曼彻斯特码原理与应用.doc

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1、曼彻斯特码1 曼彻斯特原理介及其编码规则12 曼彻斯特码的各方面应用33 曼彻斯特码与差分曼彻斯特码51 曼彻斯特原理介及其编码规则Manchester编码是一种常用的基带信号编码。它具有内在的时钟信息，因而能使网络上的每一个系统保持同步。在Manchester编码中，时间被划分为等间隔的小段，其中每小段代表一位数据。每一小段时间本身又分为两半，前半个时间段所传信号是该时间段传送比特值的反码，后半个时间段传送的是比特值本身。可见在一个时间段内，其中间点总有一次信号电平的变化，因此携带有信号传送的同步信息而不需另外传送同步信号。Manchester编码采用电平由高到低变化的下降沿代表0，电平由低

2、到高变化的上升沿代表1；发送和接收的同步工作方式保证了信息传递的方便和可靠。为了减少控制器与位置反馈单元之间的连线数目，信息的传递可采用两根线的串行方式。发送端和接收端的同步靠信息脉冲串之前的同步脉冲串来实现。图1 二进制码和曼彻斯特码对比图在电信领域，曼彻斯特码,(也称作相位码或者PE）是一种数据通讯线性码，它的每一个数据比特都是由至少一次电压转换的形式所表示的曼彻斯特编码被因此被认为是一种自定时码。自定时意味着数据流的精确同步是可行的。每一个比特都准确的在一预先定义时间时期的时间中被传送。但是,今天有许许多多的复杂的编码方法(例如8B/10B编码）,在达到同等目的情况下只需要更少带宽负荷并

3、且只有更少的同步信号相位模糊。二进制码与曼彻斯特码波形的对比关系如图1所示。在曼彻斯特编码中，用电压跳变的相位不同来区分1和0，即用正的电压跳变表示0，用负的电压跳变表示1。因此，这种编码也称为相应编码。由于跳变都发生在每一个码元的中间，接收端可以方便地利用它作为位同步时钟，因此，这种编码也称为自同步编码。用于数字基带传输的码型种类较多，Manchester码是其中常用的一种。Manchester码是一种用跳变沿（而非电平）来表示要传输的二进制信息（0或1），一般规定在位元中间用下跳变表示“1”，用上跳变表示“0”. 曼彻斯特编码被被认为是一种自定时码自定时意味着数据流的精确同步是可行的。每一

4、个比特都准确的在一预先定义时间时期的时间中被传送。在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从高到低跳变表示1，从低到高跳变表示0。还有一种是差分曼彻斯特编码，每位中间的跳变仅提供时钟定时，而用每位开始时有无跳变表示0或1，有跳变为0，无跳变为1。 曼彻斯特编码提供了一种简单的方法在长时间段内没有电平跳变的情况下，仍然能够对任意的二进制序列进行编码，并且防止在这种情况下同步时钟信号的丢失以及防止低通模拟电路中低频直流飘移所引起的比特错误。如果保证传送的编码交流信号的直流分量为零并且能够防止中继信号的基线漂移，那么很容易实现信号的恢复和防止能量的浪费。曼彻斯

5、特码具有丰富的位定时信息。在物理层的同步时钟编码技术用来将时钟和数据编码统一在一个同步比特数据流中。在这项技术中,在电缆上被传送的真实二元数据不是以一连串的逻辑序列1或者0来表示的(这项技术也是一种不归零码NRZ）。这些要传送的数据比特被转换成一个略微不同格式,比起直接用二进制码(i.e. NRZ)来有许多的优势。在曼彻斯特编码方案中,比特周期中间的0到1跳变表示逻辑0，比特周期中间的1到0的跳变表示逻辑1。注意信号跳变不一定在bitboundaries比特边界（一个比特和另外一个比特)之间的分界线，但是总是发生在每个比特的中间位置.曼彻斯特编码的规则列出如下表1所示。表1初始数据发送的值逻辑

