物理層的編碼分類,物理介質(zhì)相關(guān)編碼

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(yùn)輸，在運(yùn)輸過(guò)程中不受損，同樣，線路編碼的目的就是使編碼后的二進(jìn)制數(shù)據(jù)更適合線路傳輸。

物理層的編碼分類：

一類是和物理介質(zhì)相關(guān)，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(zhì)無(wú)關(guān)，比如百兆以太網(wǎng)用的4B/5B編碼，千兆以太網(wǎng)用的8B/10B編碼，萬(wàn)兆以太網(wǎng)用的64B/66B編碼。本文不再描述。

物理介質(zhì)相關(guān)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采用此碼型。NRZ是一種很簡(jiǎn)單的編碼方式，用0電位和1點(diǎn)位分別二進(jìn)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。

NRZI碼：

NRZI即Non-Return to Zero Inverted，非歸零反轉(zhuǎn)碼，光接口100Base-FX使用此碼型。編碼不改變信號(hào)速率。NRZI編碼規(guī)則：1).如果下一個(gè)輸入二進(jìn)制位是“1”，則下一個(gè)編碼后的電平是當(dāng)前電平跳變后的電平；2).如果下一個(gè)輸入二進(jìn)制位是“0”，則編碼后的電平與當(dāng)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(fù)電平，所以NRZ和NRZI碼中有很多直流成份，不適合電路傳輸，并且NRZ和NRZI編碼本身不能保證信號(hào)中不包含長(zhǎng)連“0”或長(zhǎng)連“1”出現(xiàn)，不利于時(shí)鐘恢復(fù)。

MLT-3碼

MLT-3即Multi-Level Transmit -3，多電平傳輸碼，MLT-3碼跟NRZI碼有點(diǎn)類型，其特點(diǎn)都是逢“1”跳變，逢“0”保持不變，并且編碼后不改變信號(hào)速率。如NRZI碼不同的是，MLT-3是雙極性碼，有”-1”、“0”、“1”三種電平，編碼后直流成份大大減少，可以進(jìn)行電路傳輸，100Base-TX采用此碼型。MLT-3編碼規(guī)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(chǎn)生跳變，此時(shí)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(hào)極性和最近一個(gè)非“0”相反。

AMI碼

AMI即Alternate Mark Inversion，信號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼，典型的雙極性碼，AMI類型的編碼有HDB3、B3ZS、B8ZS等。AMI編碼規(guī)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能保證編碼后無(wú)直流分量，但AMI本身無(wú)法保長(zhǎng)連“0”和長(zhǎng)連“1”出現(xiàn)。這就出現(xiàn)HDB3、B3ZS、B8ZS，這三種編碼成功彌補(bǔ)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(guī)則：1).當(dāng)原碼沒有四個(gè)以上連“0”串時(shí)，AMI碼就是HDB3碼。2).當(dāng)出現(xiàn)四個(gè)以上連“0”串時(shí)，將第四個(gè)“0”變成與其前面一非“0”同極性的符號(hào)，由于這個(gè)符號(hào)破壞了極性交替反轉(zhuǎn)的規(guī)則，因此叫做破壞符號(hào)，用V符號(hào)表示(+1為+V，-1為-V)，相鄰的V符號(hào)也需要極性交替。3).當(dāng)V符號(hào)之間有奇數(shù)個(gè)非“0”時(shí)，是能滿足交替的，如為偶數(shù)，則不能滿足，這時(shí)再將該小段的第一個(gè)“0”變成“＋B”或“－B”，B符號(hào)與前一個(gè)非“0”符號(hào)相反，并讓后面的非“0”符號(hào)從V符號(hào)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(gè)數(shù)為為奇數(shù)時(shí)，用000V代替0000，為偶數(shù)時(shí)，用B00V代替0000，B00V之后，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(guī)則與HDB3相同，只是編碼后能允許最多連“0”的個(gè)數(shù)從HDB3的三個(gè)減小到兩個(gè)。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(gè)或以上連“0”串時(shí)，這時(shí)AMI碼就是B8ZS碼，如果有8個(gè)或以上連“0”時(shí)，將8個(gè)“0”替換成“000VB0VB”，其他規(guī)則同HDB3碼。T1線路采用此編碼。如下所示：

CMI碼

CMI即Code Mark Inversion，信號(hào)反轉(zhuǎn)碼。編碼規(guī)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(gè)上升沿。E4和SMT-1e線路采用此編碼，編碼后信號(hào)速率被提高，其實(shí)是以犧牲帶寬來(lái)?yè)Q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(duì)應(yīng)表：