曼彻斯特编码

引言

在网络通信的世界里，数据的传输是基础。而如何将数据高效、准确地从一端传递到另一端，一直是工程师们研究的重点。今天，我们要聊的是一种经典的编码方式——曼彻斯特编码（Manchester Encoding）。如今也是网络规划师考试中的考点。

NRZ 不归零编码：最初的信号用高低电平跳变表示

在数字通信早期，工程师们使用简单的电平信号来表示数据。比如，高电平（High）代表“1”，低电平（Low）代表“0”。这种方式看似简单，但在实际应用中却遇到了一个棘手的问题：时钟同步。

TIP

白话文解释时钟同步问题：想象你在打拍子，每次打一下代表一个数据比特。打一下代表1，不打代表0。如果每一拍都清楚无误，别人可以听出你的节奏，知道你是 1 还是 0。

但是如果你连续多个“1”或者“0”，比如这样 “111000”别人就只能听到连续的声音或者连续的静默，这时就很容易搞混，拍子没法同步了

曼彻斯特编码的诞生

为了解决时钟同步的问题，曼彻斯特编码应运而生。它的核心思想是：在每个比特的中间引入一次电平跳变(它在每个比特中间强制“打一次拍子”！)。具体来说：

TIP

曼彻斯特编码可以根据标准不同而变化，不同场景可能采用不同定义并非固定。IEEE 802.3 以太网标准中常用的曼彻斯特编码如下。

• 以太网 IEEE 802.3 曼彻斯特编码规则：通过这种方式，每个比特的传输都自带一次电平跳变，接收端可以通过检测这些跳变来同步时钟，从而准确地解码数据。

  • “1”：从低电平到高电平的跳变代表1
  • “0”：从高电平到低电平的跳变代表0

举个“🌰”

下图展示了曼彻斯特编码数据传输示例，同时对比了不同标准的曼彻斯特编码（G. E. Thomas 版本 和 IEEE 802.3 版本）。图中还包含了 Clock（时钟信号）和 Data（原始数据）的波形。Clock 是辅助 Data 解析NRZ 编码内容。

• Data（原始数据）

  • 原始数据的波形，表示传输内容 10100111001。
  • 数据用简单的高电平（1）和低电平（0）表示。

• 曼彻斯特编码表示：分别用两种版本表示了 10100111001

  • G. E. Thomas 版本：
    • 1：高电平 → 低电平
    • 0：低电平 → 高电平
  • IEEE 802.3 版本：
    • 1：低电平 → 高电平
    • 0：高电平 → 低电平

曼彻斯特编码优缺点

• 优点

  1. 自同步：曼彻斯特编码优势在于它自带时钟信息，接收端可以通过电平跳变来同步时钟。
  2. 抗干扰能力强：由于每个比特都有电平跳变，即使传输过程中出现干扰，接收端也能通过跳变来恢复数据。
  3. 简单易实现：曼彻斯特编码的规则简单，硬件实现相对容易，因此在早期的网络通信中得到了广泛应用。

• 缺点

  1. 带宽利用率低：由于每个比特都需要一次电平跳变，曼彻斯特编码的带宽利用率较低。这意味着在相同的带宽下，曼彻斯特编码传输的数据量较少。

  2. 不适合高速传输：随着网络速度的提升，曼彻斯特编码的效率问题变得更加明显。因此，在现代高速网络中，曼彻斯特编码逐渐被更高效的编码方式所取代。

曼彻斯特编码在网络规划师考试中的重要性

对于网络规划师考试来说，曼彻斯特编码是一个重要的考点。考生需要掌握以下几点：

1. 编码原理：理解曼彻斯特编码的基本原理，能够根据给定的数据绘制出曼彻斯特编码的波形。

2. 同步机制：理解曼彻斯特编码如何通过电平跳变实现时钟同步。

3. 优缺点分析：能够分析曼彻斯特编码的优缺点，并理解其在网络通信中的应用场景。

4. 与其他编码方式的对比：了解曼彻斯特编码与其他编码方式（如差分曼彻斯特编码、NRZ编码等）的区别和适用场景。

结语

曼彻斯特编码虽然已经不再是主流编码方式，但它在网络通信发展史上的地位不可忽视。除了曼彻斯特编码还有差分曼彻斯特编码与 MLT-3编码需要考生学习了解，最后希望读者能更好理解曼彻斯特编码，并在网络规划师考试中取得好成绩！