曼彻斯特编码的优点-Read
曼彻斯特编码
曼彻斯特编码曼彻斯特编码（Manchester Encoding），也叫做相位编码(PE)，是⼀个曼彻斯特编码同步时钟编码技术，被物理层使⽤来编码⼀个同步位流的时钟和数据。
曼彻斯特编码被⽤在以太⽹媒介系统中。
曼彻斯特编码提供⼀个简单的⽅式给编码简单的⼆进制序列⽽没有长的周期没有转换级别，因⽽防⽌时钟同步的丢失，或来⾃低频率位移在贫乏补偿的模拟链接位错误。
在这个技术下，实际上的⼆进制数据被传输通过这个电缆，不是作为⼀个序列的逻辑1或0来发送的（技术上叫做反向不归零制(NRZ)）。
相反地，这些位被转换为⼀个稍微不同的格式，它通过使⽤直接的⼆进制编码有很多的优点。
曼彻斯特编码，常⽤于局域⽹传输。
在曼彻斯特编码中，每⼀位的中间有⼀跳变，位中间的跳变既作时钟信号，⼜作数据信号；从⾼到低跳变表⽰"1"，从低到⾼跳变表⽰"0"。
还有⼀种是差分曼彻斯特编码，每位中间的跳变仅提供时钟定时，⽽⽤每位开始时有⽆跳变表⽰"0"或"1"，有跳变为"0"，⽆跳变为"1"。
对于以上电平跳变观点有歧义：关于曼彻斯特编码电平跳变，在雷振甲编写的＜＜⽹络⼯程师教程＞＞中对曼彻斯特编码的解释为：从低电平到⾼电平的转换表⽰1，从⾼电平到低电平的转换表⽰0，模拟卷中的答案也是如此，张友⽣写的考点分析中也是这样讲的，⽽《计算机⽹络（第4版）》中（P232页）则解释为⾼电平到低电平的转换为1，低电平到⾼电平的转换为0。
清华⼤学的《计算机通信与⽹络教程》《计算机⽹络（第4版）》采⽤如下⽅式：曼彻斯特编码从⾼到低的跳变是 0 从低到⾼的跳变是 1。
两种曼彻斯特编码是将时钟和数据包含在数据流中，在传输代码信息的同时，也将时钟同步信号⼀起传输到对⽅，每位编码中有⼀跳变，不存在直流分量，因此具有⾃同步能⼒和良好的抗⼲扰性能。
但每⼀个码元都被调成两个电平，所以数据传输速率只有调制速率的1/2。
曼彻斯特
摘要在电信领域，曼彻斯特码是一种数据通讯线性码，它的每一个数据比特都是由至少一次电压转换的形式所表示的。
曼彻斯特编码因此被认为是一种自定时码。
自定时意味着数据流的精确同步是可行的。
每一个比特都准确的在一预先定义时间时期的时间中被传送。
曼彻斯特编码已经被许多高效率且被广泛使用的电信标准所采用，例如以太网电讯标准. 曼彻斯特编码是一种超越传统数字传输的信道编码技术，由于其具有隐含时钟、去除了零频率信号的特性使得它在石油勘探测井中得到广泛的应用。
报告论述了曼彻斯特码的原理，介绍了其编码规则。
对其特点和应用范围进行了说明。
提出了曼彻斯特编解码方案，重点运用VHDL语言对同步信号提取电路进行了硬件仿真。
以及对使用Protel软件绘制电路图进行了介绍。
系统成功实现了曼彻斯特码数据传送的要求而且电路简单，性能稳定。
关键词：曼彻斯特码,同步信号,VHDL仿真ABSTRACT第一章绪论1.1 项目背景测井技术发展到今天，已经发生了很大的变化：一是由模拟测井技术发展到了数字测井技术；二是由数字测井技术发展到了数控测井技术。
进入90年代，成像测井技术获得了较大的发展，测井系统中需要传送的数据信息量越来越大，为此必须解决数据的高速传输与正确接收两个问题，如相关编码技术、缆芯多路复用技术、基带均衡技术等用以提高数据传输速率和降低误码率.在测井数据传输系统中，由于曼彻斯特码既能提供足够的定时分量，又无直流漂移，编码过程相对简单，因而曼彻斯特（Manchester）码是测井数据传输中常用的编码方式之一。
曼彻斯特码，又称数字双相码或分相码。
在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从高到低跳变表示”1″，从低到高跳变表示”0″。
曼彻斯特编码是将时钟和数据包含在数据流中，在传输代码信息的同时，也将时钟同步信号一起传输到对方，每位编码中有一跳变，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良好的抗干扰性能。
曼彻斯特编码规则
曼彻斯特编码规则
曼彻斯特编码规则是一种非常重要的编码方法，属于数据编码技术，用于准确地标记
由二进制信号构成的数据流。
曼彻斯特编码是一种无源码并行编码技术，它使用了线性反