6、11到0（比特中心向上跳变）逻辑00到1（比特中心向下跳变） Manchester编码的实现可以是硬件的也可以是软件的，在本课题中主要采用的MAXPLUS软件，利用VHDL语言对程序进行编写和仿真，对软件实现的情况下，将程序下载到FPGA平台进行硬件实现。 曼彻斯特编码的缺点在于为每一比特进行电平跳变的结果是曼彻斯特信号编码所要求的带宽相比异步通讯要高一倍，并且其频谱也更宽。虽然曼彻斯特编码是一种高度可靠的通信方式,带宽要求被视为其不利之处，在达到的同样的目标的情况下，其更好的编码表现和更小带宽要求使得最现代化的通讯协议随着更现化的线性编码不断发展。2 曼彻斯特码的各方面应用曼彻斯特编码已经被

7、许多高效率且被广泛使用的电信标准所采用，例如以太网电讯标准. 曼彻斯特编码是一种超越传统数字传输的信道编码技术，由于其具有隐含时钟、去除了零频率信号的特性使得它在石油勘探测井中也得到广泛的应用。在1949年第一次提出了的曼彻斯特编码方案，是一个被应用在物理层的同步时钟编码技术用来将时钟和数据编码统一在一个同步比特数据流中。在这项技术中,在电缆上被传送的真实二元数据不是以一连串的逻辑序列1或者0来表示的(这项技术也是一种不归零码NRZ）。这些要传送的数据比特被转换成一个略微不同格式,比起直接用二进制码(i.e. NRZ)来有许多的优势。在曼彻斯特编码方案中,比特周期中间的0到1跳变表示逻辑0，比

8、特周期中间的1到0的跳变表示逻辑1。注意信号跳变不一定在bitboundaries比特边界（一个比特和另外一个比特)之间的分界线，但是总是发生在每个比特的中间位置。曼彻斯特码由于其特殊的性能，被广泛应用于小功率无线传输系统中。曼彻斯特编码是申行数据传输的一种重耍的编码方式。曼彻斯特编码最大的优点是:数据和同步时钟统一编码，曼码中含有丰富的时钟信号，直流分量基本为零，接收器能够较容易恢复同步时钟，并同步解调出数据，具有很好的抗干扰性能，这使它更适合于信道传输。IEEE802.4令牌总线标准采用了此种传输技术。曼彻斯特编码被使用作一个以太网局域网的物理层,对于一个以太网局域网用同轴电缆作为传输介质

9、，额外的带宽不是重要的问题。CAT5e缆线的带宽有限，为了达到100 Mbps的数据速率需要更高效率的编码方法，必要使用一个4b/5b MLT编码方案。它使用(代替曼彻斯特编码使用的两个电平值)三个信号电平值，因此可以实现100 Mbps信号的数据速率且只需要占仅31 MHz的带宽. IEEE-802.3u规范采用三电平符号传输系统取代10BaseT的二电平曼彻斯特编码，能实现快速以太网的兼容性。这种方案采用一种最初为FDDI（光纤分布式数据接口）系统开发的4B/5B编码。这种编码将4位数据半字节转换为5位编码，用以实现错误检测和增加控制码，例如数据流起始和终止定界符。将符号率提高到125 M

10、bps，可补偿4B/5B内在的20%数据传输效率，但是这种带宽增加所产生的频谱会被曼彻斯特编码扩展到数百兆赫。衰减损耗和EMC问题使这种方法无法使用，所以100BaseTX使用了MLT-3（多电平转换三电平）载波。吉比特以太网使用五电平值和8b/10b编码方案，在有限的电缆带宽下更有效率，在100 MHz的带宽以内提供1Gbps的数据速率。曼彻斯特码在测井方面也有广泛应用。测井技术发展到今天，已经发生了很大的变化：一是由模拟测井技术发展到了数字测井技术；二是由数字测井技术发展到了数控测井技术。进入90年代，成像测井技术获得了较大的发展，测井系统中需要传送的数据信息量越来越大，为此必须解决数据的

