各種通信接口物理層的編碼技術詳解

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

Digital to Digital Encoding

數字-數字接口的編碼方式主要就是對二進位比特流的編碼，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邏輯狀態，零電平代表另一種；

極性碼（雙電平）：正電平代表一種信號邏輯狀態，負電平代表另一種；

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

其中每一種又包括很多類，詳細可參見下圖的分類：

Digital to Analog Encoding

數字-模擬編碼就是用模擬信號來表示數字信息。

它們可以歸為三種機制：

- 幅移鍵控編碼(ASK，Amplitude shift keying)

- 頻移鍵控編碼(FSK，Frequency shift keying)

- 相移鍵控編碼(PSK，Phase shift keying)

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

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

其中QAM編碼是調幅(ASK)和調相(PSK)技術的綜合(同時改變正弦波三個特性中的振幅和相位)。理論上可以有無數的狀態組合。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，同時在QAM中總是採用的相位變化數量比振幅的變化要多。QAM編碼的優勢在於傳輸效率更高，對噪聲的敏感性更低。

下面幾個圖就是ASK、FSK、PSK、QAM的時域圖。

Analog to Digital Encoding

模擬-數字編碼就是用數位訊號來表示模擬量，其需要解決的主要問題是：如何在不損失信號質量的前提下，將信息（數據）從無窮多的連續值轉換為有限個離散值。常用的方法就是PCM（脈衝編碼調製），包括：採樣（脈幅調製，PAM）→量化→二進位編碼。

採樣過程就是將模擬信號在時間上離散化使之成為抽樣信號；量化是將抽樣信號的幅度離散化使之成為數位訊號；編碼是將數位訊號表示成數字系統所能接受的形式。

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現：

調幅（AM）。在調幅（AM）傳輸技術中，載波信號的振幅根據調製信號的振幅的改變而被調整。載波信號的頻率和相位保持不變，只有振幅隨著信息改變。調製信號變成了載波信號的一個包絡線。調幅信號的帶寬等於調製信號帶寬的2倍並且覆蓋以載波頻率為中心的頻率範圍。

調頻（FM）。在調頻（FM）傳輸技術中，載波信號的頻率根據調製信號電壓（振幅）的改變而被調整。載波信號的頻率相應會改變。調頻信號的帶寬等於調製信號帶寬的10倍並且覆蓋以載波頻率為中心的頻率範圍。

調相（PM）。在調相（PM）傳輸技術中，載波信號的相位隨著調製信號的電壓變化而調整。最大振幅和頻率保持恆定，而當信息信號的振幅變化時，載波信號的相位隨之發生相應的改變。

本文就大概介紹A/D、D/A、D/D、A/A等編碼的方式，後續會詳細介紹相關的一些編碼方式。