模擬信號的原理

模擬信號|0">模擬信號是傳播能量的一種形式，它指的是在時間上連續(xù)的(不間斷)，數(shù)值幅度大小也是連續(xù)不問斷變化的信號(傳統(tǒng)的音頻信號、視頻信號)。如聲波使它經過的媒體產生振動，可以以頻率(以每秒的周期數(shù)或赫茲(Hz)為單位)測量聲波。通過將二進制數(shù)表示為電脈沖(其中每個脈沖是一個信號元素)使數(shù)字信號通過媒體傳輸。線路上的電壓在高低狀態(tài)之間變化。例如，可以采用高電平傳輸二進制的1，采用低電平傳輸二進制的0。帶寬是指每秒通過鏈路傳輸位數(shù)的術語。

圖１描述了模擬和數(shù)字信號，其中模擬信號與數(shù)字信號等效。

在長距離傳輸時，信號由于衰減、噪聲和導線束中其他導線的干擾而退化。模擬信號可以周期性地加以放大，但是如果信號受到噪聲破壞，則放大的是失真信號。相比而言，由于可以很容易地從噪聲中提取數(shù)字信號并重發(fā)，所以長距離傳輸數(shù)字信號更可靠。

信號編碼方案

數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸利用PCM數(shù)字信道傳輸數(shù)據(jù)信號，首先要解決的問題是數(shù)據(jù)信號如何進入PCM話路的問題。主要通過兩種方式：同步方式和異步方式。

同步方式利用PCM數(shù)字信道傳輸數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)信號與數(shù)字端局的時鐘是同步的，這時，數(shù)據(jù)終端輸出的數(shù)據(jù)信號是受PCM信道時鐘控制的，因此只需對數(shù)據(jù)信號進行多路化處理即可。這里數(shù)據(jù)終端設備處于受控制的從屬地位，因此靈活性差。

如果數(shù)據(jù)信號與數(shù)據(jù)端局時鐘是異步的，這時數(shù)據(jù)信號可采用填充方式復用到64kbit／s的集合信號，這就是異步方式。

如上所述，數(shù)字數(shù)據(jù)借助于電脈沖傳輸。一一對應使用單脈沖表示一個位。它的效率是非常低的，因此已經開發(fā)了多種編碼方案以使用電脈沖更高效地傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)。結果大大提高了吞吐量。

這與使用旗語發(fā)送消息的情況相類似。比如說“信號旗升起”表示1，“信號旗降下”表示O。一種更有效的編碼方案是“只在出現(xiàn)二進制1時升起或降下信號旗”。例如，如果信號旗已經舉起，則把　它降下來。不管信號旗是舉起還是降下，它的運動才是指示器。這種方法還需要某種類型的定時(例如，每秒發(fā)送一位)。因此，在第一秒，信號旗升起。

圖１ AM和FM對數(shù)字信號的表達 (假設它原來是降下的)以表示1。然后再維持升起兩秒鐘(兩個為0的位)，然后在第四秒降下以表示改變到為1的位。

對于數(shù)字設備，接收器必須具有某種方法能夠知道數(shù)據(jù)流中字節(jié)的起始和結束。在異步通信中，字節(jié)邊界由起始和停止位指示。在同步通信中，定時機制幫助發(fā)送器和接收器處于同步狀態(tài)。同步信號可以占有一個單獨的信道，但更經常的是直接集成到信號中。

下面介紹幾種信令和編碼方案并以圖2說明。圖中示出的是0100110001位序列。目的是傳盡可能多的信號，使用低電平以減少長距離衰減的影響，并在信號中直接提供同步機制。前幾個例子表示基本的信號，但很少在實際中應用。

單極性 單極性碼有電壓表示1，無電壓表示O。沒有特殊的編碼。單極性碼會累積直流分量。

雙極性 雙極性碼中正電壓表示1，負電壓表示0。該方案降低了功率要求并減小了高電平衰減。雙極性碼的直流分量則大大減少,從而有利于傳輸。 RZ (歸零制) 歸零碼的電壓狀態(tài)在某個信號狀態(tài)后返回到零。歸零碼的脈沖較窄，根據(jù)脈沖寬度與傳輸頻帶寬度成反比的關系，因而歸零碼在信道上占用的頻帶較寬。

圖2 數(shù)字信號編碼方案

NRZI(按1反相不歸零制) NRZI編碼中不論電平是高還是低，都不代表二進制的1和0。而是電壓變化表示二進制的1。如果沒有電壓變化，則下一位是0；如果有電壓變化，則下一位是1。不歸零碼在傳輸中難以確定一位的結束和另一位的開始，需要用某種方法使發(fā)送器和接收器之間進行定時或同步。NRZI用于較慢的RS—232串行通信和硬盤驅動器上的數(shù)據(jù)存儲中。在同步鏈路上，長串的連續(xù)位(可能數(shù)千個0)會出現(xiàn)問題。接收器可能會失去同步，不能檢測到連續(xù)串中0的正確個數(shù)。另一問題是長串的0表現(xiàn)為直流，它不能通過某些電氣部件。Manchester編碼和其他方案通過增加時鐘信號解決了這些問題。

Manchester(曼徹斯特) 在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變，位中間的跳變既作時鐘信號，又作數(shù)據(jù)信號；從高到低跳變表示"1"，從低到高跳變表示"0"。這給接收器提供了可以與之保持同步的定時信號。曼徹斯特編碼常用在LAN上。