數字-數字編碼中的極性碼技術深度解析

極性碼採用兩個電壓值編碼：正電平代表一種信號邏輯狀態，負電平代表另一種狀態。極性碼包括：歸零碼、不歸零碼、雙相位碼、塊編碼等。下面就進行詳細介紹。

RZ Encoding

歸零編碼使用兩組電平值：正-零，負-零。

信號變化不是發生在比特之間而是發生在每個比特內。在每個比特間隙的中段，信號將歸零。比特「1」實際上是用正電平跳變到零表示，比特「0」則用負電平跳變到零表示，而不是僅僅通過電平的正負來表示。在每個比特內產生信號變化可以解決同步問題。但這種編碼方案中每比特需要兩次信號變化，從而佔用了更多的帶寬。

NRZ Encoding

用兩個電壓來表示兩個二進位數字。例如，單極性NRZ：無電壓表示數字0，恆定的正電壓表示數字1；雙極性NRZ：恆定的正電壓表示數字1，恆定的負電壓表示數字0。光接口STM-NO、1000Base-SX、1000Base-LX採用此碼型。NRZ是一種很簡單的編碼方式，用0電位和1電位分別表示二進位的「0」和「1」，編碼後速率不變，有很明顯的直流成份，不適合電接口傳輸，並且NRZ和NRZI編碼本身不能保證信號中不包含長連「0」或長連「1」出現，不利於時鐘恢復。

USB接口使用的NRZI編碼規則是遇到比特0時發生跳變，遇到比特1時保持不變。為了防止長『1』的出現，採用位填充。

目前，絕大多數的信號均採用了非歸零碼（NRZ）的編碼方式，這種方式可以降低信號的譜寬，但由於佔空比較大，前後脈衝的間隔較小，較容易發生重疊，造成碼間串擾。而歸零碼（RZ）的佔空比通常只有普通非歸零碼的34％～67％，拉開了相鄰脈衝的間隔，在信號平均能量不變的基礎上，大大提高了峰值功率，為接收端提供了更高的光信噪比，同時也提高了對光纖中極化模色散造成的時延的抵抗能力。朗訊科技公司在其最新的40G遠距離傳輸技術採用了一種稱為載波抑制的歸零碼調製技術(CSRZ)，該技術可以最大程度地減小編碼造成的頻譜展寬，同時保留了歸零碼所擁有的一切優點。

CMI Encoding

CMI即Code Mark Inversion，信號反轉碼。

編碼規則如下：輸入的「1」交替用-1和+1表示，「0」用電平從-1到+1的跳變表示，也就是一個上升沿。E4和SMT-1e線路採用此編碼，編碼後信號速率被提高，其實是以犧牲帶寬來換取傳輸特性。

Biphase Encoding

現代網絡中常用的雙相位編碼方式：曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼。信號在比特間隔中發生改變但並不歸零，它是解決同步問題的最佳方案。

曼徹斯特編碼的每個比特間隔的中間位置處都存在一個跳變。這種中間處的跳變既含有時鐘信息，也含有數據信息：從低到高的跳變代表1，從高到低的跳變代表0(有些系統也可能相反)。
差分曼徹斯特編碼的比特間隔中間位置處的跳變僅含有時鐘信息。在比特間隔開始處如果出現跳變表示0，如果沒有跳變表示1。

曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼每個比特需要多達兩次信號狀態跳變，10Mbps的數據率將使線路上信號狀態每秒變化20M次(20M波特)，編碼效率只有50%（常用於10Mbps的LAN中）。

曼徹斯特編碼是IEEE 802.3（以太區域網）標準規定的編碼（使用同軸電纜和雙絞線），標準乙太網（10base-T）採用這種編碼方式。。差分曼徹斯特編碼是IEEE802.5（令牌區域網）標準規定的編碼（使用屏蔽雙絞線）。

Block Encoding

塊編碼主要是指nB/mB（一般n小於m）的編碼形式，即以n比特為一組進行編碼，編碼位數為m，其編碼效率為n/m。

4b/5b編碼以4個比特為一組進行編碼，編碼位數為5個。其編碼效率達80%（100Mbps→125Mbps）。

4b/5b編碼確保無論4比特符號為何種組合(包括全「0」)，其對應的5比特編碼中至少有2位「1」，從而保證所傳輸的這組信號中至少發生兩次跳變，以利於接收端的時鐘提取。

為了得到信號同步，可以採用二級編碼的方法。即先按4b/5b編碼，然後再利用NRZI編碼。

4b/5b編碼用於百兆位乙太網和FDDI網等。此外，還有可用於千兆位乙太網的8b/10b（在多模光纖上支持高達149.76Mbps速率）等編碼技術。

4b/5b編碼從25=32個可能的編碼中取出24=16個來表示0～F，使每組編碼中0的個數不超過3個，1的個數不少於2個。

常用的塊編碼還有8b/10b、64b/66b、128b/130b等。