物理层-数据编码与信号调制

基带信号与宽带信号

信道

• 模拟信道 数字信道
• 无线信道 有线信道

信道上传送的信号

• 基带信号 （直接表达要传输信息的信号,例如计算机的基带信号为离散的数字信号，人类的声波基带信号为模拟信号） 在计算机网络中，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）。
• 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，在传送到模拟信道上传输（宽带传输）。把基带信号经过载波调制后，把信号的频率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）

在传输距离较近时，采用基带传输
在传输距离较远时，采用宽带传输

编码与调制

把数据转成信号的手段

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
5. 反向不归零编码
6. 4B/5B编码
   
   
   
   信号电平翻转表示0，信号电平不变表示1。
   非归零编码、归零编码和反向不归零编码都需要额外的信道传输时钟信号。
   曼彻斯特编码 将一个码元分成两个相等的间隔，每一个码元中间出现电平跳变，位中间的电平跳变既作时钟信号（可用于同步），又做数据信号，但它所占的频带宽度是原始的基带宽度的两倍（每一个码元被分成两个部分，脉冲个数n*2表示n比特）。
   差分曼彻斯特编码 同1异0，作用的是下一个码元，每个码元中间位置都会发生跳变
   4B/5B编码 编码效率为80%，用5比特的编码表示4比特的数据，16种做一一对应的编码，16种做控制码。

数字数据调制为模拟信号

数字数据调制技术在发送端将数字信号转换为模拟信号，而在接收端将模拟信号还原为数字信号，分别对应于调制解调器的调制和解调过程。

调幅+调相（QAM）

1200*log(2,16) = 4800bit/s

模拟数据编码为数字信号

计算机内部处理的是二进制数据，处理的都是数字音频，，所以需要将模拟音频通过采样、量化转换成有限个数字表示的离散序列（数字音频）（即实现音频数字化）。
最典型的例子就是对音频信号进行编码的脉码调制（PCM），在计算机应用中，能够达到最高保真水平的就是PCM编码，被广泛用于素材保存及音乐鉴赏，CD、DVD以及我们常见的WAV文件中均有应用。它主要包括三步：抽样、量化、编码。
1.抽样：对模拟信号周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。
为了使所得的离散信号能无失真地代表被抽样的模拟信号，要使用采样定理进行采样

2.量化： 把抽样所得的电平幅值 按照一定的分级标准 转化成对应的数字值，并取整数，这就把连续的电平幅值 转化为 离散的数字量
3.编码： 把量化的结果（离散的数字量）转换为与之对应的二进制编码

模拟数据调制为模拟数据

为了实现传输的有效性，可能需要较高的频率。这种调制方法还可以使用频分复用技术，充分利用带宽资源。在电话机和本地交换机传输的信号是采用模拟信号传输数据的方式；模拟的声音数据是加载到模拟的载波信号中传输的。