教你差分信號判斷0和1：差分曼徹斯特編碼例題

在計算機網絡中，計算機處理、傳輸用戶的文字，圖片，音視頻，我們將之統稱為消息（message），數據（data）是運輸消息的實體，我們日常使用的是十進制數據，但計算機只能識別二進制數據，也就是比特的0和1。計算機網卡將比特0和1處理為相應的高低電平信號（signal）發送到網線，也就是說，信號(signal)是數據(data)的電磁表現。

由信號源發出的原始電信號稱為基帶信號，基帶信號分為兩類：計算機內部內存和CPU之間的數字基帶信號，麥克風收到聲音後產生的音頻模擬基帶信號。信號需要在信道中進行傳輸，信道分為數字信道和模擬信道兩種。

對數字基帶信號進行編碼與調製：

在不改變信號性質的前提下，僅對數字基帶信號的波形進行變換，稱為編碼，編碼後仍是數字編碼，例如以太網使用曼徹斯編碼、4B/5B8B/10B等編碼。

把數字基帶信號的頻率範圍，搬移到較高的頻段，並轉換為模擬信號，稱之為調製。調製後產生的信號是模擬信號。例如WIFI使用補碼鍵控、直接序列擴頻、正交頻分復用等調製方法。

對模擬基帶信號進行編碼與調製：

對於模擬基帶信號的處理，典型應用：對音頻信號進行編碼的脈碼調製PCM。也就是將模擬音頻信號，通過採樣，量化，編碼這三個步驟進行數字化。

對模擬信號進行調製的典型應用：語音數據加載到模擬的載波信號中傳輸（電話）。頻分復用FDM技術，充分利用帶寬資源。

碼元：在使用時間域的波形表示數字信號時，代表不同離散數值的基本波形。

例如下面這個調頻信號，綠色這一段表示構成該信號的一個基本波形，我們可稱之為碼元，它可以表示比特0，藍色這一段表示構成該信號的另一個基本波形，它可以表示比特1，如圖，該段信號又兩種碼元構成。

常用編碼

不歸零編碼，不歸零就是指在整個碼元時間內，電平不會出現零電平。

這兩個連續的負電平，如何正確區分為兩個碼元呢？

需要額外一根傳輸線來傳輸時鐘信號，使發送發和接收方同步。按節拍來接受碼元。

但對於計算機網絡來說，寧願利用這跟傳輸與傳輸數據信號，而不是傳輸時鐘信號。因此，計算機網絡中的數據傳輸不採用這類編碼。

歸零編碼：每個碼元傳輸結束後信號都要「歸零」，所以接收方只需要在信號歸零後進行採樣即可，不需要單獨的時鐘信號。歸零編碼相當於把時鐘信號用「歸零」的方式編碼在數據之內，這稱為「自同步」信號。一個缺點就是，歸零編碼中大部分的數據帶寬，都用來傳輸「歸零」而浪費掉了。編碼效率低。

曼徹斯特編碼：在每個碼元時間的中間都會進行一次跳變，例如向下跳變表示為1，向上跳變表示為0，碼元中間時刻的跳變即表示時鐘，又表示數據。，傳統以太網就是使用的的曼徹斯特編碼

差分曼徹斯特編碼：碼元中間時刻都會發生跳變，但是跳變只作為時鐘，將碼元開始處電平是否變化表示數據。

練習題

基本調製方法

待傳輸的原始數字信號，使用模擬信道來傳輸，需要將數字基帶信號通過調製方法調製成模擬信號。

使用基本調製方法，一個碼元只能表示一個比特信息，如何使一個碼元包含更多比特呢？

可以採用混合調製的方法，因為頻率和相位是相關的，即頻率相位隨時間的變化率，所以一次只能調製頻率和相位兩個中的一個。通常情況下，相位和振幅可以結合起來一起調製，稱之為正交振幅調製QAM。

正交振幅調製QAM

QAM-16,擁有12種相位，每種相位有1或者2種振幅，可以調製出16種碼元（波形），每個碼元對應可表示4個比特。碼元與四個比特的對應關係採用格雷碼。任意兩個相鄰碼元只有一個比特不同。