各種通信接口物理層的編碼技術(shù)詳解

本文主要介紹各種通信接口物理層的編碼技術(shù)，包括數(shù)字-數(shù)字接口編碼方式、數(shù)字-模擬接口編碼方式、模擬-數(shù)字接口編碼方式、模擬-模擬接口編碼方式。

Digital to Digital Encoding

數(shù)字-數(shù)字接口的編碼方式主要就是對(duì)二進(jìn)制比特流的編碼，常見的可以歸為三大類：

單極性碼（單電平）：非零電平代表一種信號(hào)邏輯狀態(tài)，零電平代表另一種；

極性碼（雙電平）：正電平代表一種信號(hào)邏輯狀態(tài)，負(fù)電平代表另一種；

雙極性碼（多電平）：無線路信號(hào)代表一種信號(hào)邏輯狀態(tài)，正電平和負(fù)電平交替代表另一種。

其中每一種又包括很多類，詳細(xì)可參見下圖的分類：

Digital to Analog Encoding

數(shù)字-模擬編碼就是用模擬信號(hào)來表示數(shù)字信息。

它們可以歸為三種機(jī)制：

- 幅移鍵控編碼(ASK，Amplitude shift keying)

- 頻移鍵控編碼(FSK，F(xiàn)requency shift keying)

- 相移鍵控編碼(PSK，Phase shift keying)

- 正交調(diào)幅編碼(QAM，Quadrature Amplitude Modulation)

其中PSK包括：BPSK（二進(jìn)制相移鍵控）、QPSK（四相移鍵控）、OQPSK（正交相移鍵控）、MSK（最小位移鍵控）。

其中QAM編碼是調(diào)幅(ASK)和調(diào)相(PSK)技術(shù)的綜合(同時(shí)改變正弦波三個(gè)特性中的振幅和相位)。理論上可以有無數(shù)的狀態(tài)組合。通常有 4QAM，16QAM，64QAM，256QAM，……等。由于振幅變化比相位變化易受噪聲影響，因而不同值之間需要更大的距離，同時(shí)在QAM中總是采用的相位變化數(shù)量比振幅的變化要多。QAM編碼的優(yōu)勢(shì)在于傳輸效率更高，對(duì)噪聲的敏感性更低。

下面幾個(gè)圖就是ASK、FSK、PSK、QAM的時(shí)域圖。

Analog to Digital Encoding

模擬-數(shù)字編碼就是用數(shù)字信號(hào)來表示模擬量，其需要解決的主要問題是：如何在不損失信號(hào)質(zhì)量的前提下，將信息（數(shù)據(jù)）從無窮多的連續(xù)值轉(zhuǎn)換為有限個(gè)離散值。常用的方法就是PCM（脈沖編碼調(diào)制），包括：采樣（脈幅調(diào)制，PAM）→量化→二進(jìn)制編碼。

采樣過程就是將模擬信號(hào)在時(shí)間上離散化使之成為抽樣信號(hào)；量化是將抽樣信號(hào)的幅度離散化使之成為數(shù)字信號(hào)；編碼是將數(shù)字信號(hào)表示成數(shù)字系統(tǒng)所能接受的形式。

PCM又可以演變出DPCM、ADPCM、ΔM/DM等。

Analog to Analog Encoding

模擬-模擬編碼可以通過三種方法來實(shí)現(xiàn)：

調(diào)幅（AM）。在調(diào)幅（AM）傳輸技術(shù)中，載波信號(hào)的振幅根據(jù)調(diào)制信號(hào)的振幅的改變而被調(diào)整。載波信號(hào)的頻率和相位保持不變，只有振幅隨著信息改變。調(diào)制信號(hào)變成了載波信號(hào)的一個(gè)包絡(luò)線。調(diào)幅信號(hào)的帶寬等于調(diào)制信號(hào)帶寬的2倍并且覆蓋以載波頻率為中心的頻率范圍。

調(diào)頻（FM）。在調(diào)頻（FM）傳輸技術(shù)中，載波信號(hào)的頻率根據(jù)調(diào)制信號(hào)電壓（振幅）的改變而被調(diào)整。載波信號(hào)的頻率相應(yīng)會(huì)改變。調(diào)頻信號(hào)的帶寬等于調(diào)制信號(hào)帶寬的10倍并且覆蓋以載波頻率為中心的頻率范圍。

調(diào)相（PM）。在調(diào)相（PM）傳輸技術(shù)中，載波信號(hào)的相位隨著調(diào)制信號(hào)的電壓變化而調(diào)整。最大振幅和頻率保持恒定，而當(dāng)信息信號(hào)的振幅變化時(shí)，載波信號(hào)的相位隨之發(fā)生相應(yīng)的改變。

本文就大概介紹A/D、D/A、D/D、A/A等編碼的方式，后續(xù)會(huì)詳細(xì)介紹相關(guān)的一些編碼方式。