数据编码技术

在数据通信中，根据通信介质的不同，在信道上传输的信号有数字信号和模拟信号之分。在发送端，数字数据首先需要由编码器进行编码，编码器将数字数据转换成可在数字信道上传输的数字信号.如果是在模拟信道上传输，再由调制器将数字信号调制成可在模拟信道上传输的模拟信号。在接收端，进行反向操作，即模拟信号的解调(解调器)和数字信号的解码(解码器)，最后还原为原有的数字数据。

总之，信源产生的数字数据不是直接传输的，需要经过编码等加工过程的处理。

1.编码技术

编码技术，即通过一些方式把数码进行变换，得到另外一组适于传输的数码，或者用其他一些数码对原来的数码进行监测，以保证其在传输过程中不被误判。

在编码技术里，编码种类可有以下几种：

(1)数字数据~数字信号编码:如在局域网内的通信，计算机通过网卡直接与通信介质同轴龟缆或双纹线连接，其信道是数字信道.网卡就具有数字数据编码生成数字信号的功能。

(2)模拟数据~数宇信号编码:如在网络应用中语音聊天数据传输，其产生的语音模拟数据需要经过编码/解码器对语音数据采样处理形成数字数据，数字数据再转换为数字信号进行传输。

(3)数字数据一模拟信号编码:如通过电话拨号上网的应用，计算机产生的数字数据通过模拟传输系统的电话网传输，两端均需要调制/解调器将数字信号调制成模拟信号或将模拟信号解调为数字信号的处理。

(4)模拟数据~模拟信号编码:这种编码技术一般用在电话通信系统中。

无论哪种编码技术，在以数字网络为发展方向的今天，数字传输技术是数据通信的基础。因此本节里所要介绍的内容主要是数据通信中“数字数据~数字信号”常见的数字编码技术(有关模拟数据的数字信号编码技术请参见第11章问题2-1的说明)。

2.二进制编码为什么还要采用“编码技术”

在计算机系统中，数据的存放形式虽然已是二进制数字编码，但在点对点的数据传输中，如何保证通信两端的发送与接收同步，如何确保读取信道上的二进制编码无误等，以原有的数字数据直接转换成数字信号是无法解决的，而采用编码技术重新定义原有的数字数据却是一种行之有效的办法.数字编码技术需要解决的基本间题有以下三种：

(1)在数据通信中，发送端发送数据与接收端接收数据二者同步控制的问题.为了实现两端数据传输的同步控制，需要在传输的二进制数字数据中携带同步控制信息。

(2)信道通信能力有限的问题。需要采用质量高的编码技术，提高二进制数字数据的传输速率。

(3)信道抗干扰能力的问题。采用何种编码技术来降低信道的误码率。

采用数据编码技术的本质:就是对原有数字编码的加工并加人同步信息，使之传输更快，不容易出错。

3.常用数字编码技术

常用的数字编码技术如图2-3所示。

1)不归零编码(Non-Return to Zero Coding, NRZ)不归零编码就是用不同的电平信号表示二进制代码的0或1，并且这个电平信号要占满整个码元的宽度，中间不归零.如用+5V表示1,OV表示0或用十5V表示1，一5V表示0。

注:码元是数字信号的基本单位。在数字通信中常常用等量的时间间隔传愉一位二进制数字，这一等量的时间间隔信号称为二进制码元。

不归零编码的主要缺点:当数据流中连续出现。或1时，接收端不容易分辨每个比特信号何时开始、何时结束，即不能从高低电平的矩形波中读出正确的比特串。如发送端发送11011000的矩形波，若把发送比特持续时间缩短一半，接收端就会读出111100111100000。的比特串。为了保证传输数据的正确，必须在发送NRZ码的同时，用另一个信道同时传送时钟同步信号，见图2-3的上端。

当信号中的0和1个数不均匀时，这种编码会产生直流分量的积累，导致信号失真与畸变，使传输的可靠性降低.因此，在局域网传输中很少采用这种编码。

2)受彻斯特编码(Manchester Coding)

曼彻斯特编码自带同步信号。在曼彻斯特编码中每个比特持续时间分为两半，在发送比特0时，信号位中间电平从低跳变到高;在发送比特1时，信号位中间电平从高跳变到低。由于电压变化发生在每一个码元的中间，即发送每个比特的持续时间中间必定有一次电平的跳变，接收方可以很方便地利用它作为同步时钟。此外，曼彻斯特编码虽不含直流分量，但编码效率较低。因此，这种编码也只用于10Mbps的局域网数据传输中。

3)差分曼彻斯特编码(Differential Manchester Coding)

差分曼彻斯特编码是受彻斯特编码的改进，即在信号位开始时不改变信号极性(没有跳变)表示1;在信号位开始时改变信号极性(有跳变)表示0,受彻斯特和差分曼彻斯特的编码原理基本相同。它们共同的特征是在传输每一个比特位中都带有位同步时钟，具有自同步能力和良好的抗干扰性能，弥补了不归零缺陷。

二者区别在于:差分受彻斯特编码在每个时钟位即每个比特位中间都有一次跳变，专门用于同步控制，传输的是1还是。由在每个时钟位的开始有无跳变来区分。因此，差分曼彻斯特编码比受彻斯特编码的变化相对要少，16Mbps的令牌环网就是采用这种差分曼彻斯特编码。

然而，由于这两种编码的每一个比特都被转换成两个电平，所以，这两种编码的效率仅可达到50%左右，不宜在高速网中采用。

4) DNRZ编码(Differential NRZ)

DNRZ码是NRZ码的一种改进形式。它也是用信号的极性变化来表示1和0，一个比特位的起始处有跳变表示1，而无跳变表示。。DNRZ码不仅保持了NRZ码的优点，同时提高了信号的抗干扰性和易同步性。而且DNRZ编码中的码元速率与编码时钟速率一致，具有很高的编码效率，符合高速网络对信号编码的要求。

5) 4B/5B编码与8B/10B编码

随着网络应用技术特别是局域网技术的快速发展，在快速以太网、千兆以太网中应用光纤技术已成熟。由此，在光纤介质中传输数据更多采用另一种编码技术4B/5B编码或8B/10B编码。

4B/5B编码:这种编码技术的特点是将欲发送的比特流每4比特作为一个组，然后按照4B/5B编码规则将其转换成相应5比特码.转换后的符号能保持线路的交流平衡，使传输中波形频谱为最小。如FDDI,10OBase-TX和10OBase-FX局域网中就采用这种编码技术。

8B/10B编码:是将一组连续的8位比特流分解成两组，一组3位，另一组5位，经过编码后分别成为一组4位的代码和一组6位的代码，从而组成一组10位的数据发送出去。在千兆以太网中就采用BB/10B的编码方式。