通訊系統/線路編碼
除了脈衝整形，我們還可以使用一些有用的線路編碼來幫助減少錯誤或對我們的訊號產生其他積極影響。
線路編碼透過對傳輸的數字訊號進行幅度和時間離散化的訊號表示，這種訊號針對物理通道（以及接收裝置）的特定特性進行了最佳化。用於表示傳輸鏈路上傳輸數字訊號的 1 和 0 的電壓或電流波形模式稱為線路編碼。常見的線路編碼型別有單極性、極性、雙極性和曼徹斯特編碼。
線路編碼通常用於計算機通訊網路的短距離傳輸。
數字資訊可以以多種方式編碼到傳輸介質上。一些更常見的包括
各種線路格式各有優缺點。不可能選擇一種能夠滿足所有需求的格式。可以根據以下一個或多個標準選擇格式
- • 減少傳輸硬體
- • 促進同步
- • 簡化錯誤檢測和糾正
- • 減少頻譜內容
- • 消除直流分量
曼徹斯特編碼非常流行。它被稱為自時鐘編碼，因為在位元間隔內總有一個躍遷。因此，長時間的零或一不會導致時鐘問題。
不歸零編碼 (NRZ) 的命名有點尷尬，尤其是考慮到單極性 NRZ 編碼確實會返回到零值。本質上，NRZ 編碼只是一個簡單的方波，將一個值分配給二進位制 1，將另一個幅度分配給二進位制 0。
NRZ 編碼比雙極性編碼更節省頻寬。但是，它們的頻譜分量一直下降到 0 Hz。這使得它們無法用於變壓器耦合的傳輸線，或出於某些其他原因無法傳輸直流的線路。
單極性 NRZ 只是一個方波，其中 +V 表示二進位制 1，0V 表示二進位制 0。NRZ 很方便，因為計算機電路在內部使用單極性 NRZ，並且將此係統擴充套件到計算機外部並不需要太多努力。單極性 NRZ 有直流項，但頻寬相對較窄。
雙極性 NRZ 使用雙極性電壓電源軌。標記通常用負電壓（例如，-9V）表示，而空格用正電壓（例如，+9V）表示。例如，RS-232C/EIA-232 訊號使用雙極性 NRZ。
-5V +5V -5V +5V -5V -5V +5V -5V -5V 1 0 1 0 1 1 0 1 1
雙極性 NRZ 的頻寬和直流平衡問題與單極性 NRZ 相似。
AMI（交替標記反轉）是雙極性線路編碼的另一個示例。每個連續標記都反轉，因此線路的平均值或直流電平為零。
AMI 通常實現為 RZ 脈衝，但也存在 NRZ 和 NRZ-I 變體。
這種方法的弱點之一是，長時間的零會導致接收器失去鎖定。因此，需要對訊號施加其他規則來防止這種情況。例如，將 NRZ-M 與 AMI 結合起來可以產生 MLT-3，這是 100-base-T 乙太網使用的線路編碼系統。
CDI（條件雙相介面）雙極性線路編碼實際上是單密度磁碟驅動器和音訊磁帶中使用的原始 FM 線路編碼的一種略微不同的形式。標記編碼為交替極性全週期脈衝。空格編碼為負電壓一半週期和正電壓一半週期。這種編碼方案的優點是，它比 HDB3 需要更少的邏輯實現。
曼徹斯特編碼是一種允許將定時資訊與資料一起傳送的發明。在 NRZ 編碼中，如果有一長串的 1 或 0，接收器可能會遭受如此多的複合抖動，以至於它會丟失或獲得整個位元時間，然後與發射器不同步。這是因為長串的 1 或 0 根本不會“改變狀態”，而是會簡單地保持在單個值。曼徹斯特編碼規定每個位元時間都會在位元時間的中間有一個躍遷，以便接收器可以找到該躍遷，如果它開始偏離中心，就會“鎖定”到訊號。但是，由於躍遷次數更多，曼徹斯特編碼也需要所有線路編碼中最高的頻寬。
 | 乙太網 LAN 使用曼徹斯特編碼 |
一些通訊通道（如相位調製的正弦波和差分雙絞線）具有這樣的特性：可以很容易地區分 2 個符號之間的躍遷，但在開始接收時難以確定它是哪一個狀態。例如，全速 USB 使用雙絞線，並在一條線上傳輸 +3.3 V，在另一條線上傳輸 0 V 用於表示“1”，但在一條線上傳輸 0 V，在另一條線上傳輸 +3.3 V 用於表示“0”。由於某些電纜具有額外的半扭曲，因此剛插入的裝置無法確定當前接收的符號是“1”還是“0”。
差分編碼仍然有效，甚至沒有注意到兩條線何時被交換。
一般而言，差分編碼在示波器或頻譜分析儀上的顯示與它們基於的非差分編碼完全相同，因此使用完全相同的頻寬並具有完全相同的位元率。
即使兩條線被交換，仍然有效的差分編碼包括
- 差分曼徹斯特編碼 - 基於曼徹斯特編碼
- 不歸零反轉 (NRZI) - 基於不歸零 (NRZ)
（一些非差分編碼即使兩條線被交換也仍然有效 - 例如雙極性編碼和 MLT-3 編碼）。
差分曼徹斯特編碼，也稱為雙相標記碼 (BMC) 或 FM1，是一種將資料和時鐘訊號組合成單個 2 級自同步資料流的線路編碼。它是一種差分編碼，使用過渡的存在或不存在來指示邏輯值。與其他一些線路碼相比，它具有以下優點：• 在每個位元至少保證一次過渡，允許接收裝置進行時鐘恢復。• 在噪聲環境中，檢測過渡通常比與閾值進行比較更不容易出錯。• 與曼徹斯特編碼不同，只有過渡的存在很重要，而極性無關緊要。差分編碼方案在訊號反轉（線路互換）時將完全一樣。（具有此屬性的其他線路碼包括 NRZI、雙極性編碼、編碼標記反轉和 MLT-3 編碼）。• 如果高電平和低電平訊號具有相同電壓但極性相反，則編碼訊號的平均直流電壓為零，從而降低了所需的傳輸功率，並最大限度地減少了傳輸線產生的電磁噪聲量。
比較
[edit | edit source]| 編碼 | 頻寬 | 時序 | 直流值 |
| 單極性 NRZ | 低頻寬 | 無時序資訊 | 高直流分量 |
| 雙極性 NRZ | 較低頻寬 | 無時序資訊 | 無直流分量 |
| 差分 NRZ | 較低頻寬 | 無時序資訊 | 幾乎沒有直流分量 |
| 曼徹斯特編碼 | 高頻寬 | 良好的時鐘恢復 | 無直流分量 |
| 差分曼徹斯特編碼 | 中等頻寬 | 良好的時鐘恢復 | 無直流分量 |