数据编码技术

编码是将数据或给定的字符、符号、字母等序列转换为指定格式的过程，用于安全传输数据。解码是编码的反向过程，用于从转换后的格式中提取信息。

编码是使用各种电压或电流电平模式来表示传输链路中数字信号的1和0的过程。

常见的线路编码类型包括单极性、极性、双极性和曼彻斯特编码。

编码技术

根据数据转换的类型，数据编码技术可分为以下几种类型。

模拟数据到模拟信号 - 模拟信号的调制技术，如幅度调制、频率调制和相位调制，属于此类。
模拟数据到数字信号 - 此过程可以称为数字化，它是通过脉冲编码调制 (PCM) 完成的。因此，它只不过是数字调制。正如我们已经讨论过的，采样和量化是其中的重要因素。增量调制比 PCM 提供更好的输出。
数字数据到模拟信号 - 调制技术，如幅移键控 (ASK)、频移键控 (FSK)、相移键控 (PSK) 等，属于此类。这些将在后续章节中讨论。
数字数据到数字信号 - 本节介绍这些内容。有几种方法可以将数字数据映射到数字信号。其中一些是：

NRZ 码中1表示高电压电平，0表示低电压电平。NRZ 码的主要特性是电压电平在比特间隔内保持不变。比特的结束或开始不会被指示，如果前一个比特的值和当前比特的值相同，它将保持相同的电压状态。

下图解释了 NRZ 编码的概念。

如果考虑上述示例，由于存在长时间的恒定电压电平序列，并且由于缺少比特间隔可能会丢失时钟同步，因此接收器难以区分 0 和 1。

NRZ 有两种变体，即：

只有当输入信号从 1 变为 0 或从 0 变为 1 时，信号的极性才会发生变化。它与 NRZ 相同，但是输入信号的第一个比特应该具有极性变化。

如果输入信号出现1，则在比特间隔的开始处发生转换。对于输入信号中的0，在比特间隔的开始处没有转换。

NRZ 码的缺点是当存在一系列1和0时，发射机时钟与接收机时钟的同步会完全被打乱。因此，需要提供单独的时钟线。

每个比特时间检查信号电平两次，在初始和中间都检查。因此，时钟速率是数据传输速率的两倍，因此调制速率也加倍。时钟来自信号本身。这种编码所需的带宽更大。

双相编码有两种类型。

在这种类型的编码中，转换在比特间隔的中间进行。对于输入比特 1，结果脉冲的转换是在间隔中间从高到低。而对于输入比特0，转换是从低到高。

在这种类型的编码中，总是在比特间隔的中间发生转换。如果在比特间隔的开始处发生转换，则输入比特为0。如果在比特间隔的开始处没有发生转换，则输入比特为1。

下图说明了对于不同的数字输入，NRZ-L、NRZ-I、曼彻斯特双相码和差分曼彻斯特码的波形。

在分组码类型中，著名的有 4B/5B 编码和 8B/6T 编码。在这两种过程中，比特的处理方式不同。

在曼彻斯特编码中，发送数据需要比 NRZ 编码快两倍的时钟。这里，顾名思义，4 位代码与 5 位代码映射，组中1的位数最少。

通过为每 4 个连续比特的块分配一个等效的 5 位字，避免了 NRZ-I 编码中的时钟同步问题。这些 5 位字在一个字典中预先确定。

选择 5 位代码的基本思想是，它应该有一个前导 0，并且最多有两个后缀 0。因此，选择这些字是为了每比特块发生两次事务。

我们使用两个电压电平通过单个信号发送单个比特。但是，如果我们使用超过 3 个电压电平，我们可以每个信号发送更多比特。

例如，如果使用 6 个电压电平在一个信号上表示 8 个比特，则这种编码称为 8B/6T 编码。因此，在这种方法中，我们最多有 729 (3^6) 个信号组合和 256 (2^8) 个比特组合。

这些技术主要用于通过压缩或编码数字数据将其转换为数字信号，以便可靠地传输数据。

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