在数据通信中,将二进制数字转换成能够在数字信道上直接传输的基带信号的方法主要有非归零码、曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码方法。在发送端,二进制的感知数据经过感知信号编码器,转换为非归零码、曼彻斯特编码或差分曼彻斯特编码这样的基带信号,再通过数字信道传输到接收端。接收端使用感知信号解码器将基带信号还原成与发送端相同的二进制比特序列。使用数字信道传输基带信号的方法又称作基带传输。
基带传输中数字信号编码方法如图2-18所示。
图2-18 数字信号编码方法
1.非归零码
图2-18a给出了非归零(Non Return to Zero, NRZ)码波形。非归零码规定可以用低电平表示数字0,用高电平表示数字1;也可以用其他表示方法。
非归零码的缺点是无法判断1位的开始与结束,收发双方不能保持同步。为了保证收发双方的同步,必须在发送NRZ码的同时,用另一个信道同时传输同步时钟信号。如果信号中1与0的个数不相等,存在直流分量,即“非归零”,那这在数据传输中是不希望存在的。
2.曼彻斯特编码
曼彻斯特(Manchester)编码是目前应用最广泛的编码方法之一。图2-18b给出了典型的曼彻斯特编码波形示意图。
(1)曼彻斯特编码的规则
曼彻斯特编码有如下规则:
● 每位的周期 T 都分为前 T /2与后 T /2两个部分。
● 前 T /2传输该位二进制数的反码。
● 后 T /2传输该位二进制数的原码。
根据曼彻斯特编码规则,如图2-18b所示:b 0 =0,它的前 T /2取0的反码(0用低电平表示,其反码就为高电平),后 T /2取0的原码(低电平);b 1 =1,它的前 T /2取1的反码(低电平),后 T /2取1的原码(高电平);b 2 =0,它的前 T /2取0的反码(高电平),后 T /2取0的原码(低电平)。依此类推。
(2)曼彻斯特编码的特点
曼彻斯特编码最主要的特点是:每位的中间都有一次电平跳变,两次电平跳变的时间间隔可以是 T /2或 T ,电平跳变可以作为收发双方的同步信号。曼彻斯特编码信号称为“自含时钟编码”信号,发送曼彻斯特编码信号时无须另发同步信号。
曼彻斯特编码的缺点是效率较低,如果信号传输速率是100Mbps,则发送时钟信号频率应为200MHz,这将给电路实现带来困难。
(3)讨论曼彻斯特编码需要注意的问题
IEEE 802.3标准规定曼彻斯特编码的规则是:数据与时钟进行“异或”运算,这就造成了每位前 T /2取该位二进制数的反码,后 T /2取该位二进制数的原码。图2-18b是按IEEE 802.3标准规定的曼彻斯特编码规则画出的波形图。
3.差分曼彻斯特编码
典型的差分曼彻斯特(Difference Manchester)编码波形如图2-18c所示。差分曼彻斯特编码与曼彻斯特编码的不同点是:
● 每位中间的跳变仅用作同步。
● 每位的二进制数决定该位的开始边界是否发生电压跳变。
● 开始边界如果发生电平跳变,则表示该位为二进制0;不发生跳变表示该位为二进制1。
差分曼彻斯特编码与曼彻斯特编码不同之处在于:b 0 之后的b 1 为1,在两位的波形交接处不发生电平跳变;之后的b 2 为0,在b 1 与b 2 交接处要发生电平跳变;再之后的b 3 为0,在b 2 与b 3 交接处仍要发生电平跳变。研究差分曼彻斯特编码的原因是:从电路的角度来看,差分曼彻斯特解码要比曼彻斯特解码更容易实现。