无线电编码(曼彻斯特码)
曼彻斯特编码
曼彻斯特编码两种编码方法，即曼彻斯特（Manchester）编码和差分曼彻斯特编码。
未经编码的二进制基带数字信号就是高电平和低电平不断交替的信号。
至于用低电平代表1或0都是可以的。
使用这种最简单的基带信号的最大问题就是当出现一长串的连1或0时，在接收端无法收到的比特流中提取位同步信号。
曼彻斯特编码则可以解决这一问题。
它的编码方法是将每一个码元再分成两个相等的间隔。
码元1是在前一个间隔为高电平而后一个间隔为低电平。
码元0则正好相反，从低电平变到高电平。
这种编码的好处就是可以保证在每一个码元的正中间时间可以出现一次电平的转换，这对接收端的提取位同步信号是非常有利的。
但是从曼彻斯特编码的波形图不难看出其缺点，这就是它所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍。
曼彻斯特编码的变种叫做差分曼彻斯特编码，它的编码规则是：若码元为1，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平一样，但若码元为0，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元相反。
不论码元是0或1，在每个码元的正中间的时刻，一定要有一次电平的转换。
差分曼彻斯特编码需要较复杂的技术，但可以获得较好的抗干扰性能。
看右图：每两条虚线间表示一个代码，电压从高到低代表0，从低到高代表1 而差分曼彻斯特编码，为1时则与前一个编码方向相反，为0时则相同曼彻斯特编码是采用双相位技术来实现的，通常用于局部网络传输，在曼彻斯特编码中，每位数据位的中心都有一个跳变，既作为时钟信号，又作为数据信号，可以起到位同步信号的作用。
曼彻斯特编码中以该跳变的方向来判断这位数据是1还是0，其编码规则是：每个比特的中间有跳变；二进制0表示从低电平到高电平的跳变；二进制1表示从高电平到低电平的跳变曼彻斯特:(高-低:1;低-高:0);差分曼彻斯特:(有变化是"1"；没变化是“0”)练习：。
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。
曼彻斯特编码的码元
曼彻斯特编码的码元
曼彻斯特编码是一种将数字信号转换成高频电压或电流信号的
编码方式，其每个码元都由两个等长的、相邻的电平组成。
在曼彻斯特编码中，如果数据位为0，则码元由一个高电平和一个低电平组成；如果数据位为1，则码元由一个低电平和一个高电平组成。
这样设计的原因是为了在传输过程中减少传输误差和提高传输速率。
曼彻斯特编码广泛应用于网络通信领域，如以太网、无线电通信等。
在以太网中，曼彻斯特编码被用于将数字数据转换成模拟信号，以便通过物理介质传输。
由于曼彻斯特编码的码元具有唯一性和同步性，因此在数据传输过程中可以减少传输错误和提高数据传输的可靠性。
在实际应用中，曼彻斯特编码还可以通过差分曼彻斯特编码进行改进，以进一步提高传输速率和可靠性。
差分曼彻斯特编码是在曼彻斯特编码的基础上加入了差分编码技术，使得每个码元的电平状态不仅取决于当前数据位，还取决于前一个码元的状态。
这种编码方式在高速数据传输和噪声环境下的数据传输中具有显著的优势。
总之，曼彻斯特编码作为一种常用的编码方式，在数字通信领域中有着广泛的应用。
同时，对其进行改进和优化，可以进一步提高数据传输的速率和可靠性。
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NRZ,曼彻斯特编码,差分曼彻斯特编码
不归零法编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码数字信号和数位化编码的数据之间存在着自然的联系。
数位化存储的数据表现为0和1的序列。
由于数字信号能够在两个恒量之间交替变换，所以可以简单地把0赋予其中的一个恒量，而把1赋予另一个恒量。
这里恒量的具体取值并不重要。
如果是电子信号的话，这两个恒量数值相同，但符号相反。
为了保持论述的普遍性，我们把它们分别称为“高电平”和“低电平”。
1. 不归零法编码不归零法（Nonreturn to Zero, NRZ）可能是最简单的一种编码方案。
它传送一个0时把电压升高，而传送一个1时则使用低电平。
这样，通过在高低电平之间作相应的变换来传送0和1的任何序列。
N R Z指的是在一个比特位的传送时间内，电压是保持不变的（比如说，不回到零点）。
下图描述了二进制串1 0 1 0 0 11 0的NRZ传输过程。
NRZ编码虽然简单，但却存在一个问题。
