计算机网络中的数字到数字的转换

在本文中，我们将讨论计算机网络中的数字到数字的传输方式，即如何将数字数据或信息转换为数字信号。这种数字到数字的编码可以通过一种称为线路编码的技术来实现。

线编码

将数字数据转换为数字信号的过程被称为线路编码。这一过程有助于接收方能够恢复出原始的二进制数据。 那些以文本、数字、音频或视频形式存在的数据，在内部被表示为一系列1和0的组合。 因此，线路编码实际上是将一组比特转换为数字信号的过程。 发送方将数字数据加密成数字信号，而接收方则对数字信号进行解码，从而重新生成出原始的数字数据。 采用线编码的主要目的，就是为了避免脉冲的重叠以及由此导致的信号失真现象。 数字信号本质上是一种离散的信号。 例如，数据是从计算机传输到打印机的。

基本上，线编码技术可以分为三种不同的类型：

• 单极
• 极地
• 双相情感障碍

单极

在单极性编码中，只使用一种极性。具体来说，比特1用于表示正电压，而比特0则用于表示零电压或空闲状态。这种编码方式也被称为“单极性非归零编码”。这种信号传输方式也被称为“开-关式信号传输”。

单极模式下的问题

• 直流分量：当我们计算出单极信号的平均幅度时，该值始终不会为零。因此，这样的信号会包含直流分量。而含有直流分量的信号是无法在那些无法处理直流分量的介质中传播的。
• 同步：当信号保持恒定时，接收器无法区分每个比特的开始和结束位置。因此，接收器必须依赖计时器来记录每个比特的起始点。

单极编码

极地

极编码有四种类型。在极编码中，使用了两种不同电压幅度。这样，单极编码中的直流分量被最小化，同时线路上的平均电压水平也降低了。

• 极性非归零编码（Polar NRZ）：在极性编码中，正电压用比特1表示，而负电压则用比特0表示。这里，使用两种不同电平来表示二进制数值。当线路处于空闲状态时，就不会发生任何信号传输。每次信号发生反转时，接收器就能将计时器的开始时间与信号的实际到达时间同步起来。另外，极性非归零编码还有两种类型：NRZ-L和NRZ-I。

NRZ-L：当遇到不同的比特时，其电压水平会发生变化。NRZ-I：当遇到第1位时，其电压水平会发生变化。

Polar NRZ编码方式的优点

这样就能实现同步了。每当遇到1位数据时，信号就会发生变化。

• 回到零状态：RZ这种编码技术使用三种不同的电压水平来表示二进制数值。其中，第1位用于表示正电压；第0位则用于表示负电压，而零电压则对应空值。在每个位的后半部分，该信号会进入静止状态（即为零）。

归零过程中遇到的问题

这需要更多的带宽，因为要编码一个比特位，需要两次信号切换。

返回零状态 (Return to Zero)

• 曼彻斯特编码：在曼彻斯特编码中，从负值转换为正值时，对应的二进制位为1；而从正值转换为负值时，对应的二进制位为0。每个比特间隔的中间位置会进行翻转处理。这意味着，一个比特周期由两个大小相等的间隔来表示。在这里，某个比特的逻辑状态由第一个间隔来表示，而相反的逻辑状态则由第二个间隔来表示。

曼彻斯特编码

• 差分曼彻斯特编码：在Differential Manchester编码中，比特位中间的位被用作反码。 transitions用二进制中的0来表示，而没有任何transitions的情况则用二进制中的1来表示。

不同的曼彻斯特人

双极编码

在双极性编码中，使用了三种不同的电压水平：正电压、负电压和零电压。零电压用于表示二进制中的0，而正电压和负电压则分别用于表示1和0，以此来避免直流分量。双极性编码还包括交替标记反转（AMI）和伪三进制编码两种类型。

双相编码

 

表格：不同数字到数字的线路编码技术的比较

行编码技术	描述/说明	优点/好处	缺点/不利因素
单极	仅使用一层电压来处理比特0和比特1。	易于实施	直流分量问题，同步性问题
极地NRZ编码	对于比特位0和比特位1，使用两种不同的电压电平。在空闲状态下，这条线路不会发生任何切换。	提供同步功能，同时最大限度地减少了直流分量的问题。	可能会遇到由连续的0或1构成的序列所带来的问题。
RZ	对于第0位、第1位以及空闲线路，分别使用三个不同的电压水平。信号在位的后半段时间内会处于静止状态。	提供同步功能	占用更多的带宽
曼彻斯特	该方式通过从积极状态转变为消极状态，再从消极状态转变为积极状态来分别表示比特0和比特1。其中，比特的周期由两个相等的间隔来表示。	提供同步功能，可实现自动时钟调整。	占用更多的带宽
差分曼彻斯特编码	在比特间隔的中间位置使用过渡来表示比特0，对于比特1则不使用过渡。比特的周期由两个相等的间隔来表示。	提供同步功能，能够实现自动时钟校准。	更复杂的编码与解码过程
双相情感障碍	对于比特位0、比特位1以及空闲线路，分别使用三个不同的电压等级。此外，还采用了替代方案1来避免直流分量对信号的影响。	提供同步功能，不存在直流分量。	更复杂的编码与解码过程