夜光带你走进通信网络（七） 新的领域

夜光序言：

 

我曾走过晴空万里的马路

也曾走过溪水潺潺的土路

我曾经跨越群山万千

只想再回到你的身边

 

 

 

正文：数字-数字编码和模拟-数字编码

 

 

信息的编码方式依赖于它原始的格式和通信硬件采用的格式。

在文本数据情况下，信号的模式可以有两类：ASCII码和EBCDIC码。

一般来说，共有四种编码方式：

• 数字-数字
• 模拟-数字
• 数字-模拟
• 模拟-模拟

 

数字-数字编码是用数字信号来表示数字信息。

它们可以归为三大类：

• 单极性编码
• 极化编码
• 双极性编码

 

单极性编码的名称是指它的电压只有一极，因此二进制的两个状态只有一个进行了编码，通常是1，另一个状态0通常由零电压或线路空闲态来代表。

单极性编码简单直接，实现廉价。

 

至少有两个问题使单极性编码失效：直流分量和同步问题。

1. 直流分量

单极性编码信号的平均振幅不是零，这引起一个称为直流分量（频率为0的分量）的因素，它不能由没有处理直流分量能力的媒体传输，如微波或变压器。

2. 同步

单极性编码中的同步问题发生在数据流中任意一个具有连续0或1比特的时候。由于没有电压的变化，因而传输延时或者接收方时钟可能不同步，会使信号时序发生扭曲导致接收错误，而增加额外的传输时钟线路会使开销增加。

极化编码采用两个电压值：一个正电压，一个负电压。在曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码中，每比特均含有正电压和负电
压，从而彻底解决了直流分量问题。

极化编码包括：

非归零法（NRZ），归零法（RZ）以及双相位法。非归零编码有两种：非归零电平编码和非归零反相编码。
双相位法也有两种：用于以太网的曼彻斯特编码和用于令牌环网的差分曼彻斯特编码。

 

 

1. 非归零编码（ NRZ ）

在非归零编码方式中，信号的电压值或正或负，如果线路空闲意味着没有任何信号正在传输中。

（1）非归零电平编码（NRZ-L）
信号的电平依赖于所代表的比特。

（2）非归零反相编码（NRZ-I）
如果遇到比特1，信号电平被反转；比特0没有电平变化。
这样当连续传输比特1时，可以保持时钟的同步。

2. 归零编码（RZ）

在归零编码方式中，使用了三个电平：正电平、负电平和零。信号的变化发生在比特内而不是比特间。比特1是由正电平到零的
跳变代表；比特0是由负电平到零的跳变代表。归零编码很好地携带了信号的同步信息，但是增加了占用的带宽。

 

3. 双相位编码

在双相位编码方式中，信号在每比特间隙中发生改变但是并不归零。相反，它转为相反的一极。如同归零编码（RZ），这种
中间跳变使同步变得可能。

（1）曼彻斯特编码
在每个比特间隙中间，一个负电平到正电平的跳变代表比特1；一个正电平到负电平的跳变代表比特0。

（2）差分曼彻斯特编码
比特间隙中间的跳变仅用于携带同步信息，在比特间隙开始位置的跳变代表比特0，没有跳变则表示比特1。

双极性编码也使用三个电平值：正电平、负电平和零。正负电平交替代表比特1，电平值0则用来代表二进制比特0。

双极性编码包括：信号交替反转码（AMI），8零替换编码（B8ZS）以及高密度双极性3零编码（HDB3）。

 

1. 双极性信号交替反转码（AMI ）

AMI意味着交替的比特1的反转，一个中性的零值电平代表二进制0，二进制1由交替的正负电压代表。

通过对每次出现的1进行电平交替反转，双极性AMI编码实现了两个目标：

第一，直流分量为零；

第二，一长串的1比特也可以进行同步。但是对于连续的一串0并没有同步确保机制。

 

2. 双极性8零替换编码（B8ZS ）

B8ZS是双极性AMI编码的变型，主要在北美使用。它是为提供一种对长串连续0比特的同步机制而接受的一种约定。
B8ZS与双极性AMI编码的不同点在于数据流中出现了连续8个以上的0比特时的处理。B8ZS 编码方案是在0串内强行加入称为扰动的人工信号变化，根据前导的1比特的电平值改变对应的比特模式。

 

3. 高密度双极性3零编码（HDB3 ）

HDB3也是双极性AMI编码的变型，主要在日本和欧洲使用。它也是为提供一种对长串连续0比特的同步机制而接受的一种约定。

HDB3在数据流中遇到连续4个0比特时就在AMI编码中引入变动的。HDB3 编码方案根据前导的1比特的电平值和自上一次替换后
传输的1比特数以四种方式改变对应的比特模式。

 

模拟-数字编码是用数字信号来表示模拟信息。

• 脉冲振幅调制（PAM）
• 脉冲编码调制（PCM）
• 采样频率

它在实现时必须考虑以下三个方面的问题：

 

脉冲振幅调制（PAM）是模拟-数字编码技术的第一步。通过对接收的模拟信号进行采样而产生一系列的脉冲。

PAM采用一种称为采样和保持的技术，但是获得的脉冲的取值仍然可以是任意值，对于数据通信并不适用。

 

脉冲编码调制（PCM）是将PAM所产生的采样结果修改成完全数字化的信号。PCM技术对PAM的脉冲首先进行量化，然后将量化后具有符号以及大小的二进制编码通过某种数字-数字编码技术转换成数字信号。

 

 

模拟信号的任何数字表示的精度都取决于采样的数量。

根据奈奎斯特定理，采样频率必须至少是信号最高频分量频
率的两倍。