计算机网络 数字传输

数据可以以模拟或数字形式表示。计算机使用数字形式存储信息。因此，数据需要被转换为数字形式，以便计算机可以使用。

数字到数字转换

数字到数字编码是用数字信号表示数字信息的过程。当计算机生成的二进制1和0被转换为可以在导线上传播的电压脉冲序列时，这个过程被称为数字到数字编码。

数字到数字编码分为三类：

• 单极极性编码
• 极性编码
• 双极极性编码

单极性

• 数字传输系统通过介质链路（如电线或电缆）发送电压脉冲。
• 在大多数编码类型中，一种电压水平代表0，另一种电压水平代表1。
• 每个脉冲的极性决定了它是正脉冲还是负脉冲。
• 这种编码被称为单极性编码，因为它仅使用一种极性。
• 在单极性编码中，极性被指定为1的二进制状态。
• 在这种编码中，1被表示为正值，0被表示为零值。
• 在单极性编码中，“1”被视为高电压，“0”被视为零电压。
• 单极性编码实现起来更简单且成本更低。

单极性编码有两个问题，使得这种方案不太理想：

• 直流分量
• 同步性

极性

• 极性编码是一种使用两个电压级别的编码方案：一个是正的，另一个是负的。
• 通过使用两个电压级别，平均电压级别被降低，解决了单极性编码方案的直流分量问题。

非归零码（NRZ）

• NRZ代表非归零码。
• 在NRZ编码中，信号的电平可以表示为正或负。

NRZ中使用的两种最常见的方法是：

NRZ-L： 在NRZ-L编码中，信号的电平取决于它表示的比特的类型。如果比特是0或1，那么它们的电压将分别为正和负。因此，我们可以说信号的电平取决于比特的状态。

NRZ-I： NRZ-I是表示1比特的电压电平的反向。在NRZ-I编码方案中，正负电压之间发生的过渡表示1比特。在这个方案中，0比特表示没有变化，1比特表示电压级别的变化。

RZ

• RZ代表“返回零点”。
• 每位需要有信号变化来实现同步。然而，为了每位都进行变化，我们需要有三个值：正、负和零。
• RZ是一种编码方案，提供了三个值，正电压代表1，负电压代表0，零电压代表无。
• 在RZ方案中，每个间隔的一半，信号返回到零。
• 在RZ方案中，1位由正向零变化表示，0位由负向零变化表示。

RZ的缺点：

它执行两次信号变换来编码一个需要更多带宽的位。

双相编码

• 双相编码是一种在位间隔中信号变化，但不返回零的编码方案。

双相编码有两种不同的实现方式：

曼彻斯特编码

• 它在位间隔的中部进行信号变化，但不为了同步返回零。
• 在曼彻斯特编码中，负到正的过渡表示二进制1，正到负的过渡表示0。
• 曼彻斯特编码和RZ方案具有相同的同步水平，只是具有两个不同的幅度水平。

差分曼彻斯特编码

• 它在位间隔的中部进行信号变化以进行同步，但是过渡的存在或缺失取决于位的值。过渡表示二进制0，无过渡表示二进制1。
• 在曼彻斯特编码方案中，两个信号变化表示0，一个信号变化表示1。

双极性编码

• 双极性编码方案表示三个电压级别：正、负和零。
• 在双极性编码方案中，零电平表示二进制0，而二进制1则由交替的正负电压表示。
• 如果第一个1位由正幅值表示，则第二个1位由负电压表示，第三个1位由正幅度表示，依此类推。即使1位不连续，也可以进行交替。

双极性编码可分为：

AMI

• AMI代表 交替标记反轉 (alternate mark inversion)，其中的标记工作来源于电报，代表1。所以，它可以重新定义为交替1反转。
• 在双极AMI编码方案中，0位由零电平表示，1位由交替的正负电压表示。

  优势：

• 直流分量为零。

• 一系列1位被同步。

  劣势：

• 该编码方案不能确保长串的0位同步。

B8ZS

• B8ZS代表双极8个零替换。
• 北美采用这种技术来提供长串的0位同步。
• 在大多数情况下，B8ZS的功能与双极AMI类似，但唯一的区别是它在长串的0位出现时提供了同步。
• B8ZS通过在0位串模式中提供强制人为信号变化（称为违规信号），来确保长串的0位同步。
• 当出现八个0位时，B8ZS会根据前一个1位的极性对0位串模式进行一些变化。
• 如果前一个1位的极性为正，那么八个0位将被编码为零、零、零、正、负、零、负、正。

• 如果前一个比特位的极性为负，则八个0将被编码为零、零、零、负、正、零、正、负。

HDB3

• HDB3代表高密度双极3。
• HDB3技术最初在欧洲和日本采用。
• HDB3技术旨在提供长序列0位的同步。
• 在HDB3技术中，违规模式基于前一个比特位的极性。
• 当出现四个0时，HDB3会查看自上次替换以来出现的1位的数量。
• 如果1位的数量为奇数，则违规会在第四个连续的0上发生。如果前一个比特位的极性为正，则违规为正。如果前一个比特位的极性为负，则违规为负。

自上次替换以来的1位数量为奇数。

如果1位的数量是偶数，则违规发生在第一个和第四个连续的0位上。如果前一位的极性为正，则违规为负，如果前一位的极性为负，则违规为正。

如果自上次替代以来1位的数量是偶数。

模拟到数字转换

• 当模拟信号被数字化时，这被称为模拟到数字转换。
• 假设人类以模拟信号的形式发送语音，我们需要将模拟信号数字化，这样可以降低受到噪音的影响。这需要将模拟信息中的值数量减少，以便它们可以被表示在数字流中。
• 在模拟到数字转换中，连续波形中所包含的信息被转换成数字脉冲。

模拟到数字转换的技术

PAM

• PAM表示 脉冲幅度调制 。
• PAM是一种在模拟到数字转换中使用的技术。
• PAM技术接收一个模拟信号，对其进行采样，并根据采样结果生成一系列数字脉冲，其中采样意味着在相等的时间间隔内测量信号的幅度。
• 由于PAM技术将原始波形转换为脉冲，但这些脉冲不是数字的，因此在数据通信中PAM技术不实用。为了使它们变成数字，PAM技术被改进为PCM技术。

PCM

• PCM代表 脉冲编码调制 。
• PCM技术用于修改由PAM创建的脉冲以形成数字信号。为了实现这一点，PCM对PAM脉冲进行量化。量化是将采样实例分配给特定范围内的整数值的过程。
• PCM由四个单独的过程组成：PAM、量化、二进制编码和数字到数字编码。

PCM