數據編碼技術

在數據通信中，根據通信介質的不同，在信道上傳輸的信號有數字信號和模擬信號之分。在發送端，數字數據首先需要由編碼器進行編碼，編碼器將數字數據轉換成可在數字信道上傳輸的數字信號.如果是在模擬信道上傳輸，再由調制器將數字信號調制成可在模擬信道上傳輸的模擬信號。在接收端，進行反向操作，即模擬信號的解調(解調器)和數字信號的解碼(解碼器)，最后還原為原有的數字數據。

總之，信源產生的數字數據不是直接傳輸的，需要經過編碼等加工過程的處理。

1.編碼技術

編碼技術，即通過一些方式把數碼進行變換，得到另外一組適于傳輸的數碼，或者用其他一些數碼對原來的數碼進行監測，以保證其在傳輸過程中不被誤判。

在編碼技術里，編碼種類可有以下幾種：

(1)數字數據~數字信號編碼:如在局域網內的網站建設通信，計算機通過網卡直接與通信介質同軸龜纜或雙紋線連接，其信道是數字信道.網卡就具有數字數據編碼生成數字信號的功能。

(2)模擬數據~數宇信號編碼:如在網絡應用中語音聊天數據傳輸，其產生的語音模擬數據需要經過編碼/解碼器對語音數據采樣處理形成數字數據，數字數據再轉換為數字信號進行傳輸。

(3)數字數據一模擬信號編碼:如通過電話撥號上網的應用，計算機產生的數字數據通過模擬傳輸系統的電話網傳輸，兩端均需要調制/解調器將數字信號調制成模擬信號或將模擬信號解調為數字信號的處理。

(4)模擬數據~模擬信號編碼:這種編碼技術一般用在電話通信系統中。

無論哪種編碼技術，在以數字網絡為發展方向的今天，數字傳輸技術是數據通信的基礎。因此本節里所要介紹的內容主要是數據通信中“數字數據~數字信號”常見的數字編碼技術(有關模擬數據的數字信號編碼技術請參見第11章問題2-1的說明)。

2.二進制編碼為什么還要采用“編碼技術”

在計算機系統中，數據的存放形式雖然已是二進制數字編碼，但在點對點的數據傳輸中，如何保證通信兩端的發送與接收同步，如何確保讀取信道上的二進制編碼無誤等，以原有的數字數據直接轉換成數字信號是無法解決的，而采用編碼技術重新定義原有的數字數據卻是一種行之有效的辦法.數字編碼技術需要解決的基本間題有以下三種：

(1)在數據通信中，發送端發送數據與接收端接收數據二者同步控制的問題.為了實現兩端數據傳輸的同步控制，需要在傳輸的二進制數字數據中攜帶同步控制信息。

(2)信道通信能力有限的問題。需要采用質量高的編碼技術，提高二進制數字數據的傳輸速率。

(3)信道抗干擾能力的問題。采用何種編碼技術來降低信道的誤碼率。

采用數據編碼技術的本質:就是對原有數字編碼的加工并加人同步信息，使之傳輸更快，不容易出錯。

3.常用數字編碼技術

常用的數字編碼技術如圖2-3所示。

1)不歸零編碼(Non-Return to Zero Coding, NRZ)不歸零編碼就是用不同的電平信號表示二進制代碼的0或1，并且這個電平信號要占滿整個碼元的寬度，中間不歸零.如用+5V表示1,OV表示0或用十5V表示1，一5V表示0。

注:碼元是數字信號的基本單位。在數字通信中常常用等量的時間間隔傳愉一位二進制數字，這一等量的時間間隔信號稱為二進制碼元。

不歸零編碼的主要缺點:當數據流中連續出現。或1時，接收端不容易分辨每個比特信號何時開始、何時結束，即不能從高低電平的矩形波中讀出正確的比特串。如發送端發送11011000的矩形波，若把發送比特持續時間縮短一半，接收端就會讀出111100111100000。的比特串。為了保證傳輸數據的正確，必須在發送NRZ碼的同時，用另一個信道同時傳送時鐘同步信號，見圖2-3的上端。

當信號中的0和1個數不均勻時，這種編碼會產生直流分量的積累，導致信號失真與畸變，使傳輸的可靠性降低.因此，在局域網傳輸中很少采用這種編碼。

2)受徹斯特編碼(Manchester Coding)

曼徹斯特編碼自帶同步信號。在曼徹斯特編碼中每個比特持續時間分為兩半，在發送比特0時，信號位中間電平從低跳變到高;在發送比特1時，信號位中間電平從高跳變到低。由于電壓變化發生在每一個碼元的中間，即發送每個比特的持續時間中間必定有一次電平的跳變，接收方可以很方便地利用它作為同步時鐘。此外，曼徹斯特編碼雖不含直流分量，但編碼效率較低。因此，這種編碼也只用于10Mbps的局域網數據傳輸中。

3)差分曼徹斯特編碼(Differential Manchester Coding)

差分曼徹斯特編碼是受徹斯特編碼的改進，即在信號位開始時不改變信號極性(沒有跳變)表示1;在信號位開始時改變信號極性(有跳變)表示0,受徹斯特和差分曼徹斯特的編碼原理基本相同。它們共同的特征是在傳輸每一個比特位中都帶有位同步時鐘，具有自同步能力和良好的抗干擾性能，彌補了不歸零缺陷。

二者區別在于:差分受徹斯特編碼在每個時鐘位即每個比特位中間都有一次跳變，專門用于同步控制，傳輸的是1還是。由在每個時鐘位的開始有無跳變來區分。因此，差分曼徹斯特編碼比受徹斯特編碼的變化相對要少，16Mbps的令牌環網就是采用這種差分曼徹斯特編碼。

然而，由于這兩種編碼的每一個比特都被轉換成兩個電平，所以，這兩種編碼的效率僅可達到50%左右，不宜在高速網中采用。

4) DNRZ編碼(Differential NRZ)

DNRZ碼是NRZ碼的一種改進形式。它也是用信號的極性變化來表示1和0，一個比特位的起始處有跳變表示1，而無跳變表示。。DNRZ碼不僅保持了NRZ碼的優點，同時提高了信號的抗干擾性和易同步性。而且DNRZ編碼中的碼元速率與編碼時鐘速率一致，具有很高的編碼效率，符合高速網絡對信號編碼的要求。

5) 4B/5B編碼與8B/10B編碼

隨著網絡應用技術特別是局域網技術的快速發展，在快速以太網、千兆以太網中應用光纖技術已成熟。由此，在光纖介質中傳輸數據更多采用另一種編碼技術4B/5B編碼或8B/10B編碼。

4B/5B編碼:這種編碼技術的特點是將欲發送的比特流每4比特作為一個組，然后按照4B/5B編碼規則將其轉換成相應5比特碼.轉換后的符號能保持線路的交流平衡，使傳輸中波形頻譜為最小。如FDDI,10OBase-TX和10OBase-FX局域網中就采用這種編碼技術。

8B/10B編碼:是將一組連續的8位比特流分解成兩組，一組3位，另一組5位，經過編碼后分別成為一組4位的代碼和一組6位的代碼，從而組成一組10位的數據發送出去。在千兆以太網中就采用BB/10B的編碼方式。