探究数字信号数据传输的四种常见方式

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离散信号是指自变量和因变量都是离散的信号。这种信号的自变量用整数表示,而因变量则用有限个数字中的一个来表示。在计算机中,我们通常使用有限位的二进制数来表示数字信号的大小。数字信号的传输方式主要有以下四种。
 
(1)基带传输:基带传输是最基本的数据传输方式,它直接在数字通信信道上按照数据波的原样进行传送,不包含任何调制过程。然而,基带传输并不适用于传输语言、图像等信息。目前,大部分微型计算机局域网和控制局域网都采用基带传输方式。基带网络的特点是:信号以位流形式传输,系统不需要调制解调器,降低了成本;传输介质相对于宽带网络来说更便宜;可以达到较高的数据传输速率(通常为10~100mb/s)。然而,基带传输的传输距离一般不超过25km,传输距离越长,质量越差。此外,基带网络只支持半双工或单工方式的线路工作。
 
在基带传输中,通常对数字信号进行编码。常用的数据编码方法有三种:非归零码(NRZ)、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。后两种编码不包含直流分量,而且包含时钟脉冲,方便双方自行同步,因此被广泛应用。
 
(2)频带传输:频带传输是一种采用调制和解调技术的传输形式。在发送端,通过调制手段对数字信号进行变换,将代表数据的二进制“1”和“0”转换成具有一定频带范围的模拟信号,以适应模拟信道的传输。在接收端,通过解调手段进行相反的变换,将模拟调制信号恢复为原始的“1”或“0”。常用的调制方法包括频率调制、振幅调制和相位调制。装备有调制解调功能的设备称为调制解调器(modem)。
 
频带传输相对较为复杂,可以传输较远的距离。如果使用市话系统与各个调制解调器配合使用,传输距离就不再受限制。然而,由于电力线通信网络(PLC)的范围通常较小,所以在PLC网络中更常使用基带传输方式。
 
(3)载波传输是实现远距离信息传递的一种方式。尽管基带数字信号可以在短距离传输时直接发送,但在远距离、特别是通过无线或光纤信道传输时,必须经过调制将信号频谱转移到较高的频率范围才能进行传输。为了在有限带宽的高频信道中传输数字信号,需要对其进行载波调制。与传输模拟信号类似,数字信号的传输也有三种基本的调制方式:幅度键控、频移键控和相移键控。它们分别使用载波的幅度、频率和相位来传递数字基带信号,可以看作是模拟线性调制和角度调制的特殊情况。
 
(4)异步传输模式(ATM)是一种支持多媒体通信的传输方式,可以传输数据、语音、视频等数字化信息,并且具有按需分配带宽和低延迟的特性。其传输速率可以达到几个Gbps,是一种将时分交换和统计复用结合在一起的高速传输模式。在ATM中,信息首先被切割成块,并在每个块之前添加信头(包括地址、丢失优先级等控制信息),形成固定长度的信元(cell)。这些信元以固定的时间间隔出现,融合了线路传送模式和分组传送模式的优点。因此,ATM可以利用高速硬件对信头进行快速识别和交换处理。
 
多路复用是一种在单个物理信道上同时传输多个消息的技术。通常使用频分复用和时分复用两种方式。时分多路复用将信道的传输时间划分为若干个时间片,并为每个用户分配一个时间片。这些时间片是预先分配且固定的。时分复用不仅适用于数字信号的传输,也适用于模拟信号的传输。频分复用将具有一定带宽的信道划分为多个窄带信道,每个信道具有不同的中心频率和一定的频率间隔,每个用户使用一个信道进行传输。

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