通信系统/线路编码
除了脉冲整形，我们还可以使用一些有用的线路编码来帮助减少错误或对我们的信号产生其他积极影响。
线路编码通过对传输的数字信号进行幅度和时间离散化的信号表示，这种信号针对物理信道（以及接收设备）的特定特性进行了优化。用于表示传输链路上传输数字信号的 1 和 0 的电压或电流波形模式称为线路编码。常见的线路编码类型有单极性、极性、双极性和曼彻斯特编码。
线路编码通常用于计算机通信网络的短距离传输。
数字信息可以以多种方式编码到传输介质上。一些更常见的包括
各种线路格式各有优缺点。不可能选择一种能够满足所有需求的格式。可以根据以下一个或多个标准选择格式
- • 减少传输硬件
- • 促进同步
- • 简化错误检测和纠正
- • 减少频谱内容
- • 消除直流分量
曼彻斯特编码非常流行。它被称为自时钟编码，因为在比特间隔内总有一个跃迁。因此，长时间的零或一不会导致时钟问题。
不归零编码 (NRZ) 的命名有点尴尬，尤其是考虑到单极性 NRZ 编码确实会返回到零值。本质上，NRZ 编码只是一个简单的方波，将一个值分配给二进制 1，将另一个幅度分配给二进制 0。
NRZ 编码比双极性编码更节省带宽。但是，它们的频谱分量一直下降到 0 Hz。这使得它们无法用于变压器耦合的传输线，或出于某些其他原因无法传输直流的线路。
单极性 NRZ 只是一个方波，其中 +V 表示二进制 1，0V 表示二进制 0。NRZ 很方便，因为计算机电路在内部使用单极性 NRZ，并且将此系统扩展到计算机外部并不需要太多努力。单极性 NRZ 有直流项，但带宽相对较窄。
双极性 NRZ 使用双极性电压电源轨。标记通常用负电压（例如，-9V）表示，而空格用正电压（例如，+9V）表示。例如，RS-232C/EIA-232 信号使用双极性 NRZ。
-5V +5V -5V +5V -5V -5V +5V -5V -5V 1 0 1 0 1 1 0 1 1
双极性 NRZ 的带宽和直流平衡问题与单极性 NRZ 相似。
AMI（交替标记反转）是双极性线路编码的另一个示例。每个连续标记都反转，因此线路的平均值或直流电平为零。
AMI 通常实现为 RZ 脉冲，但也存在 NRZ 和 NRZ-I 变体。
这种方法的弱点之一是，长时间的零会导致接收器失去锁定。因此，需要对信号施加其他规则来防止这种情况。例如，将 NRZ-M 与 AMI 结合起来可以产生 MLT-3，这是 100-base-T 以太网使用的线路编码系统。
CDI（条件双相接口）双极性线路编码实际上是单密度磁盘驱动器和音频磁带中使用的原始 FM 线路编码的一种略微不同的形式。标记编码为交替极性全周期脉冲。空格编码为负电压一半周期和正电压一半周期。这种编码方案的优点是，它比 HDB3 需要更少的逻辑实现。
曼彻斯特编码是一种允许将定时信息与数据一起发送的发明。在 NRZ 编码中，如果有一长串的 1 或 0，接收器可能会遭受如此多的复合抖动，以至于它会丢失或获得整个比特时间，然后与发射器不同步。这是因为长串的 1 或 0 根本不会“改变状态”，而是会简单地保持在单个值。曼彻斯特编码规定每个比特时间都会在比特时间的中间有一个跃迁，以便接收器可以找到该跃迁，如果它开始偏离中心，就会“锁定”到信号。但是，由于跃迁次数更多，曼彻斯特编码也需要所有线路编码中最高的带宽。
 | 以太网 LAN 使用曼彻斯特编码 |
一些通信信道（如相位调制的正弦波和差分双绞线）具有这样的特性：可以很容易地区分 2 个符号之间的跃迁，但在开始接收时难以确定它是哪一个状态。例如，全速 USB 使用双绞线，并在一条线上传输 +3.3 V，在另一条线上传输 0 V 用于表示“1”，但在一条线上传输 0 V，在另一条线上传输 +3.3 V 用于表示“0”。由于某些电缆具有额外的半扭曲，因此刚插入的设备无法确定当前接收的符号是“1”还是“0”。
差分编码仍然有效，甚至没有注意到两条线何时被交换。
一般而言，差分编码在示波器或频谱分析仪上的显示与它们基于的非差分编码完全相同，因此使用完全相同的带宽并具有完全相同的比特率。
即使两条线被交换，仍然有效的差分编码包括
- 差分曼彻斯特编码 - 基于曼彻斯特编码
- 不归零反转 (NRZI) - 基于不归零 (NRZ)
（一些非差分编码即使两条线被交换也仍然有效 - 例如双极性编码和 MLT-3 编码）。
差分曼彻斯特编码，也称为双相标记码 (BMC) 或 FM1，是一种将数据和时钟信号组合成单个 2 级自同步数据流的线路编码。它是一种差分编码，使用过渡的存在或不存在来指示逻辑值。与其他一些线路码相比，它具有以下优点：• 在每个比特至少保证一次过渡，允许接收设备进行时钟恢复。• 在噪声环境中，检测过渡通常比与阈值进行比较更不容易出错。• 与曼彻斯特编码不同，只有过渡的存在很重要，而极性无关紧要。差分编码方案在信号反转（线路互换）时将完全一样。（具有此属性的其他线路码包括 NRZI、双极性编码、编码标记反转和 MLT-3 编码）。• 如果高电平和低电平信号具有相同电压但极性相反，则编码信号的平均直流电压为零，从而降低了所需的传输功率，并最大限度地减少了传输线产生的电磁噪声量。
比较
[edit | edit source]| 编码 | 带宽 | 时序 | 直流值 |
| 单极性 NRZ | 低带宽 | 无时序信息 | 高直流分量 |
| 双极性 NRZ | 较低带宽 | 无时序信息 | 无直流分量 |
| 差分 NRZ | 较低带宽 | 无时序信息 | 几乎没有直流分量 |
| 曼彻斯特编码 | 高带宽 | 良好的时钟恢复 | 无直流分量 |
| 差分曼彻斯特编码 | 中等带宽 | 良好的时钟恢复 | 无直流分量 |