数据通信与网络课件

多电平方案
m个数据元素组可以产生2m数据模式组
合。不同信号元素可用不同电平表示 2B1Q：两位数据模式编码成一个4电平 信号元素
2B1Q用于DSL技术，通过使用用户电话提高高速因特网连接
8B6T（自行阅读）
编码方案：把8位模式编码成6个信号元素模式，
每个信号有3个电平 平均速率 1 6 S N 2 8
使用两个以上的电平值进行编码
双极性编码
信号交替 反转码
双极性8零 替换编码
高密度 双极性3零编码
双极性交替信号反转码（AMI） Bipolar AMI Encoding
伪三进码 Pseudoternary
用零值电平代表二进制数1 用正负交替变换的电平代表二进制数0 可以说是双极性AMI编码的另一种形式
比特间隔中间
位置处的跳变仅 含有时钟信息。
在比特间隔开
始处如果出现跳 变表示0，如果 没有跳变表示1。
下一个位是1：无反向；下一个位是0：反向
同步问题回头看
我发了几个大 箱几个小箱? ？？ 大概是……
用户A
用户B
曼彻斯特编码如何解决收发同 步问题?
我发了几个大 箱几个小箱? 哈哈, 我知道了!
原因：收发双方脉冲时钟不可能精确一致
答案是否定的。原因在于： 任何物理设备都存在着设计上的局限性和缺陷。几乎可以肯 定任何两个时钟都存在着微小的差别，这使得设备无法对传 输信号作十分精确的采样。 就象指挥家确保演奏者的同步一样，通信设备也需要某种机 制以使它们的定时保持一致。不变的信号不具备同步机制。 但如果信号改变的话，这种改变就可以用来保持设备的同步。 有些强制信号改变的编码方案就是基于这个原因。
时钟同步 (clocking)
测定每一个比特起始和结束位置（同步）并非易事。 一种相当昂贵的方案是在发送和接收设备间增设一条外 部时钟线 另一种方案是提供某些基于所传送信号的同步机制。这 一点可以通过合适的编码技术来实现。
编码方案的评价指标 Evaluating of Encoding Schemes (2)
归零编码
RZ Encoding
归零编码使用两组电平值：
正-零，负-零 信号变化不是发生在比特之间 而是发生在每个比特内。在每 个比特间隙的中段，信号将归 零。 比特“1‖实际上是用正电平跳 变到零表示，比特“0‖则用负 电平跳变到零表示，而不是仅 仅通过电平的正负来表示。 在每个比特内产生信号变化可 以解决同步问题。但这种编码 方案中每比特需要两次信号变 化，从而占用了更多的带宽。
信号的解读 Interpreting Signals
接收方必须知道：
各个比特的定时方式——何时起始,何时结束 每个比特信号电平的状态——是高或低 这两项任务都是通过在每个比特间隔的中间位 置采样来进行的
影响信号成功解读的因素：
数据率提高会增加误码率 信噪比提高会降低误码率 带宽增加可提高数据率 亦可通过编码方案提高传输性能
不归零码：问题及应用 Problems & Applications for NRZ
对工程师而言，实施容易。 能充分利用带宽。 仍含有一定的直流分量，且缺乏同步能力。 因其简单性和较低的频率响应特性，常用于终端设备、接
口和数字磁记。信号传输中则不常单独用之。※ 应用实例： 连接优盘的USB串行接口通常使 用NRZI作为信号的编码。为了 解决一长串连续比特0引起的同 步问题，采用了所谓“位填充技 术”。即在连续传输6个比特0的 情况下强行插入一个比特1。
双相位编码的优缺点 Biphase Pros and Cons
缺点
每个比特时间内至少出现一次跳变，可能出 现两次 最大调制率是 NRZ的两倍 需要更大的带宽（高速低效）
通过比特中间跳变实现同步 (自定时) 无直流分量 差错检测 如果发现预期的跳变未出现
优点
双极性编码 Types of Bipolar Encoding
用户A
用户B
双相位编码的应用 Applications of Biphase Codes
数据传输中的常用技术 曼彻斯特编码是IEEE
802.3（以太局域网） 标准规定的编码（使用 同轴电缆和双绞线）。 差分曼彻斯特编码是 IEEE802.5（令牌局域 网）标准规定的编码 （使用屏蔽双绞线）。
Digital signal
Digital Data
Digital to Digital Encoding
术语Terms
数据率 R：
数据传输的速率（比特/秒） 比特持续时间或长度 1/R 发送方发送一个比特所需的时间 比率r：每个信号元素承载的数据元素的数量（见P68图） 调制速率(modulation rate) 信号电平改变的速率 以波特(baud)为单位 = 每秒信号元素数 “传号”(mark) 和“空号” (space) 分别是二进制数字1和0
4D-PAM5（自行阅读）
多线路传输
编码规则：
