基本內容
數位訊號可以直接採用基帶傳輸,所謂基帶就是指基本頻帶。基帶傳輸就是線上路中直接傳送數位訊號的電脈衝，這是一種最簡單的傳輸方式，近距離通信的區域網路都採用基帶傳輸。
不歸零碼(NRZ,Non-Return to Zero)
基帶傳輸時,需要解決數字數據的數位訊號表示以及收發兩端之間的信號同步問題。對於傳輸數位訊號來說,最簡單最常用的方法是用不同的電壓電平來表示兩個二進制數字,也即數位訊號由矩形脈衝組成。按數字編碼方式，可以劃分為單極性碼和雙極性碼，單極性碼使用正(或負)的電壓表示數據;雙極性碼是二進制碼，1為反轉，0為保持零電平。根據信號是否歸零，還可以劃分為歸零碼和非歸零碼，歸零碼碼元中間的信號回歸到0電平，例如"1"為正電平，"0"為負電平， 每個數據表示完畢後，都會回歸到零電平狀態，而非歸零碼沒有回歸到零電平的過程，例如"1"為高電平，"0"為低電平。常見的幾種基本的數位訊號脈衝編碼方案如下:
單極性不歸零碼,無電壓(也就是無電流)用來表示"0",而恆定的正電壓用來表示"1"。每一個碼元時間的中間點是採樣時間,判決門限為半幅度電平(即0.5)。也就是說接收信號的值在0.5與1.0之間,就判為"1"碼,如果在0與0.5之間就判為"0"碼。每秒鐘傳送的二進制碼元數稱為"碼速"。
雙極性不歸零碼,"1"碼和"0"碼都有電流,但是"1"碼是正電流,"0"碼是負電流,正和負的幅度相等,故稱為雙極性碼。此時的判決門限為零電平,接收端使用零判決器或正負判決器,接收信號的值若在零電平以上為正,判為"1"碼;若在零電平以下為負,判為"0"碼。
以上兩種編碼,都是在一個碼元的全部時間內發出或不發出電流(單極性),以及發出正電流或負電流(雙極性)。每一位編碼占用了全部碼元的寬度,故這兩種編碼都屬於全寬碼,也稱作不歸零碼NRZ (Non Return Zero)。如果重複傳送"1"碼,勢必要連續傳送正電流;如果重複傳送"0"碼,勢必要連續不送電流或連續傳送負電流,這樣使某一位碼元與其下一位碼元之間沒有間隙,不易區分識別。歸零碼可以改善這種狀況。
單極性歸零碼,當發"1"碼時,發出正電流,但持續時間短於一個碼元的時間寬度,即發出一個窄脈衝;當發"0"碼時,仍然完全不傳送電流,所以稱這種碼為單極性歸零碼。
雙極性歸零碼,其中"1"碼發正的窄脈衝,"0"碼發負的窄脈衝,兩個碼元的間隔時間可以大於每一個窄脈衝的寬度,取樣時間是對準脈衝的中心。
非歸零碼在傳輸中難以確定一位的結束和另一位的開始,需要用某種方法使傳送器和接收器之間進行定時或同步;歸零碼的脈衝較窄,根據脈衝寬度與傳輸頻頻寬度成反比的關係,因而歸零碼在信道上占用的頻帶就較寬。
單極性碼會積累直流分量,這樣就不能使用變壓器在數據通信設備和所處環境之間提供良好絕緣的交流藕合,直流分量還會損壞連線點的表面電鍍層;雙極性碼的直流分量大大減少,這對數據傳輸是很有利的。
從以上討論中可以發現,基帶傳輸的另一個重要問題就是同步問題。接收端和傳送端發來的數據序列在時間上必須取得同步,以便能準確地區分和接收發來的每位數據。這就要求接收端要按照傳送端所傳送的每個碼元的重複頻率及起止時間來接收數據,在接收過程中還要不斷校準時間和頻率,這一過程稱為同步過程。在計算機通信與網路中,廣泛採用的同步方法有位同步法和群同步法兩種。
1、位同步
