2 物理层（二）：数据编码和调制-编程知识

1 数据编码和调制

数据通信中，信息必须先转换为信号，模拟数据和数字数据都可以用模拟信号或数字信号来表示，相应地在数据传输时可以用模拟信道和数字信道来传输。

比特间隔（相当于周期）：发送一个比特所需要的时间，
比特率（相当于频率）：每秒发送的比特位数（用bps作为单位）
极性码：包括正极和负极，一般用正极表示二进制的“0”，负极表示二进制的“1”。
单极性码，只使用了一个极性，然后加上零电平来表示二进制中的“0”和“1”，具体是用正极（正电平）表示“0”，用零电压（零电平）表示“1”
双极性码，使用的正负两个极性，然后再加上零电平来表示，这双极性码对于极性码和单极性码稍微有一点点改变。用零电平表示二进制“0”，用正负电平来表示二进制“1”
电平：是指两功率或电压之比的对数，有时也可用来表示两电流之比的对数。电平的单位分贝用dB表示。
归零码是信号电平在一个码元之内都要恢复到零的编码方式，它包括曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码两种编码方式。它是一种二进制信息的编码，用极性不同的脉冲分别表示二进制的“1”和“0”，在脉冲结束之后要维持一段时间的零电平。
不归零码：二进制数字信号的一种传输形式，其中表示1和0的正、负脉冲在1比特周期中不回到零电平。
双相位编码：当表示一位数字信号的编码时，在信号的中间将电压变为相反（注意不是归零，而是由正电压变为负电压，或由负电压变为正电压）

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脉冲振幅调制PAM（Pulse Amplitude Modulation）是一种数字信号处理技术，它将数字信号转换为脉冲形式的电压信号，从而实现数据传输。

原理是：先将数字信号转换为脉冲形式，然后根据数字信号的值来调整脉冲的振幅。

脉冲振幅调制PAM的脉冲振幅可以分为三种：恒定振幅、变振幅和可调振幅。
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脉冲编码调制（PCM， pulse code modulation，也可以叫脉码调制）是将模拟信号变换成二进制信号的最基本和最常用的方法，主要包括抽样、量化和编码3个过程。
量化是一种对采样结果赋予一个特定范围内的整数值的方法。
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采样频率也称为采样速度或者采样率，定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数。

采样频率决定模拟数据的数字信号编码的质量，根据奈奎斯特定理（Nyquist Theorem），采样频率是原始的有效信号中最高频率分量或其带宽的2倍

实现数字信号与模拟信号互换的设备称为调制解调。

模拟信号通常是载波信号，载波信号具有振幅、频率和相位三大要素，相应地有三种基本调制技术：幅移键控法、频移键控法和相移键控法。

调制技术	定义	解释
幅移键控法（ASK）	以基带数字信号控制载波的幅度变化的调制方式称为幅移键控(ASK)，又称数字调幅	幅移键控是通过改变载波信号的振幅大小来表示数字信号“1”和“0”的，以载波幅度A1表示数字信号“1”，用载波幅度A2表示数字信号‘0’
频移键控法(FSK)	以数字信号控制载波频率变化的调制方式，称为频移键控(FSK)	根据已调波的相位连续与否，频移键控分为两类：相位不连续的频移键控和相位连续的频移键控；优点：实现起来较容易，抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用
相移键控法（PSK）	相移键控法PSK（Phase Shift Keying）也称相位键控，是通过改变正弦载波信号的相位来表示两个二进制值，振幅和频率保持不变。
正交调幅（QAM）	正交调幅(quadrature amplitude modulation，简称QAM)是将两个调制信号分别对频率相等、相位相差90°的两个正交载波进行调幅，然后再将这两个调幅信号进行矢量相加，从而得到的调幅信号称为正交调幅信号	正交调幅是一种将两种调幅信号汇合到一个信道的方法，因此会双倍扩展有效带宽，正交调幅被用于脉冲调幅