馈来编码，因此称为线性反馈码（LFC）。
该编码方案为每个信息位分配了不同的长度，
使其在编码时达到最优化。
曼彻斯特编码的原理是采用特定的反馈方式，以及一个复杂的转换矩阵，来实现如下
功能：采用经典的无源码并行编码方式，分配给信息位可变的长度，它不仅能够节省带宽，而且能够实现高度可靠的传输。
曼彻斯特码通过反馈拓扑由每一位扩展一段码序，从而达
到编码和信号传输的最优解。
曼彻斯特编码的优点有：1.准确的编码；2.减少比特数（即带宽节省）；3.不易被干扰；4.有良好的可靠性；5.具有调整带宽的能力。
由于上述特点，曼彻斯特编码的主要应用是在符号率较高的应用，比如维特比编解码（Viterbi decoding），CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址），调制/解
调（Modulator/Demodulator，M/D），以及复杂的存储系统。
此外，曼彻斯特编码也可以
用于大规模发射系统中，特别是在在多用户相邻通信系统（near-far interference systems）的情况下。
曼彻斯特编码在通信领域几乎每处都有应用，它通过可靠的传输功能使得无线和有线
通信能够正确运行。
它可以减少信号传输带宽，为网络更大容量的传输提供更多的空间，
实现更高的通信效率。
此外，曼彻斯特编码还可以提高通信系统的可靠性，改善系统的可
扩展性。
曼彻斯特编码 和 奈氏准则
曼彻斯特编码和奈氏准则一、曼彻斯特编码曼彻斯特编码是一种双相线码，主要用于数字信号的传输。
在曼彻斯特编码中，每一位数据都由两个不同极性的电压表示。
在每一位的中心点，信号的电平都会发生跳变，使得接收端可以准确地判断信号的相位。
这种编码方式具有自同步的特性，能够自动确定数据位的起始和结束位置。
曼彻斯特编码的优点在于它具有较好的抗干扰能力，能够有效地抵抗数据传输过程中的噪声和干扰。
此外，由于每一位数据都包含一个电压跳变，因此接收端可以准确地检测到数据信号的相位，保证了数据传输的可靠性和稳定性。
然而，曼彻斯特编码也存在一些缺点。
由于每一位数据都需要一个电压跳变，因此它需要较高的发送功率和带宽。
此外，由于曼彻斯特编码中含有较多的过渡频率成分，因此它可能会对通信系统造成较大的干扰。
二、奈氏准则奈氏准则是由德国物理学家海因里希·鲁特·奈奎斯特提出的，是通信系统中的基本理论之一。
奈氏准则指出，在一个理想的无噪声通信系统中，为了准确地传输信号而不发生失真，信号的带宽必须小于或等于信道带宽的一半。
换句话说，如果信道带宽为B，则信号的带宽不能超过B/2。
奈氏准则的原理是基于信息量的统计性质。
在一个信道中，信息量与信号的频谱密度有关，而频谱密度又与信号的带宽有关。
因此，如果信号的带宽超过了信道带宽的一半，那么信道将无法容纳更多的信息量，从而导致信号失真。
奈氏准则对于通信系统的设计和优化具有重要的指导意义。
在实际应用中，我们需要根据奈氏准则来确定信号的带宽和采样频率等参数，以保证信号传输的质量和稳定性。
三、曼彻斯特编码和奈氏准则的结合应用在数字通信系统中，曼彻斯特编码和奈氏准则常常被结合起来使用。
曼彻斯特编码提供了可靠的数据传输和自同步机制，而奈氏准则则为系统设计提供了理论依据。
首先，根据奈氏准则，我们需要确定一个合适的信道带宽。
然后，根据这个带宽和数据传输速率，我们可以选择适合的曼彻斯特编码方案。
例如，如果信道带宽较窄，我们可以选择位周期较长的曼彻斯特编码，以减少信号的带宽占用。
曼彻斯特解码方法
曼彻斯特解码方法曼彻斯特解码方法是一种用于将二进制数据转换为可读文本的方法，它起源于1950年代的曼彻斯特大学。
这种解码方法被广泛应用于计算机科学和通信领域，特别是在网络通信中。
曼彻斯特解码方法的基本原理是将每个二进制位转换为一个时间间隔，通过这种方式来表示数据。
具体而言，如果一个二进制位为0，则对应的时间间隔为高电平持续一段时间，而如果一个二进制位为1，则对应的时间间隔为低电平持续一段时间。
通过解码这些时间间隔，我们可以恢复出原始的二进制数据。
曼彻斯特解码方法的优点之一是它具有很好的抗干扰性能。
