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知识路径： > 计算机网络基础知识 > 数据通信基础知识 > 数据编码的分类和基本原理 >
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被考次数：23次
被考频率：高频率
总体答错率：48%
知识难度系数： 
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考试要求：掌握
相关知识点：21个
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通信信道有两种类型，即模拟信道和数字信道。计算机数据在不同的信道中传输，要采用不同的编码方式。
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将计算机中的数字数据变换成网络中的模拟信号，必须要进行调制，即进行频谱变换。模拟信号传输的基础是载波，载波具有三大要素，即幅度、频率和相位。数字数据可以针对载波的不同要素或它们的组合进行调制。
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将数字数据调制为模拟信号的基本方式有3种：即调幅、调频和调相，如下图所示。
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调幅（Amplitude Modulation, AM）即载波的振幅随着基带数字信号而变化，又称幅移键控（ASK）。在调幅（幅移键控）方式中，用载波的两个不同振幅来表示两个二进制值。例如，用振幅恒定的载波的存在表示一个二进制数字1，载波不存在表示一个二进制数字0，如下图所示。其特点是实现容易，抗干扰能力差。
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调频（Frequency Modulation, FM）即载波的频率随着基带数字信号而变化，又称频移键控（FSK）。例如，用频率f1表示一个二进制数字1，频率f2表示一个二进制数字0，如下图所示。其特点是实现容易，抗干扰能力强。
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调相（Phase Modulation, PM）即载波的初始相位随着基带数字信号而变化，又称相移键控（PSK）。在调相方式（相移键控）中，数字0和1的载波起始相位不同。例如，可以用θ= 0°代表0,θ=180°代表1，如下图所示，这种方法称为两相调制；如果以θ为0°、90°、180°、270°，分别表示二进制数00、01、10、11，这种方法称为四相调制。每个调制时间间隔包含两个比特的信息，因此，使信息传输速率增加一倍。其特点是实现复杂、抗干扰能力强。
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由PSK和ASK结合的相位幅度调制（PAM），是解决相移数已达到上限但还要提高传输速率的有效方法。相位幅度调制，即采用相位调制和幅度调制结合的方法来提高传输速率（不提高调制速率）。它采用16个不同的相位和幅度电平，可以使1200b/s的Modem传送19 200b/s的数据信号。
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在数字信道中传输计算机数据时，要对计算机中的数字信号重新编码并进行基带传输。
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对于数字信号来说，最常用的方法是用不同的电压电平来表示两个二进制数字，即数字信号由矩形脉冲组成。
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在基带传输中，数字信号的编码方式有不归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码，如下图所示。
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不归零编码（Non-Return-Zero, NRZ）用低电平表示二进制0，用高电平表示二进制1。不归零编码有单极型不归零编码和双极型不归零编码两种。
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单极型不归零编码，无电压表示0，恒定正电压表示1，每个码元时间的中间点是采样时间，判决门限为半幅电平，如下图所示。
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双极型不归零编码，1码和0码都有电压，1为正电压，0为负电压，正负电压的幅度相等，判决门限为零电平，如下图所示。
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曼彻斯特编码（Manchester Encoding），用电平的跳变表示二进制，电平由从高到低的跳变表示二进制1，从低到高的跳变表示二进制0，如下图所示。
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差分曼彻斯特编码（Differential Manchester Encoding），每比特的开始无跳变表示二进制1，有跳变表示二进制0，如下图所示。
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两种曼彻斯特编码的最大优点是将时钟和数据包含在信号数据流中，在传输代码信息的同时，也将时钟同步信号一起传送给对方，所以这种编码也称为自同步码。但缺点也很明显，那就是编码效率低。例如，要传送10Mb/s的数据，需要20MHz的脉冲。曼彻斯特编码常用在以太网中，而差分曼彻斯特编码常用在令牌环网中。
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将模拟数据编码为数字信号的最常见方法是脉冲编码调制，简称脉码调制（Pulse Code Modulation, PCM）。脉码调制是以采样定理为基础的。从数学上可以这样说明采样定理：若对连续变化的模拟信号进行周期性采样，只要采样频率等于或大于有效信号最高频率的两倍，则采样信息包含原信号的全部信息。再利用低通滤波器可以从这些采样中重新构造出原始信号。
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式中：Fs（即1/Ts）为采样频率；Fmax为原始信号的最高频率；Bs（=Fmax-Fmin）为原始信号的带宽。
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PCM编码过程包括采样、量化和编码3个步骤，如下图所示。
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每隔一定的时间对连续模拟信号进行采样，得到的信号就成为一组"离散"的脉冲信号序列，这种方式称为脉冲幅值调制（Pulse Amplitude Modulation, PAM）。
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量化是一个分级过程，把采样所得到的PAM脉冲按量级比较，并且"取整"，这样脉冲序列就成为数字信号了。
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表示采样序列量化后的量化幅度，它用一定位数的二进制码表示。如果有N个量化级，那么就应当有log2N位二进制数码。
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例如，声音数据频率一般在4000Hz以下，那么只要8000次/s的采样就可以完整地表示声音信号的特征。目前，在语音数字化脉冲调制系统中，通常分为128个量级，即用7位二进制数码表示。PCM编码的数据率为8000×7=56kb/s。
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