【25软考网工笔记】第二章 数据通信基础（4）数据编码
目录
一、曼彻斯特编码
1. 以太网
2. 题型(考试过的选择题)
1）题目解析
二、差分曼彻斯特编码
三、两种曼彻斯特编码特点
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1. 双相码
2. 将时钟和数据包含在信号数据流中
3. 编码效率低
4. 数据速率是码元速率的一半
5. 应用案例
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1）例题1
2）例题2
四、其他编码
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1. 4B/5B编码
1） 例题1
2. 曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码
1） 例题1
2） 例题2
3)拓展思考
3. 以太网编码方式
1）例题1
五、知识小结
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×log2n，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
| 知识点 | 核心内容 | 考试重点/易混淆点 | 难度系数 |
| 曼彻斯特编码 | 双向码，每个比特中间有跳变，可自定义波形 | 曼彻斯特编码的定义、波形自定义、应用领域 | 中 |
| Z字波形表示0，反Z表示1（或相反） | 波形与比特值的对应关系 | 低 | |
| 应用于以太网（10M、100M） | 曼彻斯特编码的应用场景 | 中 | |
| 差分曼彻斯特编码 | 双向码，有跳变表示0，无跳变表示1 | 差分曼彻斯特编码的规则 | 中 |
| 从第二位开始判断，比较前一位的结束电平与这一位的开始电平 | 差分曼彻斯特编码的解码方法 | 高 | |
| 应用于令牌环网 | 差分曼彻斯特编码的应用场景 | 中 | |
| 编码特点总结 | 慢码和差分慢码都是双向码，具有制定时和检测错误的功能 | 双向码的特点与功能 | 中 |
| 优点：时钟和数据包含在数据流中（自同步码） | 慢码和差分慢码的优点 | 低 | |
| 缺点：编码效率低（50%） | 慢码和差分慢码的缺点 | 低 | |
| 数据速率与码源速率关系 | 数据速率是码源速率的一半 | 数据速率与码源速率的换算关系 | 高 |
| 4B5B编码 | 发送数据流每四比特先转换成五比特，再加入一个余位 | 4B5B编码的过程 | 中 |
| 编码效率80%，一般用于百兆以太网 | 4B5B编码的效率与应用场景 | 中 | |
| 8B10B编码 | 编码效率80%，用于千兆以太网 | 8B10B编码的效率与应用场景 | 中 |
| 特殊编码 | 1000Base-T使用4D-PAM5编码，万兆使用64B/66B编码 | 特殊以太网技术的编码方式 | 低 |