11、高速传输与正确接收两个问题，如相关编码技术、缆芯多路复用技术、基带均衡技术等用以提高数据传输速率和降低误码率.在测井数据传输系统中，由于曼彻斯特码既能提供足够的定时分量，又无直流漂移，编码过程相对简单，因而曼彻斯特（Manchester）码是测井数据传输中常用的编码方式之一。 目前，在实际的工程测井中，常采用Manchester编译码器HD-15530把测井数据转换为Manchester码及把Manchester码解码为数据.由于HD-15530发送数据输入及接受数据输出均为串行方式，并且Manchester编码、解码是以16位数据为基本单位，逻辑上要求使用16位的并入串出移位寄存器和16位的

12、串入并出移位寄存器与单片机接口，这样硬件结构比较复杂，仪器成本较高.考虑到测井数据传输速率不高，可用单片机软件来实现Manchester编码和解码功能. 在油田测井中，井下仪在井下采集大量信息，并传送给地面测井系统；但井下仪到地面段信道的传输性能并不好，常用的NRZ码不适合在这样的信道里传输，而且NRZ码含有丰富的直流分量，容易引起滚筒的磁化，因而选用了另外一种编码 曼彻斯特码。曼彻斯特编码串行数据传输的一种重要的编码方式。和最常用的NRZ码相比，曼彻斯特码具有很多优点。例如，消除了NRZ码的直流成分，具有时钟恢复和更好的抗干扰性能，这使它更适合于信道传输。3 曼彻斯特码与差分曼彻斯特码曼彻斯

13、特编码，常用于局域网传输。在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从高到低跳变表示1，从低到高跳变表示0。还有一种是差分曼彻斯特编码，每位中间的跳变仅提供时钟定时，而用每位开始时有无跳变表示0或1，有跳变为0，无跳变为1。两种曼彻斯特编码是将时钟和数据包含在数据流中，在传输代码信息的同时，也将时钟同步信号一起传输到对方，每位编码中有一跳变，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良好的抗干扰性能。但每一个码元都被调成两个电平，所以数据传输速率只有调制速率的1/2。就是说主要用在数据同步传输的一种编码方式。在曼彻斯特编码中，用电压跳变的相位不同来区分1和0，即

14、用正的电压跳变表示0，用负的电压跳变表示1。因此，这种编码也称为相应编码。由于跳变都发生在每一个码元的中间，接收端可以方便地利用它作为位同步时钟，因此，这种编码也称为自同步编码。曼彻斯特编码的编码规则是: 在信号位中电平从低到高跳变表示1 ，在信号位中电平从高到低跳变表示0 。差分曼彻斯特编码的编码规则是: 在信号位开始时不改变信号极性，表示辑1 ，在信号位开始时改变信号极性，表示逻辑0 。曼切斯特和差分曼切斯特编码是原理基本相同的两种编码，后者是前者的改进。他们的特征是在传输的每一位信息中都带有位同步时钟，因此一次传输可以允许有很长的数据位。 曼切斯特编码的每个比特位在时钟周期内只占一半，当传输“1”时，在时钟周期的前一半为高电平，后一半为低电平；而传输“0”时正相反。这样，每个时钟周期内必有一次跳变，这种跳变就是位同步信号。 差分曼切斯特编码是曼切斯特编码的改进。它在每个时钟位的中间都有一次跳变，传输的是“1”还是“0”，是在每个时钟位的开始有无跳变来区分的。 差分曼切斯特编码比曼切斯特编码的变化要少，因此更适合与传输高速的信息，被广泛用于宽带高速网中。然而，由于每个时钟位都必须有一次变化，所以这两种编码的效率仅可达到50%左右。