# 数据编码

数据编码，是指将自然世界的数据、信息，用电信号表示。
- 比如电话机，可以将一段声音，转换成电信号，然后通过电话线传输。
电信号主要分为两类：模拟信号、数字信号

# 模拟信号

模拟信号（analog signal）
- ：电平连续变化的电信号。
- 20 世纪，人们主要使用模拟信号。比如电话、电视机、传感器。
- 优点：
  - 电平有多种取值，因此单位时间内可以传递更多信息量。
- 缺点：
  - 受到噪声干扰时，电平容易变化，导致传输的数据失真。
将自然数据用模拟信号表示时，常见的几种编码方法：
- 调幅
- 调频
- 调相

# 数字信号

数字信号（digital signal）
- ：只有高低两种电平的脉冲电压信号。
- 优点：
  - 受到噪声干扰时，电平就算变化，也难以从高电平变成低电平，或者反之。因此传输数据的误码率低。
将自然数据用数字信号表示时，常见的几种编码方法：
- 非归零码
  - 用正电平表示 1 ，用负电平表示 0 。
- 曼彻斯特编码
  - 前半周期发送该二进制位的反码，后半周期发送该二进制位的原码。两次电平跳变的间隔不是 T/2 就是 T ，信号的接收方可以依此校正时间基准。
- 差分曼彻斯特编码
  - 每个比特的中间电平跳变只是为了同步时间，比特的值由初始电平是否跳变决定，跳变表示 0 ，不跳变表示 1 。
  - 差分曼彻斯特编码、曼彻斯特编码都是自含时钟编码，即采用内同步法。
有时需要将模拟信号转换成数字信号，主要方法为脉冲编码调制。它分为三个步骤：
- 采样：从电平连续变化的模拟信号中每隔一定时间取一个幅值作为样本，代表原信号。
- 量化：将样本幅值分级量化。
- 编码：将样本量级表示成二进制。

# 调制解调器

早期的计算机网络，使用电话线进行通信。由于计算机只能识别数字信号，电话线只能传输模拟信号，需要使用 Modem 转换两种信号。
调制解调器（Modem）是两个设备，分别名为调制器、解调器。
- 在中国，被俗称为"猫"。
- 调制器安装在发送端，负责将数字信号转换成可在电话线上传输的模拟信号，然后通过电话线发送。
- 解调器安装在接收端，负责从电话线接收模拟信号，然后转换成数字信号。
基带信号：没经过调制的原始电信号，分为模拟基带信号、数字基带信号两种。
调制信号：将基带信号，加在载波上，调制得到的模拟信号。

# 差错控制

通信线路总是存在噪声，因此数据传输时无法避免产生差错，重要的是如何发现差错、纠正差错。
误码率
- ：等于发生差错的二进制码元数除以传输的二进制码元总数。
- 误码率不一定越低越好，还要结合设备成本综合考虑。
检错码（Error Detecting Code）
- ：一种编码方式，用于检查传输的数据是否出错。
常见的几种检错码：
- 奇偶校验码（Parity bit）
  - 原理：
    - 发送方发送一组二进制位时，增加发送一个二进制位，通过取值 1、0 记录这组二进制位中 1 的数量的奇偶性。
    - 接收方收到数据之后，再次计算奇偶校验码，如果奇偶性不一致，则说明传输的数据出错。
  - 缺点：
    - 不能发现传输的二进制位的顺序出错。
- 循环冗余编码
纠错码（Erasure Code）
- ：一种编码方式，用于找出传输出错的数据，并纠正。
- 检错码发现传输出错的数据时，只能重传这组数据，不能纠正。
字符同步
- ：一种操作，使得通信双方能正确收发每个字符。
- 字符同步的方式分为同步式（将字符分块发送）、异步式（将字符逐个发送）两种，对应的数据通信方式称为同步通信、异步通信。
位同步
- ：一种操作，使得通信双方的时间基准相同。
- 不同计算机的时钟频率不同，累计下来的时间误差可能导致通信错误，所以要进行位同步。
- 位同步的几种方法：
  - 外同步法：在发送数据信号的同时，发送一个同步时钟信号。
  - 内同步法：在发送的数据信号中，加入时钟编码。