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2-6 信号及其编码
信息（Information）是人们对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。信息的表示形式多种多样，可以是数值、文字、图形、声音、图像和动画等，这些信息的表现形式通常被称为数据。所以数据可以定义为把事物的某些属性规范化后的表现形式，它能被识别，也可以被描述，如十进制数、二进制数、字符、图像等。
数据（Data）的概念包括两个方面：其一，数据内容是事物特性的反映或描述；其二，数据以某种介质作为载体，即数据是存储在介质上的。显然，数据和信息的概念是相对的，甚至有时可以将两者等同起来。数据可以分为模拟数据和数字数据两种。模拟数据取连续值，如表示声音、图像、电压、电流等的数据；数字数据取离散值，如自然数、字符文本的取值都是离散的。例如，字母A的ASCII码是01000001，这类文字编码属于数字数据。
信号（Signal）是数据的具体物理表现，具有确定的物理描述，如电压、磁场强度等。信号可以是模拟的，也可以是数字的。
1） 模拟信号是在一定的数值范围内可以连续取值的信号 ，是一种连续变化的电信号，其取值可以是无限多的，如语音信号；这种信号可以按照不同频率在各种不同的介质上传输。模拟信号的特点是直观、容易实现，但保密性和抗干扰能力差。
2） 数字信号是一种离散的脉冲序列 ，它取几个不连续的物理状态来代表数字，其取值是有限的。最简单的离散数字是二进制数字0和1，它们分别由信号的两个物理状态（如低电平和高电平）来表示。利用数字信号传输的数据，在受到一定限度内的干扰后是可以被恢复的。
模拟信号和数字信号的波形图如图2-15所示。
图2-15 模拟信号和数字信号的波形图
a）模拟信号（连续） b）数字信号（离散）
由于在计算机网络中传输的基本都是数字信号，因此本章主要介绍数字信号相关的编码技术和传输技术。模拟信号和数字信号的转换可以参考第2.4.4节。
数据编码分为数字数据编码和模拟数据编码。其中使用较多的是数字数据编码。数字数据编码是指将不同数字信号（二进制中为0和1）转换为不同的电信号的过程。
数字数据在传输之前需要进行数字编码。编码技术要考虑到编码的抗干扰性、易同步性、易纠错性等。常用的数字数据编码方式主要有不归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码3种。数字数据011101001采用这3种编码方式后，它的编码波形如图2-16所示。
图2-16 采用3种常用的数字数据编码方式后的编码波形
1.不归零编码
不归零（Non-Return to Zero, NRZ）编码可以用负电平表示逻辑“1”，用正电平表示逻辑“0”，反之亦然。不归零编码的缺点是发送方和接收方不能保持同步，须采用其他方法才能保持收发同步。
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。其特点是每一位二进制信号的中间都有跳变，若从低电平跳变到高电平，就表示数字信号“1”；若从高电平跳变到低电平，就表示数字信号“0”。
曼彻斯特编码的优点是每一比特中间的跳变可以作为接收端的时钟信号，以保持接收端和发送端之间的同步。
3.差分曼彻斯特编码
差分曼彻斯特（Difference Manchester）编码是对曼彻斯特编码的改进。其特点是每一位二进制信号的跳变依然提供收、发端之间的同步，但每位二进制数据的取值根据其开始边界是否发生跳变来决定，若一比特开始处存在跳变，则表示“0”，无跳变则表示“1”。