数据通信与网络编码信息ppt课件.ppt

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1、为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益Chapter 5 ENCODING第五章第五章 编码编码为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.1 Digital-to-Digital Encoding5.2 Analog-to-Digital Encoding5.3 Digital-to-Analog Encoding5.4 Analog-to-Analog Encoding5.5 SummaryContents为了规范事业单位聘用关系，建立和

2、完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益Introduction of Encoding pThe information or data must be encoded into signals before it can be transported across the communication media.pThe signal must be manipulated so that it contains identifiable changes that are recognizable to the sender and receiv

3、er as representing the information intended.为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益Different encoding schemesEncodingDigital/digitalAnalog/digitalDigital/analogAnalog/analogIntroduction of Encoding How information is encode depends on its original format and on the format used by

4、communication hardware.为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.1 Digital-to-digital encodingpDigital-to-digital encoding is the representation of digital information by a digital signal.pBoth the original data and transmitted data are digital.pThe binary 1s and 0s are translated

5、into a sequence of voltage pulse that can be propagated over wire.为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益Types of digital-to-digital encodingDigital/digitalencodingUnipolarPolarBipolar5.1 Digital-to-digital encoding单极性编码单极性编码极化编码极化编码双极性编码双极性编码为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人

6、员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.1.1 Unipolar(单极性编码单极性编码)pDigital transmission systems work by sending voltage pulses along a media link(wire or cable).In most types of encoding,one voltage level stands for binary 0 and another level stands for binary 1.pThe polarity of pulse(脉冲极性)refer to whether it is positi

7、ve or negative.pUnipolar encoding is so named because it uses only one polarity.为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.1.1 Unipolar(单极性编码单极性编码)The 1s are encoded as positive value;The 0s are encoded as zero,or idle.振幅时间01000111The idea of unipolar encoding.为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会

8、主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益Advantage:pVery Simple and Straightforward;p inexpensive to implementDisadvantages:1、同步(synchronization)when a signal is unvarying,the receiver cannot determine the beginning and ending of each bits.Therefore,a synchronization problem in unipolar encoding can occu

9、r whenever the data stream includes a long uninterrupted series of 1s or 0s.5.1.1 Unipolar(单极性编码单极性编码)为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益synchronizationpTo correctly interpret the signals received from the sender,the receivers bit intervals must correspond exactly to the sende

10、rs bit intervals.pIf the receiver clock is faster or slower,the bit intervals are not matched and the receiver might misinterpret the signals.The solution of synchronizationpparallel line carrying synchronization clock pulse.5.1.1 Unipolar(单极性编码单极性编码)为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单

11、位和职工的合法权益pExample:synchronization Given an expected bit rate of 1000bps,if the receiver detects a positive voltage lasting 0.005s,it reads one 1 per 0.001s,or five 1s.(Propagation delays distort it to 0.006s)5.1.1 Unipolar(单极性编码单极性编码)为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益2、DC com

12、ponent(直流分量、直流成分)p当数字信号中的电平保持一段时间的恒定时，频谱会产生很低的频率(据傅立叶分析)。这些接近于零的频率频率称为DC component。p直流分量会对不允许通过低频的系统或使用电子耦合的系统带来严重的影响。例如：p电话线不能通过低于200Hz的频率；p长距离链路一般会用多个变压器来隔离线路的不同部分。5.1.1 Unipolar(单极性编码单极性编码)为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.1.2 Polar(极化编码极化编码)pPolar encoding uses two volt

13、age level:one positive and one negative.Advantage:pBy using both levels,in most polar encoding methods the average voltage level on the line is reduced and the DC component problem of unipolar encoding is alleviated.为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益Types of polar encodingpol

14、arNRZRZBiphaseNRZ-LNRZ-IManchesterDifferentialManchester5.1.2 Polar(极化编码极化编码)为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益pIN NRZ encoding,the level of the signal is always either positive or negative.If the line is idle it means no transmission is occurring at all.pThe two most popular

15、 methods:NRZ-L(非归零电平编码非归零电平编码)NRZ-I(非归零反相编码非归零反相编码)pDisadvantage of NRZ Both NRZ-L and NRZ-I have a DC component problem.5.1.2.1 NRZ(Non-Return-to-Zero)为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益Two methods of NRZ:pIn NRZ_L,the level of the signal depends on the type of bit it represe

