一、数字数据的数字编码

数字数据的数字编码问题是研究如何把数字数据用物理信号(如电信号)的波形表示。通常可以由许多不同形式的电信号的波形来表示数字数据。这里主要讨论二进制的数据信号,即用两种码元形式分别表示二进制数字字符1和0,每一位二进制符号和一个码元相对应采用不同的编码方案,产生出的表示二进制数字码元的形式也不同。下面主要介绍最常用的不归零吗、归零码和曼切斯特码等。

1.不归零码

(1)单极性不归零码。单极性不归零码的波形(NRZ)的波形如下图(a)所示。改码在每一码元时间间隔内,用高电平和低电平(常为零电平)分别表示二进制数据的1和0。容易看出,这种信号在一个码元周期T内电平保持不变,电脉冲之间无间隔,极性单一,有直流分量。
(2)双极性不归零码。双极性不归零码(BNRZ)的波形如下图(b)所示。该码元在每一码元时间间隔内,用正电平和负电平分别表示二进制数据的0和1,正电平的幅值和负电平的幅值相等。与单极性不归零码一样,在每一码元周期T内电平保持不变,电脉冲之间无间隔。这种码元不存在零电平,当1,0符号等概率出现时,无直流成分。双极性不归零码的抗干扰能力较强,适用于有线信号传输。

以上两种不归零码属于全宽码,即每一位码占用全部的码元宽度。

2.归零码

(1)单极性归零码。单极性归零码(RZ)是指它的电脉冲宽度比码元周期T窄,当发送1时,只在码元周期T内持续一段时间的高电平后降为零电平,其余时间内则为零电平所以称这种码为单极性归零码,如下图(a)表示。单极性归零码的脉冲窄,有利于减小码元间波形的干扰;码元间隔明显,有利于同步时钟提取。但因脉冲窄,码元能量小,接受输出信噪比较低。
(2)双极性归零码。双极性归零码(BRZ)是指在每一码元周期T内,当发送1时,发出正的窄脉冲;当发送0时,发负的窄脉冲,如下图(b)所示。

(3)交替双极性归零码。交替双极性归零码(AMI)是双极性归零码的另一种形式,其编码规则是:在发送1时发一个窄脉冲,且脉冲的极性总是交替的,即如果发送前一个1时是正脉冲,则发送后一个1时时负脉冲;而发送0时不发送脉冲,其波形图如下图所示。这种交替的双极性码元也可采用全宽码,采样时信号仍对准每一脉冲的中心位置。

3.曼切斯特码

(1)曼切斯特码。曼切斯特码(manchester)又称双相码,波形如下图(a)所示。曼切斯特码的编码方式中,当发送0时,在码元的中间时刻电平从低向高跃变;当发送1时,在码元的中间时刻电平从高向低跃变。曼切斯特码的特点是不管信码的统计特性如何,在每一位的中间都有一个跃变,位中间的跃变即作为时钟,又作为数据。
(2)差分曼切斯特码。差分曼切斯特码是曼切斯特码的该进形式,波形如下图(b)所示。在每一码元周期内,无论发送1或0,在每一位的中间都有一个电平的跃变,但发送1时,码元周期开始时刻不跃变(即与前一码元周期相位相反);发送0时,码元周期开始时刻就跃变(即与前一码元周期相为相同)。

二、模拟信号的数字信号编码

这种编码的方式主要解决的是语音、图像信息的数字化传输问题,由于数字信号传输失真小、误码率低、传播速率高、便于计算机存储,所以模拟数据数字传输已成为现在必然趋势。为了解决如何将语音、图像这些模拟数据转化为数字信号,贝尔实验室的工程人员开发了脉冲编码调制PCM技术。PCM的工作过程包括3个步骤:
1.采样——对连续变化的模拟信号进行周期性采样,只要采样频率大于等于有效信号最高频率或其带宽的两倍,则采样值便可包含原始信号的全部信息。
2.量化——将采样幅度值赋予一个整数值,如使用数字2的倍数进行量化。
3.编码——将量化后的结果转化为二进制代码。
信号经过数字传输系统到达接受端后,由接收端还原出原来的一系列脉冲信号,在经过滤波处理后就可以得到原来的模拟信号。