4B/5B 编码?
4B/5B 编码是百兆以太网(即快速以太网)中线路层编码类型之一,就是用 5bit 的二进制数来表示 4bit 二进制数,映射方式如下表所示:
为什么要进行 4B/5B 编码?
在通信网络中,接收端需要从接收数据中恢复时钟信息来保证同步,这就需要线路中所传输的二进制码流有足够多的跳变,即不能有过多连续的高电平或低电平,否则无法
提取时钟信息。
Manchester(曼切斯特)编码可以保证线路中码流有充分的跳变,因为它是用电平从“-1”到“+1”的跳变来表示“1”,用电平从“+1”到“-1”的跳变来表示“0”,但是
这种编码方式的效率太低,只有 50%,相当于用线路的有效带宽来换取信号的跳变,十兆以太网就是使用 Manchester 编码,虽然线路的有效带宽只有 10Mbps,但实际带宽却
是 20Mbps。
百兆以太网用的 4B/5B 编码与 MLT-3 编码组合方式,发送码流先进行 4B/5B 编码,再进行 MLT-3 编码,最后再上线路传输;千兆以太网用的是 8B/10B 编码与 NRZ 编码组
合方式;万兆以太网用的是 64B/66B 编码;PCIE 3.0 用的是 128B/130B 编码。
4B/5B 编码规则有哪些?
4B/5B 编码其实就是用 5bit 的二进制码来代表 4bit 二进制码。此编码的效率是 80%,比 Manchester 码高。4B/5B 编码的目的在前面已经说过了,就是让码流产生足够多的跳
变。4 位二进制共有 16 种组合,5 位二进制共有 32 种组合,如何从 32 种组合种选取 16 种来使用呢?这里需要满足两个规则:
1). 每个 5 比特码组中不含多于 3 个“0”;
2). 或者 5 比特码组中包含不少于 2 个“1”;
此规则是怎么来的?这就要从 MLT-3 码的特点来解释了。MLT-3 码的特点简单的说就是:逢“1”跳变,逢“0”不跳变。为了让 4B/5B 编码后的码流中有足够多的跳变就需
要编码后的码流中有尽量多的“1”和尽量少的“0”。
这种编码的特点是将欲发送的数据流每 4bit 作为一个组,然后按照 4B/5B 编码规则将其转换成相应 5bit 码。5bit 码共有 32 种 组合,但只采用其中的 16 种对应 4bit 码的
16 种,其他的 16 种或者未用或者用作控制码,以表示帧的开始和结束、光纤线路的状态(静止、空闲、暂停) 等。三种应用实例是 FDDI、100BASE-TX 和 100BASE-FX8B/10B
编码与 4B/5B 的概念类似,例如在千兆以太网中就采用了 8B/10B 的编码方式。
4B/5B 编码是在百兆位快速以太网的光纤分布式数据接口(FDDI,Fiber Distributed Data Interface)中采用的信息编码方案。这种编码的特点是将欲发送的数据流每 4bit
作为一个组,每四位二进制代码由 5 位编码表示,这 5 位编码称为编 码组(code group),并且由 NRZI 方式传输。
4B/5B 编码是在百兆位快速以太网的光纤分布式数据接口(FDDI,Fiber Distributed Data Interface)中采用的信息编码方案。这种编码的特点是将欲发送的数据流每 4bit
作为一个组,每四位二进制代码由 5 位编码表示,这 5 位编码称为编 码组(code group),并且由 NRZI 方式传输。
在通信系统中,通信速度与线路传输中的调制速率,所谓调制速率是指单位时间内线路状态变化的数目,以波特(baud)为单位。实用 4B/5B 码的最大优点是能够在很大程
度上降低线路传输中的调制速率降低调制速率,从而可以降低对线路的要求。
例如:如果采用曼彻斯特编码,在每个调制时间间隔内跳动两次,则数据传送速率是波特率将的二分之一。在快速以太网中,数据传输速率为 100Mbps,如果采用曼彻斯
特编码,波特率将达 200Mbps,对传输介质和设备的技术要求都将提高,增大了传输成本。如果使用 4B/5B 编码,在传 输速率为 100Mbps 的情况下,其调制速率为:100M÷(4/5)
=125M(baud)。即波特率为 125M baud,大大低于曼彻斯特编码时的 200M baud,这样就在快速以太网中使用非屏蔽双绞线成为可能。
4B/5B 编码表如下所示:
关于线路编码类型,如 NRZ、NRZI、HDB3、B3ZS、B8ZS、AMI、CMI、MLT-3、Manchester 等,以后会介绍。
RZ 编码(Return-to-zero Code),即归零编码。
在 RZ 编码中,正电平代表逻辑 1,负电平代表逻辑 0,并且,每传输完一位数据,信号返回到零电平,也就是说,信号线上会出现 3 种电平:正电平、负电平、零电平: