不归零编码 归零编码 反向非归零编码 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码

让我们详细讲解几种常用的数字编码方式：不归零编码 (NRZ)、归零编码 (RZ)、反向非归零编码 (NRZI)、曼彻斯特编码 (Manchester) 和差分曼彻斯特编码 (Differential Manchester)，并进行对比，附上图形说明。 这些编码方式主要用于将数字信号 (0 和 1) 转换为适合在传输介质上传输的信号形式。

1. 不归零编码 (NRZ - Non-Return-to-Zero):

• 原理: 用高电平表示 1，用低电平表示 0。 信号电平保持不变，直到下一个比特到来才改变。 存在 NRZ-L (Level) 和 NRZ-I (Invert) 两种变体，区别在于如何表示 1 和 0。
• 图形:

NRZ-L:
0: ──────低电平──────
1: ──────高电平──────
10101: 高低高低高

NRZ-I:
0:  保持前一个电平
1:  反转前一个电平
10101: 高低高低高  (假设初始电平为高)

• 优点: 简单，易于实现。
• 缺点: 容易出现直流分量 (DC component)，这会影响信号传输的稳定性，也容易造成同步丢失，因为长时间的高电平或低电平难以判断比特边界。

2. 归零编码 (RZ - Return-to-Zero):

• 原理: 用高电平表示 1，低电平表示 0。但与 NRZ 不同的是，无论 0 或 1，信号都会在比特周期中间回到零电平。
• 图形:

0: ────低────零────
1: ────高────零────
10101: 高零低零高零

• 优点: 没有直流分量，同步容易保持。
• 缺点: 带宽需求是 NRZ 的两倍。

3. 反向非归零编码 (NRZI - Non-Return-to-Zero Inverted):

• 原理: 比特 1 表示信号电平保持不变；比特 0 表示信号电平反转。
• 图形:

0:  保持前一个电平
1:  反转前一个电平
10101: 高低高低高  (假设初始电平为高)

• 优点: 比 NRZ 减少了直流分量。
• 缺点: 仍然可能存在直流分量问题，且同步问题仍然存在。

4. 曼彻斯特编码 (Manchester):

• 原理: 每个比特周期内都有一个电平变化。从低电平到高电平的跳变表示 1，从高电平到低电平的跳变表示 0。 中间的跳变也用于同步。
• 图形:

0: 低→高→低
1: 高→低→高
10101: 高低高低高

• 优点: 自同步能力强，没有直流分量。
• 缺点: 带宽需求是 NRZ 的两倍。

5. 差分曼彻斯特编码 (Differential Manchester):

• 原理: 每个比特周期中间都有一个电平变化，但这个变化不代表比特值。 比特 1 表示中间的跳变不改变电平状态；比特 0 表示中间的跳变会改变电平状态。 比特的起始电平用于判断下一个比特。
• 图形:

0:  中间跳变，电平保持不变
1:  中间跳变，电平反转
10101:  (假设初始电平为高)  高低高低高 (中间跳变都反转电平)

• 优点: 自同步能力强，没有直流分量，比曼彻斯特编码对噪声更鲁棒。
• 缺点: 带宽需求较高。

联系和对比:

编码方式	直流分量	同步能力	带宽需求	复杂度
NRZ	高	差	低	低
RZ	低	好	高	中
NRZI	中	中	中	中
曼彻斯特编码	低	好	高	中
差分曼彻斯特编码	低	好	高	高

总结:

选择哪种编码方式取决于具体的应用场景。 如果带宽受限，且对同步要求不高，则 NRZ 可能适用。 如果需要自同步能力强，且能承受更高的带宽需求，则曼彻斯特编码或差分曼彻斯特编码是更好的选择。 差分曼彻斯特编码在抗噪声方面表现更好。 RZ 编码虽然具有良好的同步特性，但其带宽消耗过高，在实际应用中较少使用。 这几种编码方式各有优缺点，选择时需要权衡带宽、同步性、复杂度和抗干扰能力等因素。

注意: 以上图形只是简化表示，实际信号波形可能更复杂。 并且，这些图形中的高低电平可以用其他物理量来表示，例如光信号中的高低光强。