研究一下下图中的传输。
它正在传送什么呢？你可以回答说是“一个0的序列”。
是的，但到底有多少个0呢？对于这个问题，你会回答说这取决于一个比特位的持续时间。
现在假设我们告诉你1毫米线段对应于一个周期。
那么你所要做的就是量出图中线段的长度，并转换为毫米。
这一计算将告诉你线段中有多少个1毫米的分段，也就是0的个数。
理论上这个方法是行得通的，但实际上却不然。
假设有个人用尺子画出了一条包含1 0 0 0个1毫米分段的线段。
那么总共有多长呢？答案是1米，但由于在测量和实际绘制时出现的误差，线段可能只是接近而不是刚刚好一米长。
因此，当第二个人来测量这条线段时，他将得出一个比1 0 0 0个分段稍微多点或少点的答案。
即使第一个人很幸运，他的测量准确无误，但第二个人度量时的不精确也将导致误差。
这会给数据传输带来什么影响呢？当一台设备传送一个比特的数字信号时，它将在一定的周期内，假定为T，产生一个持续的信号。
一个内置的时钟负责定时。
接收设备必须知道信号的周期，这样它才能在每个T时间单元内对信号进行采样。
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。
曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码
曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码曼彻斯特编码与差分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，被物理层用来编码一个同步位流的时钟和数据；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,就是说主要用在数据同步传输的一种编码方式。
但在不同的书籍中，曼彻斯特编码中，电平跳动表示的值不同，这里产生很多歧义：1、在网络工程师考试以及与其相关的资料中，如：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。
位中间电平从高到低跳变表示\；位中间电平从低到高跳变表示\。
2、在一些《计算机网络》书籍中，如《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，《数据通信与网络（第三版）》，《计算机网络（第4版）》采用如下方式：位中间电平从高到低跳变表示\；位中间电平从低到高跳变表示\。
在清华大学出版的《计算机通信与网络教程》也是这么说的，就以此为标准，我们就叫这为标准曼彻斯编码。
至于第一种，我们在这里就叫它曼彻斯特编码。
但是要记住，在不同的情况下懂得变通。
这两者恰好相反，千万别弄混淆了。
【关于数据表示的约定】事实上存在两种相反的数据表示约定。
第一种是由G. E. Thomas, Andrew S. Tanenbaum等人在1949年提出的，它规定0是由低-高的电平跳变表示，1是高-低的电平跳变。
第二种约定则是在IEEE 802.4(令牌总线)和低速版的IEEE 802.3 (以太网)中规定,按照这样的说法, 低-高电平跳变表示1, 高-低的电平跳变表示0。
由于有以上两种不同的表示方法,所以有些地方会出现歧异。
当然,这可以在差分曼彻斯特编码(Differential Manchester encoding)方式中克服。
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第三章数据通信的基本原理主要内容3.1数据通信的理论基础3.1.1傅立叶分析3.1.2有限带宽信号3.1.3信道的最大数据传输速率3.2数据通信技术3.2.1数据通信系统的基本结构3.2.2数据编码技术3.2.3多路复用技术3.2.4通信线路的通信方式3.3通信交换技术3.3.1电路交换3.3.2报文交换3.3.3分组交换3.3.4交换结构3.1数据通信的理论基础( 5 )波特率（baud）和比特率（bit）的关系：波特率：信号每秒钟变化的次数，也称调制速率。
比特率：每秒钟传送的二进制位数。
波特率与比特率的关系取决于信号值与比特位的关系。
例：每个信号值可表示３位，则比特率是波特率的３倍；每个信号值可表示１位，则比特率和波特率相同。
对于比特率为Ｂbps的信道，发送８位所需的时间为8/B秒，若８位为一个周期Ｔ，则一次谐波的频率是：f1= B/8 Hz能通过信道的最高次谐波数目为：N = fc / f13.1数据通信的理论基础( 6 )音频线路的截止频率为3000HzN = fc / f1= 3000/(B/8) = 24000/BFig. 2-2结论：即使对于完善的信道，有限的带宽限制了数据的传输速率。
