数据编码及其应用技术

2023-11-22 理论教育版权反馈

【摘要】：数据编码是指通信系统中以何种物理信号的形式来表达数据。用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0、1状态的，称为数字数据编码。采用数字数据编码，在基本不改变数据信号频率的情况下，直接传输数据信号的传输方式，称为基带传输。图2-4 双极性非归零码图2-5 双极性归零码3.归零码在每一位二进制信息传输之后均返回到零电平的编码。图2-7 曼彻斯特编码过程与波形7.模拟数据编码模拟数据编码采用模拟信号来表达数据的0、1状态。

计算机网络系统的通信任务是传送数据或数据化的信息。这些数据通常以离散的二进制0、1序列的方式表示。码元是所传输数据的基本单位。在计算机网络通信中所传输的大多为二元码，它的每一位只能在1或0两个状态中取一个，这每一位就是一个码元。

数据编码是指通信系统中以何种物理信号的形式来表达数据。分别用模拟信号的不同幅度、不同频率和不同相位来表达数据的0、1状态的，称为模拟数据编码。用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0、1状态的，称为数字数据编码。

采用数字数据编码，在基本不改变数据信号频率的情况下，直接传输数据信号的传输方式，称为基带传输。基带传输可以达到较高的数据传输速率，是目前广泛应用的数据通信方式。

1.单极性码

信号电平是单极性的，如逻辑1用高电平，逻辑0用零电平的信号表达方式，如图2-2和图2-3所示。

图2-2 单极性非归零码

图2-3 单极性归零码

2.双极性码

信号电平为正、负两种极性。如逻辑1用正电平，逻辑0用负电平的信号表达方式，如图2-4和图2-5所示。

图2-4 双极性非归零码

图2-5 双极性归零码

3.归零码（RZ）

在每一位二进制信息传输之后均返回到零电平的编码。例如其逻辑1只在该码元时间中的某段（如码元时间的一半）维持高电平后就回复到低电平，如图2-3和图2-5所示。(www.chuimin.cn)

4.非归零码（NRZ）

在整个码元时间内维持有效电平，如图2-2和图2-4所示。

5.差分码

用电平的变化与否来代表逻辑“1”和“0”，电平变化代表“1”，不变化代表“0”，按此规定的码称为信号差分码。根据初始状态为高电平或低电平，差分码有两种波形（相位恰好相反）。显然，差分码不可能是归零码，其波形如图2-6所示。

差分码可以通过一个JK触发器来实现。当计算机输出为“1”时，JK端均为“1”，时钟脉冲使触发器翻转；当计算机输出为“0”时，JK端均为“0”，触发器状态不变，实现了差分码。

图2-6 差分码

根据信息传输方式，还可分为平衡传输和非平衡传输。平衡传输指无论“0”或“1”都是传输格式的一部分；而非平衡传输中，只有“1”被传输，“0”则以在指定的时刻没有脉冲来表示。

6.曼彻斯特编码（Manchester Encoding）

这是一种常用的基带信号编码。它具有内在的时钟信息，因而能使网络上的每一个系统保持同步。在曼彻斯特编码中，时间被划分为等间隔的小段，其中每小段代表一个比特。每一小段时间本身又分为两半，前半个时间段所传信号是该时间段传送比特值的反码，后半个时间段传送的是比特值本身。可见在一个时间段内，其中间点总有一次信号电平的变化。因此携带有信号传送的同步信息而不需另外传送同步信号。

曼彻斯特编码过程与波形如图2-7所示。从频谱分析理论知道，理想的方波信号包含从零到无限高的频率成分，由于传输线中不可避免地存在分布电容，故允许传输的带宽是有限的，所以要求波形完全不失真的传输是不可能的。为了与线路传输特性匹配，除很近距离传输外，一般可用低通滤波器将图2-7中的矩形波整形成为变换点比较圆滑的基带信号，而在接收端，则在每个码元的最大值（中心点）取样复原。

图2-7 曼彻斯特编码过程与波形

7.模拟数据编码

模拟数据编码采用模拟信号来表达数据的0、1状态。幅度、频率和相位是描述模拟信号的参数，可以通过改变这三个参数，实现模拟数据编码。幅度键控ASK（Amplitude-Shift Keying）、频移键控FSK（Frequency-Shift Keying）和相移键控PSK（Phase-Shift Ke-ying）是模拟数据编码的三种编码方法。

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