差分曼徹斯特編碼

數位訊號編碼是要解決數字數據的數位訊號表示問題，即通過對數位訊號進行編碼來表示數據。數位訊號編碼的工作一般由硬體完成，常用的編碼方法有以下三種：不歸零碼、曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼。

差分曼徹斯特編碼是一種使用中位轉變來計時的編碼方案。數據通過在數據位開始處加一轉變來表示。令牌環區域網路就利用差分曼徹斯特編碼方案。差分曼徹斯特編碼在 每個時鐘周期的中間都有一次電平跳變，這個跳變做同步之用。 在每個時鐘周期的起始處：跳變則說明該比特是0，不跳變則說明該比特是1。

差分曼徹斯特編碼的優點為：收發雙方可以根據編碼自帶的時鐘信號來保持同步，無需專門傳遞同步信號的線路，因此成本低；缺點為：實現技術複雜。

基本介紹

• 中文名：差分曼徹斯特編碼
• 外文名：Manchester coding
• 優點：無需專門傳遞同步信號的線路
• 適用領域：區域網路傳輸
• 特點：位中間跳變作時鐘信號作數據信號
• 缺點：實現技術複雜

曼徹斯特編碼

曼徹斯特編碼（Manchester Encoding），也叫做相位編碼(PE)，是一個同步時鐘編碼技術，被物理層使用來編碼一個同步位流的時鐘和數據。曼徹斯特編碼被用在乙太網媒介系統中。曼徹斯特編碼提供一個簡單的方式給編碼簡單的二進制序列而沒有長的周期沒有轉換級別，因而防止時鐘同步的丟失，或來自低頻率位移在貧乏補償的模擬連結位錯誤。在這個技術下，實際上的二進制數據被傳輸通過這個電纜，不是作為一個序列的邏輯1或0來傳送的（技術上叫做反向不歸零制(NRZ)）。相反地，這些位被轉換為一個稍微不同的格式，它通過使用直接的二進制編碼有很多的優點。
曼徹斯特編碼，常用於區域網路傳輸。在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變，位中間的跳變既作時鐘信號，又作數據信號；從高到低跳變表示"1"，從低到高跳變表示"0"。還有一種是差分曼徹斯特編碼，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"，有跳變為"0"，無跳變為"1"。

曼徹斯特編碼的編碼規則是:在信號位中電平從低到高跳變表示0，在信號位中電平從高到低跳變表示1。

差分

在信號位開始時改變信號極性，表示邏輯"0"；在信號位開始時不改變信號極性，表示邏輯"1"。如圖1所示。

其中：a）為不歸零碼，b）為曼徹斯特碼，又叫數字雙相碼。c）為差分曼徹斯特碼，又叫條件雙相碼（CDP碼）。它是改進型的曼徹斯特編碼，其特點是在每一位周期的中間，波形都有變化，如果在兩位周期交界處電平沒有變化，則表示“1”：有變化，則表示“0”（在信號位中間總是將信號反相；在信號位開始時不改變信號極性，表示邏輯“1”：在信號位開始時改變信號極性，表示邏輯“0”）。

識別差分曼徹斯特編碼的方法：主要看兩個相鄰的波形，如果後一個波形和前一個的波形相同，則後一個波形表示0，如果波形不同，則表示1。

兩者的區別

曼切斯特和差分曼切斯特編碼是原理基本相同的兩種編碼，後者是前者的改進。他們的特徵是在傳輸的每一位信息中都帶有位同步時鐘，因此一次傳輸可以允許有很長的數據位。曼切斯特編碼的每個比特位在時鐘周期內只占一半，當傳輸"1"時，在時鐘周期的前一半為高電平，後一半為低電平；而傳輸"0"時正相反。這樣，每個時鐘周期內必有一次跳變，這種跳變就是位同步信號。差分曼切斯特編碼是曼切斯特編碼的改進。它在每個時鐘位的中間都有一次跳變，傳輸的是"1"還是"0"，是在每個時鐘位的開始有無跳變來區分的。
差分曼切斯特編碼比曼切斯特編碼的變化要少，因此更適合與傳輸高速的信息，被廣泛用於寬頻高速網中。然而，由於每個時鐘位都必須有一次變化，所以這兩種編碼的效率僅可達到50%左右；不歸零碼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。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；雙極性碼是三進制碼，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，而非歸零碼遇1電平翻轉，零時不變。

套用

在超視距通信系統中，接收信號電平由於多徑傳輸會呈現出較大的衰落現象，當通信的一方或雙方快速運動時，接收信號亦存在著較大的都卜勒頻移，其都卜勒頻移的大小與運動速度成正比。在通信的傳輸速率較時，由於大都卜勒頻移的存在，接收端載波的提取和位同步的提取會受到較大的影響，進而解調性能將會下降。

為了解決這一問題，可對都卜勒頻移進行估算並採取補償措施，也可採用擴頻通信或者複雜的糾錯編碼來降低大都卜勒頻移對通信性能的影響。但當硬體平台資源和頻帶受限時，上述方法由於計算複雜硬體資源有限或者所需頻帶過寬將不再適用。在本文中，以實現通信速率為600 bps,信道存在300 Hz都卜勒頻移的超視距傳輸的工程需要為例，提出了一種基於差分曼徹斯特軟解碼的抗大都卜勒調製解調方法，該方法計算簡單，通過將差分曼徹斯特編碼、差分解調和分集合併等措施有機結合，在有效地平滑電平衰落的同時，可達到在硬體平台資源和頻帶受限的超視距低速傳輸系統中具有抗大都卜勒頻移的能力。

由於信道上存在較大的都卜勒頻移，無法從接收信號中提取相干載波的頻率和相位信息，從而無法通過逆調的方式實現信號的相干解調;即使採用具有較大抗頻偏能力的差分解調方式，也無法在通信速率為600 bps、信道存在300 Hz的都卜勒頻移時實現接收信號的有效解調。在硬體平台資源和頻帶受限的條件下，提出了一種差分曼徹斯特編碼與差分解調聯合設計方法，採用差分曼徹斯特編碼提高碼片速率，可增強差分解調的抗頻偏能力，進而有效地降低大都卜勒對解調器性能的影響。但提高碼片速率會使得解調器工作在低信噪比下時產生性能損失，採用曼徹斯特軟解碼方式，可將曼徹斯特編碼帶來的信噪比分散進行有效的合併，因此解調性能損失不會因差分曼徹斯特編碼倍數提高而線性加大，通過有效的數字處理方式，可將性能損失控制在可接受的範圍內。由於通信系統工作在超視距信道條件下，接收信號的電平亦會存在較大的衰落現象，必須採取分集措施來有效地平滑衰落，提高信號的平穩接收能力，從而實現低速通信系統在超視距、大都卜勒信道條件下的有效通信。