3.1数据通信的理论基础( 7 )3.1.3信道的最大数据传输速率1924年，奈魁斯特（H. Nyquist）推导出无噪声有限带宽信道的最大数据传输率公式：最大数据传输率= 2HlogV (bps)2任意信号通过一个带宽为Ｈ的低通滤波器，则每秒采样２Ｈ次就能完整地重现该信号，信号电平分为Ｖ级。
1948年，香农（C. Shannon）把奈魁斯特的工作扩大到信道受到随机（热）噪声干扰的情况。
热噪声出现的大小用信噪比（信号功率与噪声功率之比）来衡量。
Ｓ：信号功率，Ｎ：噪声功率10logS/N单位：分贝（db）103.1数据通信的理论基础( 8 )香农的主要结论是：带宽为H 赫兹，信噪比为S/N的任意信道的最大数据传输率为(1 + S/N) (bps)最大数据传输率= Hlog2电话系统的典型信噪比为30db;此式是利用信息论得出的，具有普遍意义；与信号电平级数、采样速度无关；此式仅是上限，难以达到。
3.2数据通信技术( 2 )数据表示和传输方式数据表示数据：模拟数据(Analog Data)连续值数字数据(Digital Data)离散值数据传输方式信号：模拟信号(Analog Signals)数字信号(Digital Signals)信号发送方式：模拟信号发送（模拟信道）数字信号发送（数字信道）3.2数据通信技术( 4 )3.2.2数据编码技术研究数据在信号传输过程中如何进行编码（变换）数字数据的数字传输（基带传输）基带：基本频带，指传输变换前所占用的频带，是原始信号所固有的频带。
基带传输：在传输时直接使用基带信号。
基带传输是一种最简单最基本的传输方式，一般用低电平表示“0”，高电平表示“1”。
适用范围：低速和高速的各种情况。
限制：因基带信号所带的频率成分很宽，所以对传输线有一定的要求。
3.2数据通信技术( 5 )常用的几种编码方式：1）不归零制码（NRZ：Non-Return to Zero）原理：用两种不同的电平分别表示二进制信息“0”和“1”，低电平表示“0”，高电平表示“1”。
缺点：a难以分辨一位的结束和另一位的开始；b发送方和接收方必须有时钟同步；c若信号中“0”或“1”连续出现，信号直流分量将累加。
结论：容易产生传播错误。
2）曼彻斯特码（Manchester），也称相位编码原理：每一位中间都有一个跳变，从低跳到高表示“0”，从高跳到低表示“1”。
优点：克服了NRZ码的不足。
每位中间的跳变即可作为数据，又可作为时钟，能够自同步。
3.2数据通信技术( 6 )3）差分曼彻斯特码（Differential Manchester）原理：每一位中间都有一个跳变，每位开始时有跳变表示“0”，无跳变表示“1”。
位中间跳变表示时钟，位前跳变表示数据。
优点：时钟、数据分离，便于提取。
4）逢“1”变化的NRZ码原理：在每位开始时，逢“1”电平跳变，逢“0”电平不跳变。
5）逢“0”变化的NRZ码原理：在每位开始时，逢“0”电平跳变，逢“1”电平不跳变。
NRZ3.2数据通信技术( 7 )数字数据的模拟传输（频带传输）-频带传输：指在一定频率范围内的线路上，进行载波传输。
用基带信号对载波进行调制，使其变为适合于线路传送的信号。
-调制（Modulation）：用基带脉冲对载波信号的某些参量进行控制，使这些参量随基带脉冲变化。
-解调（Demodulation）：调制的反变换。
-调制解调器MODEM（modulation-demodulation)FigureCaption: Modem showing RS-232 connector for serial connection to computer and RJ-11 jack for connection to phone line.Caption: Computer system with modems, showing serial cable to modem and cable to phone jack.Caption: Dialup modem for voice telephone lines.Caption: Modems in a computer center for dial-up modem access to the organization network.Caption: An Ascend Pipeline ISDN modem.Caption: Two examples of PCMCIA fax/modem/Ethernet adapters.3.2数据通信技术( 8 )根据载波Asin(ωt + ϕ)的三个特性：幅度、频率、相位，产生常用的三种调制技术：-幅移键控法Amplitude-shift keying (ASK)-频移键控法Frequency-shift keying (FSK)-相移键控法Phase-shift keying (PSK)3.2数据通信技术( 9 )1）幅移键控法（调幅）幅移就是把频率、相位作为常量，而把振幅作为变量，即：A(t) 取不同的值表示不同的信息码。
