物理層的編碼分類,物理介質相關編碼

2020-11-30 電子發燒友

物理層的編碼分類,物理介質相關編碼

李倩 發表於 2018-03-22 16:11:45

前言

通信線路的編碼就像商品的包裝，商品包裝的目的是使商品更適合運輸，在運輸過程中不受損，同樣，線路編碼的目的就是使編碼後的二進位數據更適合線路傳輸。

物理層的編碼分類：

一類是和物理介質相關，常用的光接口碼型有NRZ、NRZI；電接口碼型有HDB3、BnZS、CMI、Manchester、MLT-3。

另一類和物理介質無關，比如百兆乙太網用的4B/5B編碼，千兆乙太網用的8B/10B編碼，萬兆乙太網用的64B/66B編碼。本文不再描述。

物理介質相關編碼如下

NRZ碼：

NRZ即Non-Return to Zero Code, 非歸零碼，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點位分別二進位的「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。

NRZI碼：

NRZI即Non-Return to Zero Inverted，非歸零反轉碼，光接口100Base-FX使用此碼型。編碼不改變信號速率。NRZI編碼規則：1).如果下一個輸入二進位位是「1」，則下一個編碼後的電平是當前電平跳變後的電平；2).如果下一個輸入二進位位是「0」，則編碼後的電平與當前保持一致。

NRZ和NRZI都是單極性碼，即都只有正電平和零電平，沒有負電平，所以NRZ和NRZI碼中有很多直流成份，不適合電路傳輸，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。

MLT-3碼

MLT-3即Multi-Level Transmit -3，多電平傳輸碼，MLT-3碼跟NRZI碼有點類型，其特點都是逢「1」跳變，逢「0」保持不變，並且編碼後不改變信號速率。如NRZI碼不同的是，MLT-3是雙極性碼，有」-1」、「0」、「1」三種電平，編碼後直流成份大大減少，可以進行電路傳輸，100Base-TX採用此碼型。MLT-3編碼規則：1).如果下一輸入為「0」，則電平保持不變；2).如果下一輸入為「1」，則產生跳變，此時又分兩種情況。  (a).如果前一輸出是「＋1」或「－1」，則下一輸出為「0」；  (b).如果前一輸出非「0」，其信號極性和最近一個非「0」相反。

AMI碼

AMI即Alternate Mark Inversion，信號交替反轉碼，典型的雙極性碼，AMI類型的編碼有HDB3、B3ZS、B8ZS等。AMI編碼規則：輸入的「0」仍然是0，輸入的「1」交替的變換為+1、-1。AMI編碼如下圖所示：

AMI能保證編碼後無直流分量，但AMI本身無法保長連「0」和長連「1」出現。這就出現HDB3、B3ZS、B8ZS，這三種編碼成功彌補了AMI碼的這種缺陷。

HDB3碼

HDB3即High Density Bipolar of order 3 code，三階高密度雙極性碼。

編碼規則：1).當原碼沒有四個以上連「0」串時，AMI碼就是HDB3碼。2).當出現四個以上連「0」串時，將第四個「0」變成與其前面一非「0」同極性的符號，由於這個符號破壞了極性交替反轉的規則，因此叫做破壞符號，用V符號表示(+1為+V，-1為-V)，相鄰的V符號也需要極性交替。3).當V符號之間有奇數個非「0」時，是能滿足交替的，如為偶數，則不能滿足，這時再將該小段的第一個「0」變成「＋B」或「－B」，B符號與前一個非「0」符號相反，並讓後面的非「0」符號從V符號開始交替變化。HDB3碼如下圖所示：

換一種更好記的方法：兩V碼之間原始碼非「0」個數為為奇數時，用000V代替0000，為偶數時，用B00V代替0000，B00V之後，原始極性碼必須與V碼極性相反。如下圖所示：

B3ZS碼

B3ZS即Bipolar with three-zero substitution，三階雙極性碼，T3線路用此編碼。編碼規則與HDB3相同，只是編碼後能允許最多連「0」的個數從HDB3的三個減小到兩個。B3ZS碼如下所示：

B8ZS碼

B8ZS即Bipolar with eigth-zero substitution，八階雙極性碼，如果源碼中沒有8個或以上連「0」串時，這時AMI碼就是B8ZS碼，如果有8個或以上連「0」時，將8個「0」替換成「000VB0VB」，其他規則同HDB3碼。T1線路採用此編碼。如下所示：

CMI碼

CMI即Code Mark Inversion，信號反轉碼。編碼規則：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。如下圖所示：

Manchester碼

使用電平從+1到-1的變化表示「0」，使用電平從-1到+1的變化表示「1」,編碼效率低，只有50％，同CMI一樣，是拿帶寬換取傳輸特性，10Base-T使用此編碼。

如下圖所示：

各種鏈路與碼型對應表：

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