首页/计算机网络/02-physical/编码与调制 🔗 在 Obsidian 中打开
计算机网络 · 02-physical

编码与调制

重要度 ⭐⭐⭐⭐⭐ 计算机网络/物理层编码调制数字信号模拟信号
速查
编码(Encoding)将数据转数字信号(基带);调制(Modulation)将数据转模拟信号(宽带)。曼彻斯特编码为 408 重点,PCM 电话速率 64 kbps。

核心概念

数据转换的四种方式

┌──────────┬────────────────┬──────────────────┐
│  数据源   │    转换方式     │     输出信号      │
├──────────┼────────────────┼──────────────────┤
│ 数字数据  │ 数字→数字编码   │ 数字信号(基带)    │
│ 数字数据  │ 数字→模拟调制   │ 模拟信号(宽带)    │
│ 模拟数据  │ 模拟→数字编码   │ 数字信号(PCM)     │
│ 模拟数据  │ 模拟→模拟调制   │ 模拟信号(频分复用) │
└──────────┴────────────────┴──────────────────┘

编码 vs 调制

  • 编码(Encoding):将数据转换为数字信号
  • 调制(Modulation):将数据转换为模拟信号
  • 调制器(Modulator):数字→模拟;解调器(Demodulator):模拟→数字
  • 调制解调器(Modem):兼具两者功能

数字数据→数字信号编码

编码规则自同步带宽应用
NRZ-L高=1,低=0
NRZ-I1翻转,0不变USB
归零RZ中间归零
曼彻斯特下降沿=1,上升沿=0以太网
差分曼彻斯特位开始无跳变=1,有跳变=0令牌环
4B/5B4位映射5位配合NRZ-I快速以太网

曼彻斯特编码详解

  • 每个码元中间必有跳变(自同步)
  • IEEE 802.3 标准:下降沿=1,上升沿=0
  • 缺点:码元速率是 NRZ 的两倍(带宽需求翻倍)
  • 优点:自带时钟信息,无直流分量

数字数据→模拟信号调制

调制方式改变的参数英文特点
调幅 ASK振幅Amplitude Shift Keying抗干扰差
调频 FSK频率Frequency Shift Keying抗干扰好
调相 PSK相位Phase Shift Keying抗干扰好
QAM幅度+相位Quadrature Amplitude Modulation效率最高

QAM(正交幅度调制)

  • 同时改变幅度和相位
  • QAM-16:每个码元 4 bit,16 种状态
  • QAM-64:每个码元 6 bit,64 种状态
  • 应用:Wi-Fi、有线电视

模拟数据→数字信号(PCM)

脉冲编码调制三步骤

模拟信号 → 采样 → 量化 → 编码 → 数字信号
步骤说明要求
采样按固定间隔取样值采样频率 ≥ 2×最高频率(奈奎斯特)
量化将样值离散化量化级数决定精度
编码量化值转二进制位数 = log₂(量化级数)

PCM 计算

数据速率 = 采样频率 × 每样本位数

例:电话语音
采样频率 = 8 kHz(语音最高 4 kHz)
每样本 = 8 bit(256 级量化)
数据速率 = 8000 × 8 = 64 kbps

常见考法

考点说明
编码方式识别根据波形图判断编码类型
调制方式判断ASK/FSK/PSK 改变的参数
PCM 计算已知采样频率和量化级数求数据速率
曼彻斯特编码画图给定数据画出编码波形

易错点

注意
  • 曼彻斯特编码的码元速率是数据速率的 2 倍(每个 bit 需要一个码元周期内的跳变)
  • PCM 中采样频率必须 ≥ 2 倍最高频率,否则产生混叠
  • 调制和编码是相反的过程:编码产生数字信号,调制产生模拟信号
  • QAM 不是独立的调制方式,而是 ASK 和 PSK 的结合

核心结论

必背
  1. 曼彻斯特编码是 408 考试重点,需掌握画图和判断
  2. PCM 的 64 kbps(8 kHz × 8 bit)是电话系统标准速率
  3. 调制方式选择取决于信道特性和带宽效率需求
  4. 奈奎斯特采样定理同时适用于 PCM 和信道容量计算

记忆卡片

曼彻斯特编码的规则?
每个码元中间有跳变,下降沿=1,上升沿=0(IEEE 802.3)。
PCM 的三个步骤?
采样(≥2倍最高频率)→量化编码
ASK/FSK/PSK 分别改变什么?
ASK 改振幅,FSK 改频率,PSK 改相位
电话语音 PCM 的数据速率?
64 kbps(8 kHz 采样 × 8 bit 量化)。

图示 · ASK / FSK / PSK 波形对比

二进制数据 1 0 1 1 0 基带 ASK 有载波=1,无载波=0 FSK 高频=1,低频=0 PSK 相位 0=1,相位 π=0
图:ASK 改变振幅、FSK 改变频率、PSK 改变相位(示意波形,为清晰略作简化)。

交互动画 · 数字/模拟数据 × 信号 四象限

相关知识点

encoding-methods multiplexing channel-signal-bandwidth-symbol

↑ 站内 HTML 相对链接(纯网页可浏览);本页右上「在 Obsidian 中打开」跳回源笔记。