數(shù)字-數(shù)字編碼中的極性碼技術深度解析

極性碼采用兩個電壓值編碼：正電平代表一種信號邏輯狀態(tài)，負電平代表另一種狀態(tài)。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(fā)生在比特之間而是發(fā)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，從而占用了更多的帶寬。

NRZ Encoding

用兩個電壓來表示兩個二進制數(shù)字。例如，單極性NRZ：無電壓表示數(shù)字0，恒定的正電壓表示數(shù)字1；雙極性NRZ：恒定的正電壓表示數(shù)字1，恒定的負電壓表示數(shù)字0。光接口STM-NO、1000Base-SX、1000Base-LX采用此碼型。NRZ是一種很簡單的編碼方式，用0電位和1電位分別表示二進制的“0”和“1”，編碼后速率不變，有很明顯的直流成份，不適合電接口傳輸，并且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(xiàn)，不利于時鐘恢復。

USB接口使用的NRZI編碼規(guī)則是遇到比特0時發(fā)生跳變，遇到比特1時保持不變。為了防止長‘1’的出現(xiàn)，采用位填充。

目前，絕大多數(shù)的信號均采用了非歸零碼（NRZ）的編碼方式，這種方式可以降低信號的譜寬，但由于占空比較大，前后脈沖的間隔較小，較容易發(fā)生重疊，造成碼間串擾。而歸零碼（RZ）的占空比通常只有普通非歸零碼的34％～67％，拉開了相鄰脈沖的間隔，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遠距離傳輸技術采用了一種稱為載波抑制的歸零碼調制技術(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(yōu)點。

CMI Encoding

CMI即Code Mark Inversion，信號反轉碼。

編碼規(guī)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線路采用此編碼，編碼后信號速率被提高，其實是以犧牲帶寬來換取傳輸特性。

Biphase Encoding

現(xiàn)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(fā)生改變但并不歸零，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(shù)據(jù)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(tǒng)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(xiàn)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(tài)跳變，10Mbps的數(shù)據(jù)率將使線路上信號狀態(tài)每秒變化20M次(20M波特)，編碼效率只有50%（常用于10Mbps的LAN中）。

曼徹斯特編碼是IEEE 802.3（以太局域網）標準規(guī)定的編碼（使用同軸電纜和雙絞線），標準以太網（10base-T）采用這種編碼方式。。差分曼徹斯特編碼是IEEE802.5（令牌局域網）標準規(guī)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小于m）的編碼形式，即以n比特為一組進行編碼，編碼位數(shù)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(shù)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?shù)倪@組信號中至少發(fā)生兩次跳變，以利于接收端的時鐘提取。

為了得到信號同步，可以采用二級編碼的方法。即先按4b/5b編碼，然后再利用NRZI編碼。

4b/5b編碼用于百兆位以太網和FDDI網等。此外，還有可用于千兆位以太網的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(shù)不超過3個，1的個數(shù)不少于2個。

常用的塊編碼還有8b/10b、64b/66b、128b/130b等。