原创 数据编码

人们可以利用编码来识别每一个记录，区别处理方法，进行分类和校核，从而克服项目参差不齐的缺点，节省存储空间，提高处理速度。

二进制数字信息在传输过程中可以采用不同的代码，各种代码的抗噪声特性和定时能力各不相同，实现费用也不一样。下面介绍几种常用的编码方案：单极性码、极性码、双极性码、归零码、双相码、不归零码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码、多电平编码、4B/5B编码（在进行数据编码时应遵循系统性、标准性、实用性、扩充性和效率性）。

1、单极性码

在这种编码方案中，只适用正的(或负的)电压表示数据。例如，用+3V表示二进制数字“0”，用0V表示二进制数字“1”。单极性码用在电传打字机（TTY）接口以及PC机和TTY兼容的接口中，这种代码需要单独的时钟信号配合定时，否则当传送一长串0或1时，发送机和接收机的时钟将无法定时，单极性码的抗噪声特性也不好。

2、极性码

在这种编码方案中，分别用正电压和负电压表示二进制数“0”和“1”。例如：用+3V表示二进制数数字“0”，用—3V表示二进制数“1”。这种代码的电平差比单极码大，因而抗干扰性好，但仍需要另外的时钟信号。

3、双极性码

在双极性编码方案中，信号在3个电平（正、负、零）之间变化。一种典型的双极性码就是信号反转交替编码（AMI）。在AMI信号中，数据流遇到“1”时使电平在正和负之间交替翻转，而遇到“0”时则保持零电平。双极性是三进制信号编码方法，它与二进制编码相比抗噪声特性更好。AMI有其内在的检错能力，当正负脉冲交替出现的规律被打乱时容易识别出来，这种情况叫做AMI违例。这种编码的缺点就是当传送长串“0”时会失去位同步信息。对此稍加改进的一种方案是“6零取代”双极性码B6ZS。即把连续6个“0”用一组代码代替。这一组代码中若含有AMI违例，便可以被接收机识别出来。

4、归零码

在归零码中，码元中间的信号回归到零电平，因此，任意两个码元之间被零电平隔开。与以上仅在码元之间有电平转换的编码方案相比，这种编码方案有更好的噪声抑制性。因为噪声对电平的干扰

5、双相码

双相码要求每一位中都要有一个电平转换。因而这种代码的最大优点是自定时，同时双相码也有检测错误的功能，如果某一位中间缺少了电平翻转，则被认为是违例代码。

6、不归零码

不归零码的规律是当“1”出现时电平翻转，当“0”出现时电平不翻转。因而数据“1”和“0”的区别不是高低电平，而是电平是否转换。这种代码也叫差分码，用在终端到调制解调器的接口中。这种编码的特点是实现起来简单且费用低，但不是自定时的。

7、曼彻斯特编码

曼彻斯特编码是一种双相码。在上图中，用高电平到低电平的转换边表示“0”，用低电平到高电平的转换边表示“1”，相反的表示也是允许的。位中间的电平转换边既表示了数据代码，同时也作为定时信号使用。曼彻斯特编码用在以太网中。

8、差分曼彻斯特编码

这种编码也是一种双相码，和曼彻斯特编码不同的是，这种码元中间的电平转换边只作为定时信号，不表示数据。数据的表示在于每一位开始处是否有电平转换：有电平转换表示“0”，没有电平转换表示“1”。差分曼彻斯特编码用在令牌环网中。

从曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码的图形中可以看出，这两种双相码的每一个码元都要调制为两个不同的电平，因而调制速率是码元速率的两倍。这对信道的宽带提出了更高的要求，所以实现起来更困难也更昂贵。但由于其良好的抗噪声特性和自定时功能，在局域网中仍被广泛使用。

9、多电平编码

这种编码的码元可取多个电平之一，每个码元可代表几个二进制位。例如，令M=2的n次方（M为码元种类数，n为位数），设M=4，则n=2，也就是说，若表示码元的脉冲取4个电平之一，则一个码元可表示两个二进制位。与双相码相反，多电平的数据速率大于波特率，因而可提高频带的利用率。但是这种代码的抗噪声特性不好，在传输过程中信号容易畸变到无法区分。

在数据通信中，选择什么样的数据编码要根据传输的速度、信道的带宽、线路的质量以及实现的价格等因素综合考虑。

10、4B/5B编码

在曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码中，每位中间都有一次电平跳变，因此波特率是数据速率的两倍。对于100Mbps的高速网络，如果采用这类编码方法，就需要200M的波特率，其硬件成本是100兆波特率硬件成本的5~10倍。

为了提高编码的效率，降低电路成本，可以采用4B/5B编码。这种编码方法的原理如下图所示。



这实际上是一种两级编码方案。系统中使用不归零码，在发送到传输介质之前要变成见1就翻不归零码（NRZ-I）。NRZ-I代码序列中1的个数越多，越能提供同步定时信息，但如果遇到长串的0，则不能提供同步信息。所以在发送到介质之前还需要经过一次4B/5B编码，发送器扫描要发送的位序列，4位分为一组，然后按照如下所示的4B/5B编码表的对应规则变换成5位的代码。



5位二进制代码的状态共有32种，在上表中选用的5位代码中1的个数都不少于两个，这就保证了在介质上传输的代码能提供足够多的同步信息。另外，还有8B/10B编码等方法，其原理是类似的。