点：

• 直流分量为零。
• 1s位序列是同步的。

坏处：

• 此编码方案不能确保0s位长字符串的同步。

B8ZS

• B8ZS代表双极8取代。
• 北美采用了此技术以提供0s位长序列的同步。
• 在大多数情况下, B8ZS的功能类似于双极性AMI, 但是唯一的区别是, 当出现较长的0s位序列时, 它可以提供同步。
• B8ZS通过在0字符串模式内提供称为违规的强制人工信号更改来确保长0字符串的同步。
• 当出现八个0时, B8ZS会根据前1位的极性对0s字符串模式进行一些更改。
• 如果前1位的极性为正, 则八个0将被编码为零, 零, 零, 正, 负, 零, 负, 正。

• 如果前1位的极性为负, 则八个0将被编码为零, 零, 零, 负, 正, 零, 正, 负。

HDB3

• HDB3代表高密度双极3。
• HDB3技术首先在欧洲和日本采用。
• HDB3技术旨在提供0s位长序列的同步。
• 在HDB3技术中, 违规模式基于前一位的极性。
• 当出现四个0时, HDB3会查看自上次替换以来发生的1s位数。
• 如果1s的位数为奇数, 则在第四个连续的0处违反。如果前一位的极性为正, 则违反为正。如果前一位的极性为负, 则冲突为负。

自上次替换以来的1s位数是否为奇数。

如果1s位数为偶数, 则在第一个和第四个连续0s处进行违规。如果前一位的极性为正, 则违规为负；如果前一位的极性为负, 则违规为正。

自上次替换以来为1s的位数是否为偶数。

模拟到数字的转换

• 将模拟信号数字化时, 这称为模数转换。
• 假设人类以模拟信号的形式发送声音, 我们需要将不易产生噪声的模拟信号数字化。它要求减少模拟消息中的值数量, 以便可以在数字流中表示它们。
• 在模数转换中, 连续波形中包含的信息将转换为数字脉冲。

模数转换技术

PAM

• PAM代表脉冲幅度调制。
• PAM是一种用于模数转换的技术。
• PAM技术获取模拟信号, 对其进行采样, 然后根据采样结果生成一系列数字脉冲, 其中采样意味着以相等的间隔测量信号的幅度。
• PAM技术在数据通信中没有用, 因为它将原始波形转换为脉冲, 但是这些脉冲不是数字的。为了使它们数字化, 将PAM技术修改为PCM技术。

PCM

• PCM代表脉冲编码调制。
• PCM技术用于修改PAM产生的脉冲以形成数字信号。为此, PCM量化了PAM脉冲。量化是将特定范围内的整数值分配给采样实例的过程。
• PCM由四个独立的过程组成：PAM, 量化, 二进制编码和数模编码。

PCM