16、nts.0s positive voltage 1s negative voltagepIn NRZ_I the signal is inverted if a 1 is encountered.无论当前处于什么状态(高电平或低电平)，只要下一位是1，则跳转到相反的状态。即电平是否反相决定了其即电平是否反相决定了其位值。位值。5.1.2.1 NRZ(Non-Return-to-Zero)为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.1.2.1 NRZ(Non-Return-to-Zero)跳变，由于下一比特为1振幅时间时

17、间NRZ-L(非归零电平编码)NRZ-I(非归零反向编码)00001111为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益编码规则：编码规则：p在NRZ-L编码方式中，电平的极性极性具有特定的含义：正正代表比特0 0，负负代表比特1 1；p在NRZ-I编码方式中，每段比特间隔的电平值是没有意义的没有意义的，接收端是以检测每个比特开始处是否有电平的跳变来识别比特1，而在每比特开始处保持当前电平不变的则表示比特0。5.1.2.1 NRZ(Non-Return-to-Zero)为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济

18、体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益NRZ-I相对NRZ-L的优点：p由于每遇到比特1都发生电平跃迁，因此提供了一种同步(Synchronization)机制。p一串7个比特1会导致7次电平跃迁，每次跃迁都使接收方能根据信号的实际到达来对本身时钟进行重同步调整。(据统计，连续的比特1出现的几率比连续的比特0出现的几率大，因此对比特1的连续串进行同步在保持整体消息同步上更有优势。)一串连续的比特0仍会造成麻烦，但由于连续0串出现不频繁，对于解码来说其妨碍就小了许多。5.1.2.1 NRZ(Non-Return-to-Zero)为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主

19、义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益pRZ encoding uses three values:positive,zero,negative.0 positive(actually,negative-to-zero)1 negative(actually,positive-to-zero)halfway through each bit interval,the signal return to zero.pIn RZ,the signal changes not between bits,but during each bit(位于位间隔之间).pIn R

20、Z,the signal changes during each bit be used for synchronization.5.1.2.2 RZ(Return-to-Zero)encoding为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.1.2.2 RZ(Return-to-Zero)encoding跳变可以用于同步同步信号值时间00001111正跳正跳(从负到零电平)表示0；负跳负跳(从正到零电平)表示1。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的

21、合法权益p由于每位每位都在其位间隔中间位置归零，并保持半个位间隔时间，因此每位的开始开始都是由零开始跳变。p若下一位是1(由高电平到零电平的跳变表示，负向跳变)，则首先由零电平跳变到高电平，持续半个位间隔(可理解为准备阶段)，然后在1/2位间隔处由高电平归零(代表1)，并保持半个位间隔时间；p若下一位是0(由低电平到零电平的跳变表示，正向跳变)，则首先由零电平跳变到低电平，持续半个位间隔(可理解为准备阶段)，然后在1/2位间隔处由低电平归零(代表0)，并保持半个位间隔时间。5.1.2.2 RZ(Return-to-Zero)encoding为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经

22、济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益Disadvantage of RZ:prequires two signal changes to encode one bit,therefore occupies more bandwidth.pUse three level.Advantage:pA good encoded digital signal must contain a provision for synchronization.pThere is a signal change for each bit,so providing synchronizatio

23、n.5.1.2.2 RZ(Return-to-Zero)encoding为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.1.2.3 Biphase(双相位编码双相位编码)pIn biphase encoding,the signal changes at middle of bit interval,but does not return to zero.Instead,it continues to the opposite pole.pTwo types of biphase encoding methods:Manc

24、hester;Differential Manchester.pThe biphase encoding is the best solution to the problem of synchronization.为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益pIn Manchester encoding,the duration of the bit is divided into two halves.The voltage remains at one level during the first half and

25、moves to the other in the second half.The transition at the middle of the bit provides synchronization.pDifferential Manchester combines the ideas of RZ and NRZ-I.There is always a transition at the middle of the bit,but the bit values are determined at the beginning(point)of the bit.If the next bit