由于每个二进制位都被表示为一个时间间隔，即使在信号传输过程中产生了一些噪声，我们仍然可以通过判断时间间隔的长短来正确解码数据。
这在无线通信和有线通信中都非常有用，因为信号的传输过程中常常会受到各种干扰。
另一个优点是曼彻斯特解码方法可以很容易地实现同步。
由于每个二进制位都被表示为一个时间间隔，接收方可以通过检测时间间隔的变化来确定数据的起始点，并与发送方进行同步。
这对于数据的正确接收非常重要，尤其是在高速数据传输中。
曼彻斯特解码方法虽然具有很多优点，但也存在一些限制。
首先，由于每个二进制位都需要表示为一个时间间隔，这导致了数据传输速率的下降。
相比于其他编码方法，曼彻斯特解码方法的传输速率较低。
其次，由于每个二进制位都需要表示为一个时间间隔，这意味着数据的传输距离受到限制。
在远距离传输中，由于信号衰减和传输延迟等问题，曼彻斯特解码方法可能会导致数据错误。
尽管存在一些限制，曼彻斯特解码方法仍然被广泛应用于许多领域。
在计算机网络中，以太网中的物理层就使用了曼彻斯特解码方法。
在无线通信中，蓝牙和红外线通信等也采用了曼彻斯特解码方法。
此外，在一些特殊的应用中，如音频和视频传输，曼彻斯特解码方法也得到了广泛应用。
曼彻斯特解码方法是一种将二进制数据转换为可读文本的方法，它具有抗干扰性能强、易于实现同步等优点。
尽管存在一些限制，但曼彻斯特解码方法仍然是计算机科学和通信领域中重要的编码方法之一。
曼彻斯特编码
数字数据编码在数字信道中传输计算机数据时，要对计算机中的数字信号重新编码就行基带传输，在基带传输中数字数据的编码包括一、非归零码：nonreturn to zero code (NRZ)一种二进制信息的编码，用两种不同的电联分别表示“1”和“0”，不使用零电平。
信息密度高，但需要外同步并有误码积累。
0：低电平1：高电平二.曼彻斯特编码：曼彻斯特编码（Manchester Encoding），也叫做相位编码(PE)，是一个同步时钟编码技术，被物理层使用来编码一个同步位流的时钟和数据。
曼彻斯特编码被用在以太网媒介系统中。
曼彻斯特编码提供一个简单的方式给编码简单的二进制序列而没有长的周期没有转换级别，因而防止时钟同步的丢失，或来自低频率位移在贫乏补偿的模拟链接位错误。
在这个技术下，实际上的二进制数据被传输通过这个电缆，不是作为一个序列的逻辑1或0来发送的（技术上叫做反向不归零制(NRZ)）。
相反地，这些位被转换为一个稍微不同的格式，它通过使用直接的二进制编码有很多的优点。
曼彻斯特编码，常用于局域网传输。
在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从低到高跳变表示"0"，从高到低跳变表示"1"。
还有一种是差分曼彻斯特编码，每位中间的跳变仅提供时钟定时，而用每位开始时有无跳变表示"0"或"1"，有跳变为"0"，无跳变为"1"。
对于以上电平跳变观点有歧义：关于曼彻斯特编码电平跳变，在雷振甲编写的＜＜网络工程师教程＞＞中对曼彻斯特编码的解释为：从低电平到高电平的转换表示1，从高电平到低电平的转换表示0，模拟卷中的答案也是如此，张友生写的考点分析中也是这样讲的，而《计算机网络（第4版）》中（P232页）则解释为高电平到低电平的转换为1，低电平到高电平的转换为0。
曼切斯特编码格式
曼切斯特编码格式
曼彻斯特编码（Manchester Encoding）是一种双相线码，也被称为双相
间隔码或相位编码。
它是一种同步时钟编码技术，通过在每个比特周期内改变信号的电压或电流方向来表示数据。
具体来说，曼彻斯特编码将一个比特周期分为两个相等的部分，在第一部分时间内保持信号的方向不变，表示逻辑“0”，而在第二部分时间内改变信号的方向，表示逻辑“1”。
在曼彻斯特编码中，每个比特的时间长度是固定的，且在每个比特周期内都会有一个电平跳变。
因此，接收方可以通过检测每个比特周期内的电平跳变来确定数据的值。
由于曼彻斯特编码在每个比特周期内都有电平跳变，因此它可以提供很好的定时信息，使得接收方可以很容易地与发送方的时钟同步。
曼彻斯特编码的优点包括：简单、易于实现、能提供很好的定时信息、抗干扰能力强等。
但是，它的缺点也很明显：效率相对较低，每个比特周期内都需要一个电平跳变，因此在高速传输时可能会受到限制。
