資料通訊之通道與編碼

資料通訊中產生、傳送資訊的一端稱為信源，接收資訊的一端稱為信宿，而信源和信宿之間的通訊線路稱為通道。通道最重要的乙個特性就是通道容量，就是通道上資料所能夠達到的傳輸速率。

是指傳送器和傳輸**的特性限制下的頻寬，通常用赫茲或每秒週期表示。模擬通道的頻寬w=最高頻率f2-最低頻率f1。通道的電路製成後，頻寬就決定了，因此它是影響通道傳輸速率的客觀性因素。

資訊在傳輸過程中可能會受到外界的干擾，這種干擾稱為雜訊，它會使得通道的傳輸速率降低。

奈奎斯特定律：b（碼元速度）=2w（頻寬）；r（資料速率）=b（碼元速度）log2n（碼元種類）；

夏農理論：c=wlog2（1+s/n） :c極限資料速率 w頻寬 s訊號平均速率 n雜訊平均功率

（1）有雜訊的夏農理論

夏農理論描述了有限頻寬、有隨機熱雜訊通道的最大傳輸速率與通道頻寬、訊號雜訊功率比(s/n, 簡稱訊雜比)之間的關係。由於s/n的比值太大，通常使用分貝數(db)表示。db =10*lg(s/n):

例1：s/n=1000時，用分貝表示就是30db。

如果頻寬是3khz,則極限資料速率是:c = 3000*log2(1 + 1000) ≈ 3000*9.97≈30kbps

（2）無雜訊

無雜訊時應該使用奈奎斯特定律（奈式定律）碼元是乙個資料訊號的基本單位，而位元是乙個二制數字，一位可以表示兩個值。因此，如果碼元可取兩個離散值，則只需1位元表示；若可取4個離散值，則需要2位元來表示。碼元有多少個不同種類取決於其使用的調製技術。

在計算機通訊時，有時需要對數碼訊號進行調製，以適合在模擬線路上傳輸，接收端通過解調以還原訊號，因此在利用模擬線路（如**線）進行資料通訊時就使用數據機（modem）。

模擬資料通過模擬通道傳送的調製方式主要有調幅（am）、調頻（fm）和調相（pm）幾種方式。

模擬資料必須轉變為數碼訊號，才能在數字通道上傳送，這個過程稱為」數位化"脈碼調變（pcm）是模擬資料數位化的主要方法，pcm要經過取樣、量化、編碼3個步驟。

數字資料調製為模擬訊號，選取某一頻率的正弦訊號作為載波用以運載所要傳送的數字資料。用待傳送的數字資料改變載波的幅值、頻率或相位，到達目的地後進行分離。

在資料通訊中，編碼的作用是用訊號來表示數字資訊。如，單極性編碼、極化編碼、雙極性編碼等。

二進位制數字資訊在傳輸過程中可採用不同的**，這些**的抗噪性和定時能力各不相同。

●最基本的數字編碼有單極性碼、極性碼、雙極性碼、歸零碼、不歸零碼、雙相碼六種。

●常用於區域網的有曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼。

●常用於廣域網的4b/5b碼、8b/10b碼。

（1）極性編碼：極性編碼可以分為單極性碼，極性碼，雙極性碼。極包括正極和負極。

●單極性碼：只使用一乙個極性，再加零電平（正極表示0，零電平表示1）；

●極性碼使用了兩極(正極表示0，負極表示1) ;

●雙極性碼則使用了正、負兩極和零電平（典型的雙極性碼是訊號交替反轉編碼ami,它使用零電平表示0001則使電平在正、負極間交替翻轉）

在極性編碼方案中，始終使用某一特定的電平來表示特定的數，因此當連續傳送多個"1」或 "0"時，將無法直接從訊號判斷出個數。要解決這個問題，就需要引入時鐘訊號。

（2）歸零性編碼

歸零性指的是編碼訊號量是否回歸到零電平。歸零碼就是指碼元中間的訊號要回歸到零電平。不歸零碼則不回歸零（而是當1時電平翻轉，0時不翻轉），也稱為差分機制。

（3）雙相碼

通過不同方向的電平翻轉（低到高代表0，高到低代表1），這樣不僅可以提高抗干擾性，還可以實現自同步，這也是曼徹斯特編碼的基礎。

總結：

（1）曼徹斯特編碼

曼徹斯特編碼（簡稱"曼碼」）是一種雙相碼，用低到高的電平轉換表示0，用高到低的電平轉換表示1 （有些教程描述正好相反，即用低到高的電平轉換表示1，用高到低的電平轉換表示0），它可以實現自同步，常用於802.3 10mbps乙太網。

（2）差分曼徹斯特編碼

差分曼徹斯特編碼（簡稱差分曼碼）是在曼徹斯特編碼的基礎，上加上了翻轉特性，遇1翻轉，遇0不變，常用於令牌環網。使用曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼時，每傳輸1bit的資訊，就要求線路上有2次電平狀態變化（2波特），因此要實現100mbps的傳輸速率，就需要有200mhz的頻寬，即編碼效率只有50%。

（3）4b/5b編碼、8b/6t編碼和8b/10b編碼

正是因為曼碼的編碼效率不高，所以在頻寬資源寶貴的廣域網和速度要求更高的區域網中，就面臨困難。因此就出現了mbnb編碼，也就是將m位元位編碼成為n波特（**位）的編碼。

提高了頻帶的利用率，但抗噪性較差。