例如：A(t) 取A 1，A 2，A 1表示“0”，A 2表示“1”。
Fig. 2-18⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===NA A A t A t t L ,,)()()(210ϕϕωω3.2数据通信技术( 10 )2）频移键控法（调频）频移就是把振幅、相位作为常量，而把频率作为变量，即：ω(t) 取不同的值表示不同的信息码。
例如：ω(t) 取ω1，ω2，ω1表示“0”，ω2表示“1”。
Fig. 2-18⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===Nt t A t A ωωωωϕϕL ,,)()()(2103.2数据通信技术( 11 )3）相移键控法（调相）相移就是把振幅、频率作为常量，而把相位作为变量，即：ϕ(t) 取不同的值表示不同的信息码。
例如：ϕ(t) 取ϕ1，ϕ2，ϕ1表示“0”，ϕ2表示“1”。
Fig. 2-18⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===Nt t A t A ϕϕϕϕωωL ,,)()()(2103.2数据通信技术( 12 )模拟数据数字传输解决模拟信号数字化问题，也称为脉冲代码调制PCM（Pulse Code Modulation）。
根据Nyquist原理进行采样。
1）常用的PCM技术将模拟信号振幅分成多级（2n），每一级用n 位表示。
例如：贝尔系统的T1 载波将模拟信号分成128级，每次采样用7位二进制数表示。
2）差分脉冲代码调制原理：不是将振幅值数字化，而是根据前后两个采样值的差进行编码，输出二进制数字。
3）δ调制原理：根据每个采样值与前一个值之间差“+1”或“-1”来决定输出二进制“1”或“0”。
缺点：编码速度跟不上变化太快的信号。
3.2数据通信技术( 13 )3.2.3多路复用技术由于一条传输线路的能力远远超过传输一个用户信号所需的能力，为了提高线路利用率，经常让多个信号同时共用一条物理线路。
常用的有三种方法：时分复用TDM（Time Division Multiplexing）主要用于数字数据传输T1载波，分成24 个信道Fig. 2-26频分复用FDM（Frequency Division Multiplexing）Fig. 2-24波分复用WDM（Wavelength Division Multiplexing）Fig. 2-253.2数据通信技术( 17 )同步方式目的：接收方必须知道每一位信号的开始及其宽度，以便正确的采样接收。
以字符传输（字符为基本传输单位）为例，在基于字符的信息传送中，可以采用异步方式，也可以采用同步方式。
1）异步方式信息是以字符为单位传送的；每个字符由发送方异步产生，有随机性；字符一般采用5，6，7或8位二进制编码；需要辅助位，每个字符可能需要用10位或11位才能传送，例如：起始位，1位；字符编码，7位；奇偶校验位，1位；终止位，1 ~ 2位。
Communication networks can be classified based on the way in which the nodes exchange information:A Taxonomy of CommunicationNetworks3.3通信交换方式（1）在多结点通信网络中，为有效利用通信设备和线路，一般希望动态地设定通信双方间的线路。
动态地接通或断开通信线路，称为“交换”交换方式分类：-电路交换-报文交换存储转发方式-分组交换（包交换）存储转发方式-混合交换3.3通信交换方式（2）3.3.1电路交换（circuit switching）原理-直接利用可切换的物理通信线路，连接通信双方。
三个阶段-建立电路-传输数据-拆除电路特点-在发送数据前，必须建立起点到点的物理通路；-建立物理通路时间较长，数据传送延迟较短。
例-Telephone networks-ISDN (Integrated Services Digital Networks)。