单极性、极性和双极性线路编码方案的区别 #
数据以及代表数据的信号可以是数字的，也可以是模拟的。线路编码是将数字数据转换为数字信号的过程。通过这种技术，我们将一系列位转换为数字信号。在发送端，数字数据被编码为数字信号，在接收端，数字数据通过解码数字信号来重新创建。
我们可以大致将线路编码方案分为五类：
- 单极（例如NRZ计划）。
- 极性（例如NRZ-L，NRZ-I，RZ和Biphase - 曼彻斯特和差异曼彻斯特）。
- 双相（例如AMI和伪三元）。
- 多级
- 多过渡
但是，在了解前三种方案之间的差异之前，我们应该首先了解这些线路编码技术的特征：
- 应该有自同步，即接收器和发送方时钟都应该同步。
- 应该有一些错误检测功能。
- 应该对噪声和干扰具有免疫力。
- 应该减少复杂性。
- 不应有低频分量（直流分量），因为对于低频分量信号，长距离传输是不可行的。
- 应该减少基线漂移。
**单极方案 –**在此方案中，所有信号电平都在轴上方或下方。
- **不归零 （NRZ） –**它是一种单极性线路编码方案，其中正电压定义位1，零电压定义位0。信号在位中间不归零，因此称为NRZ。
例如：数据 =10110。
但与极性方案相比，该方案使用更多的功率，每单位线路电阻发送一位。此外，对于连续的零或一集，将存在自同步和基线漂移问题。
**极地方案 –**在极性方案中，电压位于轴的两侧。
- NRZ-L 和 NRZ-I –这些有点类似于单极性NRZ方案，但这里我们使用两个级别的幅度（电压）。对于 NRZ-L（NRZ-电平），电压电平决定了位的值，通常二进制 1 映射到逻辑电平高电平，二进制 0 映射到逻辑电平低电平，对于 NRZ-I（NRZ-INVERT），如果我们要传输的下一个位是逻辑 1，则两电平信号在边界处具有转换，如果我们要传输的下一个位是逻辑 0，则没有转换。**注意–**对于 NRZ-I，我们在示例中假设数据集“01001110”开始之前的先前信号是正的。因此，开头没有转换，当前数据集“0”中的第一个位“01001110”从 +V 开始。 示例：数据 = 01001110。
NRZ-L和NRZ-I之间的比较：基线漂移对它们来说都是一个问题，但对于NRZ-L来说，它的糟糕程度是NRZ-I的两倍。这是因为 NRZ-I 边界处的转换（如果我们要传输的下一个位是逻辑 1）。同样，对于 0 的长序列，自同步问题在两者中是相似的，但对于 1 的长序列，在 NRZ-L 中更为严重。
- **归零 （RZ） –**NRZ 问题的一个解决方案是 RZ 方案，它使用三个值正、负和零。在此方案中，信号在每个位的中间变为 0。**注意–**我们在这里用来表示数据的逻辑是，对于位 1，信号的一半由 +V 表示，一半由零电压表示，对于位 0，一半的信号由 -V 表示，一半由零电压表示。示例：数据 = 01001。
RZ编码的主要缺点是需要更大的带宽。另一个问题是复杂性，因为它使用三个级别的电压。由于所有这些缺陷，该方案今天没有使用。相反，它已被表现更好的曼彻斯特和差异曼彻斯特计划所取代。
- **双相（曼彻斯特和差速曼彻斯特） –**曼彻斯特编码在某种程度上是RZ（位中间的过渡）和NRZ-L方案的组合。位的持续时间分为两半。电压在前半部分保持在一级，并在后半段移动到另一级。位中间的转换提供同步。差速器曼彻斯特在某种程度上是RZ和NRZ-I方案的组合。位中间始终存在过渡，但位值在位的开头确定。如果下一个位为 0，则存在转换，如果下一个位为 1，则没有转换。注 – 1. 我们在这里用来表示曼彻斯特数据的逻辑是，对于位 1，位中间有 -V 到 +V 伏特的过渡形式，对于位 0，位中间有从 +V 到 -V 伏特的过渡。2. 对于差分曼彻斯特，我们在示例中假设数据集“010011”开始之前的先前信号为正。因此，在开头存在转换，当前数据集“0”中的第一个位“010011”从 -V 开始。 示例：数据 = 010011。
曼彻斯特方案克服了与NRZ-L相关的几个问题，差分曼彻斯特克服了与NRZ-I相关的几个问题，因为没有基线漂移和直流分量，因为每个位都有正负电压贡献。唯一的限制是曼彻斯特和差分曼彻斯特的最小带宽是NRZ的两倍。
**双极方案 –**在该方案中，有三个电压电平正、负和零。一个数据元素的电压电平为零，而另一个元素的电压电平在正负之间交替。
- **替代标记反转 （AMI） –**中性零电压表示二进制 0。二进制 1 由交替的正电压和负电压表示。
- **伪三元 –**位 1 编码为零电压，位 0 编码为交替的正负电压，即与 AMI 方案相反。示例：数据 = 010010。
双极方案是NRZ的替代方案。该方案具有与NRZ相同的信号速率，但没有直流分量，因为每次都有一个位由电压零和其他交替表示。
单极性线路编码方案的优缺点： #
优势：
- **简单的接收电路：**用于单极性线路编码的接收器电路很简单，因为它只需要检测电压的存在与否。
- **低直流分量：**单极性线路编码方案具有低直流分量，这对于某些通信系统来说是理想的。
- **低成本：**单极性线路编码方案仅使用单个电压电平，因此易于实现且需要的组件更少，使其成为一种经济高效的解决方案。
弊：
- 抗噪性差： 单极性线路编码方案抗噪性差，并且容易出错，因为它没有差分信号。
- 有限的动态范围： 单极性线路编码方案的动态范围有限，因为它仅使用正电压电平。
极性线编码方案的优缺点： #
优势：
- **高抗噪性：**极线编码方案具有很高的抗噪性，因为它使用差分信号。
- **抗错性：**极线编码方案不太容易出错，因为它使用差分信号。
弊：
- 复杂的接收电路： 用于极性线路编码的接收器电路很复杂，因为它需要检测正负电压电平。
- **有限的数据速率：**极性线路编码方案的数据速率有限，因为它需要更多的位来表示与单极性或双极性线路编码方案相同的信息。
双极性线路编码方案的优缺点：
优势：
- 高数据速率： 双极性线路编码方案具有高数据速率，因为它使用正负电压电平来表示数字信号。
- 差分信号：双极性线路编码方案使用差分信号，提高了抗噪性和抗误性。
弊：
- 复杂的接收电路： 用于双极性线路编码的接收器电路很复杂，因为它需要检测正负电压电平。
- **有限的动态范围：**双极性线路编码方案的动态范围有限，因为它使用正负电压电平来表示数字信号。
**参考 ** #
- 数据通信和网络 作者：Behrouz A.Forouzan（书籍）