基带信号调制与编码-计算机网络与通信

1．基带信号调制

传统的远距离通信线路大多为频带传输路线（如载波电话线路），不能直接传输基带信号，所以必须采用模拟信号传输。模拟信号传输的基础是载波，载波的三大要素是幅度、频率和相位，它是一个频率恒定的连续正弦波信号。

所谓频带传输，就是把二进制信号进行调制变换，成为能在公共电话网中传输的模拟信号，将模拟信号在传输介质中传送到接收端后，再由调制解调器将该音频信号解调变换成原来的二进制电信号。这种将数据信号经过调制再传送，到接收端又经过解调还原成原来信号的传输，称为频带传输。频带传输不仅克服了目前许多长途电话线路不能直接传输基带信号的缺点，而且能实现多路复用，从而提高了通信线路的利用率。

根据调制所控制的载波参数的不同，主要分为3 种调制方式，分别是幅移键控法（ASK）、频移键控法（FSK）和相位键控法（PSK），如图2-6所示。

图2-6　三种调制技术

ASK：频率和相位不变，幅值受数字信号控制。在ASK 方式下，用载波的两种不同幅度来表示二进制的两种状态，该方法是一种低效的调制方法。

FSK：幅值和相位不变，频率受数字信号控制。在FSK 方式下，用载波频率附近的两种不同频率来表示二进制的两种状态，可实现全双工操作。

PSK：幅值和频率不变，相位受数字信号控制，用载波信号的相位移动来表示数据。PSK可使用二相或多于二相的相移，可对传输速率起到加倍的作用。由PSK 和ASK 结合的相位幅度调制为PAM，是解决相移数已达到上限但还需要提高传输速率的有效方法。

2．基带信号编码

所谓基带传输，是指不经频谱搬移，数字数据以原来的“0”或“1”的形式原封不动地在信道上传送。基带是指电信号所固有的基本频带，在基带传输中，传输信号的带宽一般较高，普通的电话通信线路满足不了这个要求，需要根据传输信号的特性选择专用的传输线路。(www.xing528.com)

基带传输方式简单，近距离通信的局域网一般都采用基带传输。对于传输信号最常用的表示方法是用不同的电压电平来表示两个二进制数，即用数字信号编码（如矩形脉冲编码）来表示（见图2-7）。

图2-7　基带信号编码的几种类型

单极性不归零码只用一个极性的电脉冲，有电压脉冲表示1，无电压脉冲表示0，并且在表示一个码元时，电压均无须回到零。所以称为不归零码（NRZ）。该编码是一种全宽码，即一个码元占一个单位脉冲的宽度，

双极性不归零码采用两极性的电压脉冲，一种极性电压脉冲表示1，另一种极性的电压脉冲表示0。

单极性归零码也只能用一个极性的电压脉冲，但“1”码持续时间短于一个码元的宽度，即发出一个窄脉冲；无电压脉冲表示“0”。

双极性归零码采用两种极性的电压脉冲，“1”码发正的窄脉冲，“0”码发负的窄脉冲。

采用不同的编码方案各有利弊，如归零码的脉冲较窄，在信道上占用的频带较宽；单极性码会积累直流分量；双极性码的直流分量少。

近年来，随着高速网络技术的发展，NRZ 编码受到人们的广泛关注，并成为主流编码技术，在一些高速网络中都采用NRZ 编码，其原因是在高速网络中要尽量降低信号的传输带宽，有利于提高数据传输的可靠性，降低对传输介质的带宽要求。而NRZ 编码中的码元速率始终一致，具有很高的编码效率，符合高速网络对信号编码的要求。

至于出现连续“0”或“1”时所产生的直流分量积累问题，是通过加一级预编码器来解决的，即NRZ 并非单独应用，而是采用两级编码方案。第一级用4B/5B 或5B/6B 等预编码对数据流进行编码，编码后的数据流不会出现连“0”或连“1”，然后再进行第二级的NRZ编码，实现物理信号的传输。通过这种两级编码方案，可实现编码效率达到80%以上。