數字數據編碼

在數字信道中傳輸計算機數據時，要對計算機中的數位訊號重新編碼進行基帶傳輸，在基帶傳輸中，數位訊號的變法方式主要有不歸零編碼、曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼三種方法。

基本介紹

• 中文名：數字數據編碼
• 分類：通信
• 套用：信息傳輸

不歸零碼

Non-Return-Zero (NRZ)

不歸零編碼用低電平表示二進制0，用高電平表示二進制1，NRZ碼的缺點是無法判斷每一位的開始與結束，收發不同保持同步，必須在傳送NRZ碼的同時，用另一個信道同時傳送同步信號。

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；從低到高跳變表示"0"，從高到低跳變表示"1"。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"。

對於以上電平跳變觀點有歧義：關於曼徹斯特編碼電平跳變，在雷振甲編寫的<<網路工程師教程>>中對曼徹斯特編碼的解釋為：從低電平到高電平的轉換表示1，從高電平到低電平的轉換表示0，模擬卷中的答案也是如此，張友生寫的考點分析中也是這樣講的，而《計算機網路（第4版）》中（P232頁）則解釋為高電平到低電平的轉換為1，低電平到高電平的轉換為0。清華大學的《計算機通信與網路教程》《計算機網路（第4版）》採用如下方式：曼徹斯特編碼從高到低的跳變是 1 從低到高的跳變是 0 。

兩種曼徹斯特編碼是將時鐘和數據包含在數據流中，在傳輸代碼信息的同時，也將時鐘同步信號一起傳輸到對方，每位編碼中有一跳變，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良好的抗干擾性能。但每一個碼元都被調成兩個電平，所以數據傳輸速率只有調製速率的1/2。

就是說主要用在數據同步傳輸的一種編碼方式。

（曼徹斯特編碼中，用電壓跳變的相位不同來區分1和0，即用正的電壓跳變表示0，用負的電壓跳變表示1。因此，這種編碼也稱為相應編碼。由於跳變都發生在每一個碼元的中間，接收端可以方便地利用它作為位同步時鐘，因此，這種編碼也稱為自同步編碼。）

Manchester encoding uses the transition in the middle of the timing window to determine the binary value for that bit period. In Figure , the top waveform moves to a lower position so it is interpreted as a binary zero. The second waveform moves to a higher position and is interpreted as a binary one .

（關於數據表示的約定）

事實上存在兩種相反的數據表示約定。

第一種是由G. E. Thomas, Andrew S. Tanenbaum等人在1949年提出的，它規定0是由低-高的電平跳變表示，1是高-低的電平跳變。

第二種約定則是在IEEE 802.4(令牌匯流排)和低速版的IEEE 802.3 (乙太網)中規定, 按照這樣的說法, 低-高電平跳變表示1, 高-低的電平跳變表示0。

由於有以上兩種不同的表示方法,所以有些地方會出現歧異。當然,這可以在差分曼徹斯特編碼(Differential Manchester encoding)方式中克服.

差分曼徹斯特編碼

曼徹斯特編碼（Differential Manchester Encoding）的編碼規則是:

在信號位中電平從高到低跳變表示1

在信號位中電平從低到高跳變表示0

差分曼徹斯特編碼的編碼規則是:

在信號位開始時不改變信號極性，表示輯"1"

在信號位開始時改變信號極性，表示邏輯"0"

不論碼元是1或者0，在每個碼元正中間的時刻，一定有一次電平轉換。

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

詳細分析：

分別用標準曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼畫出1011001的波形圖 （如右上圖）

一：標準曼徹斯特編碼波形圖1代表從高到低，0代表從低到高

二：差分曼徹斯特編碼波形圖1代表沒有跳變（也就是說上一個波形圖在高現在繼續在高開始，上一波形圖在低繼續在低開始）開始畫0代表有跳變（也就是說上一個波形圖在高位現在必須改在低開始，上一波形圖在高位必須改在從低開始）

註：第一個是0的從低到高，第一個是1的從高到低，後面的就看有沒有跳變來決定了（差分曼徹斯特編碼）

給出比特流101100101的以下兩個波形。 （如圖）

(1)曼徹斯特碼脈衝圖形；

(2)差分曼徹斯特碼脈衝圖形。