26、 is 0,there is a transition;If the next bit is 1,there is none.5.1.2.3 Biphase(双相位编码双相位编码)为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益p在曼彻斯特编码中，由位间隔处的电平变化方向变化方向来表示数据，正电平到负电平的跳变为0 0，负电平到正电平的跳变为1 1。p在差分曼彻斯特编码中，由每位开始时开始时是否发生跳变来确定比特值，如果发生(反向)跳变则为0，如果保持当前电平则为1。(注意在每位中间中间，无论0或1，都需要反向跳变。)对于位间

27、隔点（起始点），对于位间隔点（起始点），1 1是通过，是通过，0 0是跳变。是跳变。5.1.2.3 Biphase(双相位编码双相位编码)为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.1.2.3 Biphase(双相位编码双相位编码)为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益p同步机制同步机制 在曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码中，每个1/2位间隔处都有反向跳变，提供了同步机制同步机制。p数据表示数据表示 曼彻斯特编码利用电平值跳变方向跳变方向表示数

28、据；差分曼彻斯特编码利用每位开始时是否发生跳变是否发生跳变来确定比特值。5.1.2.3 Biphase(双相位编码双相位编码)为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.1.3 Bipolar(双极性编码双极性编码)pIn bipolar encoding(sometimes called multilevel binary),there are three voltage levels:positive,negative,and zero.pThe voltage level for one data element

29、 is at zero,while the voltage level for the other element alternates between positive and negative.00电平；1高低电平交替。p(双极性)传号交替反转(AMI)p双极性8连0替换(B8ZS)p3阶高密度双极性(HDB3)为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益Types of Bipolar EncodingBipolarAMIB8ZSHDB35.1.3 Bipolar(双极性编码双极性编码)双极性传号反转双极性8连0替换

30、3阶高密度双极性为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.1.3.1 Bipolar Alternate Mark Inversion(AMI)双极性传号交替反转码(AMI)pA common bipolar encoding scheme is called bipolar alternate mark inversion(AMI).In the term alternate mark inversion(AMI),the word mark(传号)comes from telegraphy and means 1

31、.So AMI means alternate 1 inversion.pA neutral zero voltage represents binary 0;Binary 1s are represented by alternating positive and negative voltages.为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益振幅振幅时间时间00001111正负电平交替变换代表比特15.1.3.1 Bipolar Alternate Mark Inversion(AMI)为了规范事业单位聘用关系，建立和

32、完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益Advantage of AMI:1、No DC componentpTo a long sequence of 1s,the voltage level alternates between positive and negative,it is not constant.Therefore,there is no DC component.pFor a long sequence of 0s,the voltage remains constant,but its amplitude is zero,whi

33、ch is the same as having no DC component.In other words,a sequence that creates a constant zero voltage does not have a DC component.2、1s can be used to synchronization.(0 can not.)5.1.3.1 Bipolar Alternate Mark Inversion(AMI)为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.1.3.2 Bipolar

34、8-Zero Substitution(B8ZS)双极性8连0替换pB8ZS is the convention adopted in North America to provide synchronization of long strings of 0s.pIn most situations,B8ZS functions identically to bipolar AMI.The difference occurs whenever eight or more consecutive 0s are encountered in the data stream.pThe solutio

35、n is to force artificial signal changes,called violations,within the 0 string.为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益pAnytime eight 0s occur in succession,B8ZS introduces change in the pattern based on the polarity of the previous 1.5.1.3.2 Bipolar 8-Zero Substitution(B8ZS)+000000

36、00+000-+0+-00000000-00+-0-+previous 1 is positive.previous 1 is negative.0为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益pD8ZS将8个连续的零置换为000VB0VB。V(违反)表示与前一个非零脉冲极性相同的极性；B(双极)表示与前一个非零脉冲极性相反的极性。5.1.3.2 Bipolar 8-Zero Substitution(B8ZS)+00000000+000-+0+-00000000-000+-0-+0 0 0 V B 0 V B0 0 0 V

37、 B 0 V B非零脉冲非零脉冲为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益pD8ZS将8个连续的零置换为000VB0VB。V(V(违反违反)表示与前一个非零脉冲极性相同的极性；即该位违反违反了AMI编码规则。B(B(双极双极)表示与前一个非零脉冲极性相反的极性。即该位与AMI编码规则保持一致。5.1.3.2 Bipolar 8-Zero Substitution(B8ZS)为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.1.3.3 High-Dens