如果下一个位是0，无跳变 如果下一个位是1且当前电平不是0，下一个电平是0 如果下一个位是1且当前电平是0，下一个电平是最后一 个非零电平的相反值
应用：
100base-T
作业：为什么要用MLT-3编码方式
多电平二进制的不足 Trade Off for Multilevel Binary
差错检测 (error detection)
可在具体的信号编码中方案加入部分差错检测功 能以提高检错速度
信号干扰和抗噪声度
有些编码在噪声存在的状态下仍具有优秀的性能
费用和复杂性
数据速率一定时,信号速率超高,成本越高 有些编码要求信号速率高于实际的数据速率
编码方案 Encoding Schemes
资料来源 /news/content/73/20050316094321.htm
双相位编码Biphase Encoding
解决同步问题的最佳方案 信号在比特间隔中发生改变但并不归零 现代网络中常用的双相位编码方式:
曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码
编码效率不如NRZ
线路信号电平值有三个，但每个信号元素本来可 以表示log23 = 1.58 个比特的信息，在此只能表示 一个比特的信息 接收器必须区分三个电平状态(+A, -A, 0)而不是区 分两个电平状态 差错率相同的情况下，需要增加约3分贝的额外信 号功率（换言之，信噪比一定时NRZ的差错率比 多电平二进制低得多）。
编码类型
用数字信号传输数字类数据 用模拟信号传输数字类数据 用数字信号传输模拟类数据 用模拟信号传输模拟类数据
数字数据→数字信号
Digital Data, Digital Signal
数字信号
离散的不连续的电压脉冲 一个脉冲代表一个信号元素(码元) ※ 二进制数据可直接编码成信号元素
双相位型
不归零 电平编码
不归零 反相编码
曼彻斯特编码 差分 曼彻斯特编码
不归零编码 Nonreturn to Zero (NRZ)
不归零电平编码（NRZ-L）
负电平用于表示一个二进制 值，正电平用于表示另一个 二进制值 由比特值决定信号的电平。
不归零反相编码（NRZI） 用一个比特间隔开始时是否 出现电平跳变表示1或0。 属于差分编码，可靠性更好 比特值决定正负电压之间是 否跳变，而非决定电平正负。
单极性编码存在的问题
Problems for Unipolar Encoding
两个问题使得单极性编码在信号传输应用中使用不多: 直流分量（DC Component） 信号的平均振幅不是零。 不能由没有处理直流分量能力的媒体传输，如微波或变 压器。 主要用于光纤传输。 同步（Synchronization） 在一个码元时间内，不是有电压(或电流),就是无电压(或 电流) ，电脉冲之间没有间隔，不易区分识别。所以接 收方不能正确识别每一个比特何时开始、何时结束(原始 数据中出现连续的1或0时）。
曼彻斯特编码 Manchester Encoding
每个比特间隔的 中间位置处都存 在一个跳变。这 种中间处的跳变 既含有时钟信息， 也含有数据信息： 从低到高的跳变 代表1，从高到低 的跳变代表0 (注 意有些系统也可 能相反)。
差分曼彻斯特编码 Differential Manchester Encoding
数据通信与网络基础3
数据通信
概述
Overview
数据转换为信号才能在信道上传输 模拟数据和数字数据都可以编码成模拟信号或数
字信号，编码方案取决于具体的要求和所用的传 输媒体及通信设备。
问题：在实际基带传输系统中，并非所有的原
始数字基带信号都能在信道中传输，例如：
●含有丰富直流和低频成分的基带信号就不适宜
Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L) Nonreturn to Zero Inverted (NRZI) Manchester Differential Manchester Bipolar -AMI Pseudoternary B8ZS HDB3 „
传输不同步：换一种方式理解
我发了几个大 箱几个小箱?
四个大箱 四箱小箱
用户A
用户B
问题在于： 连续多个相同数据的采样节奏
我发了几个大 箱几个小箱? ？？ 大概是……
用户A
用户B
极性编码 Types of Polar Encoding
采用两个电压值编码：一个正电压，一个负电压。
极性码
不归零型
归零型
在信道中传输，因为它有可能造成信号严重畸变；
●如果代码出现长时间的连“0”符号，不利于
准确提取同步信息； ●易于形成码间干扰；
●抗噪声性能差，Ud不易设定。
传输编码要求：
信号中没有直流成分 信号自带同步时钟 以较少的带宽获得较高的数据率 有抗干扰的能力 有发现传输错误的能力 实现要简单