尽管如此，曼彻斯特编码仍被广泛应用于许多领域，如以太网、光纤通信等。
曼彻斯特编码例题
曼彻斯特编码例题曼彻斯特编码（Manchester code）是一种常见的数字信号编码方法，用于将二进制数据转换为电信号以进行传输。
它具有一些优点，如时钟同步、抗干扰和传输可靠性。
该编码方法将每个位的数据分为两个时期：高电平时期和低电平时期。
在一个时钟周期内，数据位的高低电平会根据规则进行切换。
具体来说，如果数据位是0，则在高电平时期传输低电平信号，而在低电平时期传输高电平信号；如果数据位是1，则正好相反，在高电平时期传输高电平信号，在低电平时期传输低电平信号。
考虑以下的例题：假设我们要将二进制数0101编码为曼彻斯特编码。
首先，我们需要确定时钟周期的长度。
然后，我们按照上述规则对每个位进行编码。
假设我们选择时钟周期为1单位时间。
对于第一个位0，我们在高电平时期传输低电平信号，在低电平时期传输高电平信号。
因此，编码为“01”。
对于第二个位1，我们在高电平时期传输高电平信号，在低电平时期传输低电平信号。
因此，编码为“10”。
对于第三个位0，编码为“01”。
对于最后一个位1，编码为“10”。
最终，我们得到了曼彻斯特编码为“01100110”。
通过曼彻斯特编码，我们可以提供时钟同步，即接收方可以根据电平的切换来确定每个位的边界和数值。
此外，由于编码过程中频繁切换电平，曼彻斯特编码也具有一定的抗干扰能力，能够减少由于噪声引起的误差。
另外，由于每个位都有一个电平切换，接收方可以更容易地检测到信号的开始和结束，从而提高传输的可靠性。
总之，曼彻斯特编码是一种常用的数字信号编码方法，具有时钟同步、抗干扰和传输可靠性等优点。
在实际应用中，它被广泛应用于以太网、无线通信和存储介质等领域，以确保数据的可靠传输。
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《计算机网络》第3章 物理层
• 字符同步：找到正确的字符边界。
– 常用的为起止式（异步式）。在这种方式中，每个字 符的传输需要：
• 1个起始位、5～8个数据位、1、1.5或2个停止位
– 采用这种同步方式的通信也称“异步通信”。
– 起止式的优缺点：
• 频率的漂移不会积累，每个字符开始时都会重新获得同步；
曼彻斯特编码的规则： • 每比特的周期T分为前T/2与后T/2两部分； • 通过前T/2传送该比特的反码，通过后T/2传送该比特
的原码； 曼彻斯特编码的优点： • 每个比特的中间有一次电平跳变，两次电平跳变的时 间间隔可以是T/2或T • 利用电平跳变可以产生收发双方的同步信号
• 结点缓存队列中分组排队所经历的时延 是处理时延中的重要组成部分。
• 处理时延的长短往往取决于网络中当时 的通信量。
• 有时可用排队时延作为处理时延。
《计算机网络》第3章 物理层
时延(delay 或 latency)
• 数据经历的总时延就是发送时延、传播 时延和处理时延之和：
总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延
• 发送时延： 100×1048576×8/106=838.9s
• 传播时延：5ms
《计算机网络》第3章 物理层
需要注意的地方
• 假定数据块长度为1B，在带宽为1Mb/s 的信道上的发送时延是多少？若将这样 的数据块用光纤传送到1000km外的计 算机上，传播时延为多少？
• 发送时延：8/106=8µs • 传播时延：5ms
1-3章复习 时延(delay 或 latency)
• 发送时延（传输时延 ） 发送数据时， 数据块从结点进入到传输媒体所需要的 时间。
• 信道带宽 数据在信道上的发送速率。 常称为数据在信道上的传输速率。
数据块长度（比特） 发送时延 =
信道带宽（比特/秒）
《计算机网络》第3章 物理层
时延(delay 或 latency)
《计算机网络》第3章 物理层
例子一
• 收发两端的传输距离为2000km，信号在媒体上的传 播速率为2×108m/s试计算以下两种情况的发送时延 和传播时延