38、ity Bipolar 3(HDB3)3阶高密度双极性编码pHDB3 is commonly used outside of North America.pIn this technique,which is more conservative than B8ZS,four consecutive zero-level voltages are replaced with a sequence of 000V or B00V.p The reason for two different substitutions is to maintain the even number of nonzer

39、o pulses after each substitution.为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.1.3.3 High-Density Bipolar 3(HDB3)Two rules can be stated as follows:p1.If the number of nonzero pulses after the last substitution is odd,the substitution pattern will be 000V,which makes the total number o

40、f nonzero pulses even.p2.If the number of nonzero pulses after the last substitution is even,the substitution pattern will be B00V,which makes the total number of nonzero pulses even.为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.1.3.3 High-Density Bipolar 3(HDB3)3阶高密度双极性编码pHDB3编码中，如果遇到

41、连续4个0比特，根据前导1的极性和自上一次替换后传输的1的比特数的奇偶性，以4种方式改变对应的比特模式。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益+0000-0000+000+-000-最近一次替换后比特流中的1数目为奇奇5.1.3.3 High-Density Bipolar 3(HDB3)0 0 0 V0 0 0 V为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益+0000-0000+-00-+00+最近一次替换后比特流中的1数目为偶偶5.1.3.3

42、 High-Density Bipolar 3(HDB3)B 0 0 VB 0 0 V为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.1.3.3 High-Density Bipolar 3(HDB3)记忆方式：p总体原则：变换后比特1的总数为偶数偶数，即当前比特1的个数为奇数，则替换1位(奇替换)；若当前比特1的个数为偶数，则需要替换两位(偶替换)。p奇替换中，利用0000的最后一个0与前导比特1形成违例，即相同极性，违背了AMI的原则；p偶替换中，利用0000的第1和第4位形成一个违例，即保持同极性，来违背AMI原则。

43、(注意：第一位与前导比特1不能违例)。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益+0000-0000+000+-000-奇替换，替换最后一位，并且替换位与前导的比特1极性相同，产生一个违例违例。5.1.3.3 High-Density Bipolar 3(HDB3)为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益+0000-0000+-00-+00+偶替换，替换0000中的第一和第四位，并且两个替换位产生一个违例(同极性)。注意：第一位与前导位不违例。5

44、.1.3.3 High-Density Bipolar 3(HDB3)为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.1.4 Example振幅时间Example 1:采用B8ZSB8ZS，对比特流1000 0000 0001 00进行编码(假设第一个1的极性为正正)。1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.1.4 ExampleSolution:0 0 0 V B 0 V B振幅时间违例违

45、例变换规则：000VB0VB;红牌为违例位重新开始计位1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益振幅时间5.1.4 ExampleExample 2:采用HDB3，对比特流1000 0000 0001 00进行编码。(假设第一个1的极性为正且到目前1比特的个数为奇奇数数)。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益振幅时间5.1.4 ExampleSolution:奇违例：变一位(最后一位)

46、，且该位变换后与前导位产生一个违例。偶违例(经过前次变换后，1的个数已经为偶数)：变两位(1，4位)，且这两位变换后产生一个违例。(第一位与前导位不违例)注意：第二组0000的前导位是第一组0000变换后的最后一位。1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0违例违例为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.1.5 Digital-to-Digital Encoding Conclusion为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5

47、.1.6 ExercisespDraw the wave form for 1100 0101 in RZ、NRZ-L、NRZ-I、Manchester、Differential Manchester.pWhat is the voltage pattern if the following bits are encoded using B8ZS and HD3B。(Assume that the number of 1s so far is odd and the first 1 is positive.)1000 0000 0000 1000 0110为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适

48、应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.2 Analog-to-digital encodingAnalog/digitalencodingpAnalog-to-digital encoding is the representation of analog information by a digital signal.pIn analog-to-digital encoding,we are representing the information contained in a continuous wave from as series of d

49、igital pulses.为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.2 Analog-to-digital encodingpThe most important problem is how to translate information from an infinite number of values to discrete number of value without sacrificing sense or quality.为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员

50、聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益5.2.1 Pulse Amplitude Modulation(PAM)PAM(脉冲振幅调制)pPAM takes analog information,samples it,and generates a series of pluses based on the results of the sampling.pSampling means measuring the amplitude of the signal at equal intervals.pPAM is the foundation of pulse code modulation(P