【25软考网工笔记】第二章 数据通信基础（4）数据编码

一、曼彻斯特编码

• 定义: 曼彻斯特编码是一种双相码，即在每个比特中间都会有一个跳变。
• 编码规则: 第一个编码波形是自定义的。例如，可以定义从高电平向低电平跳变代表“0”，从低电平向高电平跳变代表“1”。反之亦可，但波形会相应变化。
• 应用: 曼彻斯特编码经常用于以太网，包括传统的10M以太网、100M的快速以太网以及千兆以太网。

1. 以太网

• 类型: 以太网有多种类型，包括传统的10M以太网、100M的快速以太网以及千兆（Gigabit）以太网。

2. 题型(考试过的选择题)

1）题目解析

• 考点: 曼彻斯特编码的定义、编码规则以及其应用领域。
• 易错点: 编码规则的自定义性，以及不同定义下波形的变化。
• 提醒: 需要了解曼彻斯特编码在以太网中的应用，这是考试中的常见选择题内容。

二、差分曼彻斯特编码

• 定义: 差分曼彻斯特编码是一种双相码，用于令牌环网中。
• 编码规则: 有跳变代表“0”，无跳变代表“1”，即“有0无1”。

判断方法:

• 比较前一位的结束电平和这一位的起始电平。
• 从第二位开始判断，第一位无法从差分曼彻斯特编码中直接判断。
• 如前一位结束电平是高电平，这一位起始电平是低电平，则有跳变，表示“0”；反之，无跳变表示“1”。

重点:

• 差分曼彻斯特编码的核心是“有0无1”。
• 编码的判断需从第二位开始，第一位无法判断。

三、两种曼彻斯特编码特点

1. 双相码

• 定义: 曼码和差分曼码是典型的双相码，双相码要求每一位都有一个电平转换，即一高一低，必须翻转。

2. 将时钟和数据包含在信号数据流中

• 自同步码: 曼码和差分曼码具有将时钟和数据包含在信号数据流中的特点，也称自同步码。

3. 编码效率低

• 编码效率: 曼码和差分曼码的编码效率较低，都是50%。

4. 数据速率是码元速率的一半

• 速率关系: 两种曼码的数据速率是码元速率的一半。当数据传输速率为100Mbps时，码元速率为200M baud。

5. 应用案例

1）例题1

题目解析

• 审题过程: 题目问的是10M局域网使用曼彻斯特编码的波特率。
• 解题思路: 根据曼码的特点，数据速率是码元速率的一半，所以波特率应是数据速率的两倍。
• 答案: C. 20Mbaud。

2）例题2

题目解析

• 审题过程: 题目给出以太网的数据波特率是40M Baud，问其数据速率。
• 解题思路: 根据曼码的特点，数据速率是码元速率的一半。
• 答案: B. 20Mb/s。
• 易错点: 注意不要套用其他公式，如b×log⁡2n，这是特殊的速率关系，需要直接记忆。

四、其他编码

1. 4B/5B编码

• 定义: 4B/5B编码是发送数据流每4bit，先转换成5bit，再转换为不归零码(NRZ-I)，多1位用于解决同步问题。
• 编码效率: 80%
• 应用场景: 百兆以太网，如100Base-TX（先4B/5B编码，再MLT-3编码）和100BASE-X（先4B/5B编码，再NRZ-I编码）。

1） 例题1

题目解析

• 曼彻斯特编码效率: 50%
• 4B/5B编码效率: 80%
• 答案: B；C

2. 曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码

• 曼彻斯特编码: 编码效率50%，用于以太网。
• 差分曼彻斯特编码: 波形图判断方法：从第二位开始，根据“有零无一”的规则判断。
• 解题技巧: 先通过差分曼彻斯特编码推出第二位到最后一位，再通过曼彻斯特编码推出第一位。

1） 例题1

题目解析

• 先看差分曼彻斯特编码第二位，有变化为0无变化为1。
• 第二位：前面为高电平，后面也为高电平因此为1
• 因此得到第二位开始时101
• 得到答案C

2） 例题2

题目解析

• 解题过程: 根据差分曼彻斯特编码的“有零无一”规则，从第二位开始判断，再结合曼彻斯特编码推出第一位。
• 答案: B

3)拓展思考

• 先根据差分曼彻斯特编码判断（有0无1）第二位为1（无变化），第三位1（无变化）；
• 再看曼彻斯特编码，Z字波形表示1，所以推出第一位为0和后面几位。

3. 以太网编码方式

• 10BASE-T采用的编码方式: 曼彻斯特编码

1）例题1

题目解析

• 答案: D

五、知识小结