• 1.数据长度为107bit，数据发送速率为100kb/s • 2.数据长度为103bit，数据发送速率为1Gb/s • 从以上计算结果可以得出什么结论？ • 发送时延：100s 1µs • 传播时延：10ms • 若数据长度大而发送速率低，则在总时延中，发送时
延往往大于传播时延。但若数据长度短而发送速率高， 则传播时延又是总时延中的主要成分。
《计算机网络》第3章 物理层
例子二 • 当一个文件在两台计算机之间传输的时候，可能会
有两种不同的确认策略。在第一种策略中，该文件 被分解为许多个分组，接收方会独立地确认每一个 分组，但是文件传输过程作为整体并没有被确认。 在第二种策略中，这些分组并没有被单独地确认， 但是当整个文件到达的时候，它会被确认，请讨论 这两种方案。
• 如果网络容易丢失分组，那么对每一个分组逐 一进行确认较好，此时仅重传丢失的分组。而在另 一方面，如果网络高度可靠，那么在不发差错的情 况下，仅在整个文件传送的结尾发送一次确认，从 而减少了确认的次数，节省了带宽；不过，即使有 单《个计算分机网组络》丢第失3章 物，理也层 需要重传整个文件。
• 位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都与 发送端保持同步，2种同步方法：
– 外同步——发送端发送数据之前发送同步脉冲信号，接收方用接 收到的同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。
发送站 接收站
数据
同步信号 接收的同步信号
数据 锁定后的同步信号
接收站收到的数据
– 自同步——通过特殊编码（如曼彻斯特编码），使数据编码信号 中包含同步信号，接收方从数据编码信号提取同步信号来锁定自 己的时钟脉冲频率。
• 传播时延 电磁波在信道中需要传播一 定的距离而花费的时间。
• 信号传输速率（即发送速率）和信号在 信道上的传播速率是完全不同的概念。
信道长度（米） 传播时延 =
信号在信道上的传播速率（米/秒）
《计算机网络》第3章 物理层
时延(delay 或 latency)
• 处理时延 交换结点为存储转发而进行 一些必要的处理所花费的时间。
《计算机网络》第3章 物理层
三种时延所产生的地方
在队列中产生 从结点 A 向结点 B 发送数据
பைடு நூலகம்处理时延
在发送器产生发送时延 (即传输时延)
在链路上产生 传播时延
数据
队列 结点 A 发送器
1011001 … 链路
结点 B
《计算机网络》第3章 物理层
需要注意的地方
• 在总时延中，究竟是哪一种时延占主导 地位，必须具体分析。假定数据块长度 为100MB，在带宽为1Mb/s的信道上 的发送时延是多少？若将这样的数据块 用光纤传送到1000km外的计算机上， 传播时延为多少？
• 解：设发送端和接收端的时钟周期分别为X和Y。 若接收端较慢，则最后一个采样必须发生在停止 比特结束之前，即9.5Y<10X。若接收端时钟较 快，则最后一个采样必须发生在停止比特开始之 后，即9.5Y>9X。解出：|（Y-X） /X|<1/19=5.26%。因此接收双方频率相差5% 是可以正常工作的。（但是最好不要这样，太临 《计算机网络》第3章 物理层
• 每两个字符之间的间隔时间不固定；
• 增加了辅助位，所以传输效率低；
– 例如，采用1个起始位、 8个数据位、 2个停止位时，其传输效 率为8/11≈73％
1个字符时间
字符间隔不固 定
逻辑 “逻0辑” “1”起始位
数据位
停止位
《计算机网络》第3章 物理层
例子三
• 假定在进行异步通信的时候，发送端每发送一个字 符就要发送10个等宽的比特（一个起始比特，8bit 的ASCII 码字符，最后一个结束比特）。问：当接 收端的时钟频率和发送端的时钟频率相差5%时，双 方能否正常通信。
1. 非归零码NRZ
• NRZ码的缺点是无法判断一位的开始与结束， 收发双方不能保持同步；
• 为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送同步信号；
• 如果信号中“1”与“0”的个数不相等时，存
在直流分量。
《计算机网络》第3章 物理层
2. 曼彻斯特（manchester）编码