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曼彻斯特编码(老司机解读香农定理、奈奎斯特定理)( 二 )



由于传输介质及其格式的限制，双方的信号无法直接传输 。必须以某种方式对它们进行处理，使它们适合传输介质的特性，然后才能正确地传输到目的地 。
调制是指用模拟信号承载数字或模拟数据；编码是指用数字信号携带数字或模拟数据 。
目前传输通道有模拟通道和数字通道两种，其中模拟通道只用于传输模拟信号，数字通道只用于传输数字信号 。有时，可能需要使用数字通道来传输模拟信号或数字信号 。这时候我们需要先把传输的数据转换成信道可以传输的数据类型，也就是模拟信号和数字信号之间的转换，这是编码和调制的主要内容 。
当然，如何通过信道发送模拟数据和数字数据也是编码和调制的重要内容 。我们将从模拟通道传输模拟信号、数字通道传输模拟信号、模拟通道传输数字信号和数字通道传输数字信号四个方面介绍数据的调制和编码 。
1．模拟信号使用模拟信道传送有时模拟数据可以直接在模拟信道上传输，但这在网络数据传输中并不常用 。人们仍然调制模拟数据，然后通过模拟通道发送 。调制的目的是将模拟信号调制到高频载波信号上进行远距离传输 。目前，现有的调制方式主要有调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM) 。
2．模拟信号使用数字信道传送为了在数字信道上传输模拟信号，我们必须首先将模拟信号转换成数字信号 。这个转换过程就是数字化的过程，主要包括采用和量化两个步骤 。将模拟信号编码成数字信道的常用方法主要有脉冲幅度调制(PAM)、脉冲编码调制(PCM)、差分脉冲编码调制(DPCM)和增量调制(DM) 。
3．数字信号使用模拟信道传送通过模拟通道传输数字信号的过程是一个调制过程 。它是用数字信号(二进制0或1)表示的数字数据改变模拟信号特性的过程，即把二进制数据调制到模拟信号上的过程 。
正弦波可以由三个特征来定义:振幅、频率和相位 。当我们改变这些特征中的任何一个时，就会出现另一种形式的波 。如果原波代表二进制1，那么波的变形可以代表二进制0；反之亦然 。
波的三个特性中的任何一个都可以用这种方式改变，因此我们至少有三种机制将数字数据调制成模拟信号:幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK) 。此外，还有另一种将幅度和相位变化相结合的机制，称为正交幅度调制(QAM) 。其中，正交幅度调制(QAM)的效率最高，它经常用于所有的调制解调器 。
4．数字信号使用数字信道传送如果数字信号在数字信道上传输，则必须首先对数字信号进行编码 。例如，当数据从计算机传输到打印机时，一般采用这种方法 。这样，首先需要对对数信号进行编码，即将计算机产生的二进制0和1数字信号转换成一系列可以在导线上传输的电压脉冲 。对信源编码可以降低数据速率，提高信息效率，对信道编码可以提高系统的抗干扰能力 。
目前常用的数据编码方法主要有不归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码 。
(1)不归零码(NRZ):二进制数字0和1用两个电平表示，常见的-5V代表1，+5V代表0 。缺点是有DC分量，不能用变压器传输；没有自同步机制，传输时必须使用外部同步 。
(2)曼彻斯特码:用电压的变化来表示0和1，规定每个符号中间发生一次跳跃 。高→低跳代表0，低→高跳代表1(注:某类教程对这部分的相反描述也是正确的) 。每个符号中间有一个跳变，接收机可以提取这个变化作为同步信号 。这种编码也称为自同步码 。它的缺点是需要双倍的传输带宽(即信号速率是数据速率的两倍) 。
(3)差分曼彻斯特编码:每个符号中间仍有一个跳变，符号开头是否有跳变代表0和1 。一跳代表0，不跳代表1(注:某类教程对这部分的相反描述是正确的) 。


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