位同步使接收端對每一位數據都要和傳送端保持同步。在數據通信中,習慣於把位同步稱為"同步傳輸"。實現位同步的方法可分為外同步法和自同步法兩種。在外同步法中,接收端的同步信號事先由傳送端送來,而不是自己產生也不是從信號中提取出來。即在傳送數據之前,傳送端先向接收端發出一串同步時鐘脈衝,接收端按照這一時鐘脈衝頻率和時序鎖定接收端的接收頻率,以便在接收數據的過程中始終與傳送端保持同步。
自同步法是指能從數據信號波形中提取同步信號的方法。典型例子就是著名的曼徹斯特編碼,這種編碼通常用於區域網路傳輸。在如下圖所示的曼徹斯特編碼方式中,每一位的中間有一跳變,位中間的跳變既作為時鐘信號,又作為數據信號:從高到低的跳變表示"1",從低到高的跳變表示"0"。
圖1
另外,還有一種差分曼徹斯特編碼,這種編碼每位中間的跳變僅提供時鐘定時,而用每位開始時有無跳變表示"0"或"1",有跳變表示"0",無跳變表示"1"。由此可見,兩種曼徹斯特編碼方法都是將時鐘和數據包含在信號流中,在傳輸代碼信息的同時,也將時鐘同步信號一起傳輸到對方,所以這種編碼也稱為自同步編碼。
從曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼的脈衝波形中可以看出,這兩種雙極型編碼的每一個碼元都被調製成兩個電平,所以數據傳輸速率只有調製速率的1/2,也即對信道的頻寬有更高的要求。但它們具有自同步能力和良好的抗干擾性能,在區域網路中仍被廣泛使用。
2、群同步
在群同步的通信系統中,傳輸的信息被分成若干"群"。所謂的"群",一般是以字元為單位,在每個字元的前面冠以起始位、結束處加上終止位,從而組成一個字元序列o數據傳輸過程中,字元可順序出現在比特流中,字元與字元間的間隔時間是任意的,即字元間採用異步定時,但字元中的各個比特用固定的時鐘頻率傳輸。在數據通信中,習慣於把群同步稱為"異步傳輸"。字元間的異步定時和字元中比特之間的同步定時,是群同步即異步傳輸的特徵。這種傳輸方式中,每個字元以起始位和停止位加以分隔,故也稱"起一止"式傳輸。
群同步傳輸規程中的每個字元可由下列四部分組成:
(1)1位起始位,以邏輯"0"表示:
(2)5~8位數據位,即要傳輸的字元內容;
(3)1位奇/偶檢驗位,用於檢錯,該部分可以不選;
(4)1~2位停止位,以邏輯"1"表示,用以作字元間的間隔。
群同步的字元格式見圖2。由圖中可以看出,群同步是靠起始位(邏輯"0")和停止位(邏輯"1")來實現字元的定界及字元內比特的同步的。接收端靠檢測鏈路上由空閒位或前一字元停止位(均為邏輯"1")到該字元起始位的下降沿來獲知一個字元的開始,然後按收、發雙方約定的時鐘頻率對約定的字元比特數(5~8位)進行逐位接收,最後以約定算法(奇/偶校驗法)進行差錯檢測,完成一個字元的傳輸。傳送器和接收器中近似於同一頻率的兩個約定時鐘,在一段較短的時間內能夠保持同步。在群同步傳輸中,起始位和停止位的作用是十分重要的。起始位指示字元的開始,並啟動接收端對字元中比特的同步;而停止位則是作為字元之間的間隔位而設定的,沒有停止位,緊跟其後的下一字元的起始位下降沿便可能丟失。
群同步法只需保持每個字元的起始點同步,在群內則按約定的頻率進行位的接收就可以了。這種方法實現簡單,但需要添加諸如起始位、校驗位和停止位等附加位,相對於同步傳輸來說,編碼效率和信道利用率較低,一般用於低速數據傳輸的場合。
