物理层的编码分类,物理介质相关编码

前言

通信线路的编码就像商品的包装，商品包装的目的是使商品更适合运输，在运输过程中不受损，同样，线路编码的目的就是使编码后的二进制数据更适合线路传输。

物理层的编码分类：

一类是和物理介质相关，常用的光接口码型有NRZ、NRZI；电接口码型有HDB3、BnZS、CMI、Manchester、MLT-3。

另一类和物理介质无关，比如百兆以太网用的4B/5B编码，千兆以太网用的8B/10B编码，万兆以太网用的64B/66B编码。本文不再描述。

物理介质相关编码如下

NRZ码：

NRZ即Non-Return to Zero Code, 非归零码，光接口STM-NO、1000Base-SX、1000Base-LX采用此码型。NRZ是一种很简单的编码方式，用0电位和1点位分别二进制的“0”和“1”，编码后速率不变，有很明显的直流成份，不适合电接口传输。

NRZI码：

NRZI即Non-Return to Zero Inverted，非归零反转码，光接口100Base-FX使用此码型。编码不改变信号速率。NRZI编码规则：1).如果下一个输入二进制位是“1”，则下一个编码后的电平是当前电平跳变后的电平；2).如果下一个输入二进制位是“0”，则编码后的电平与当前保持一致。

NRZ和NRZI都是单极性码，即都只有正电平和零电平，没有负电平，所以NRZ和NRZI码中有很多直流成份，不适合电路传输，并且NRZ和NRZI编码本身不能保证信号中不包含长连“0”或长连“1”出现，不利于时钟恢复。

MLT-3码

MLT-3即Multi-Level Transmit -3，多电平传输码，MLT-3码跟NRZI码有点类型，其特点都是逢“1”跳变，逢“0”保持不变，并且编码后不改变信号速率。如NRZI码不同的是，MLT-3是双极性码，有”-1”、“0”、“1”三种电平，编码后直流成份大大减少，可以进行电路传输，100Base-TX采用此码型。MLT-3编码规则：1).如果下一输入为“0”，则电平保持不变；2).如果下一输入为“1”，则产生跳变，此时又分两种情况。(a).如果前一输出是“＋1”或“－1”，则下一输出为“0”；(b).如果前一输出非“0”，其信号极性和最近一个非“0”相反。

AMI码

AMI即Alternate Mark Inversion，信号交替反转码，典型的双极性码，AMI类型的编码有HDB3、B3ZS、B8ZS等。AMI编码规则：输入的“0”仍然是0，输入的“1”交替的变换为+1、-1。AMI编码如下图所示：

AMI能保证编码后无直流分量，但AMI本身无法保长连“0”和长连“1”出现。这就出现HDB3、B3ZS、B8ZS，这三种编码成功弥补了AMI码的这种缺陷。

HDB3码

HDB3即High Density Bipolar of order 3 code，三阶高密度双极性码。

编码规则：1).当原码没有四个以上连“0”串时，AMI码就是HDB3码。2).当出现四个以上连“0”串时，将第四个“0”变成与其前面一非“0”同极性的符号，由于这个符号破坏了极性交替反转的规则，因此叫做破坏符号，用V符号表示(+1为+V，-1为-V)，相邻的V符号也需要极性交替。3).当V符号之间有奇数个非“0”时，是能满足交替的，如为偶数，则不能满足，这时再将该小段的第一个“0”变成“＋B”或“－B”，B符号与前一个非“0”符号相反，并让后面的非“0”符号从V符号开始交替变化。HDB3码如下图所示：

换一种更好记的方法：两V码之间原始码非“0”个数为为奇数时，用000V代替0000，为偶数时，用B00V代替0000，B00V之后，原始极性码必须与V码极性相反。如下图所示：

B3ZS码

B3ZS即Bipolar with three-zero substitution，三阶双极性码，T3线路用此编码。编码规则与HDB3相同，只是编码后能允许最多连“0”的个数从HDB3的三个减小到两个。B3ZS码如下所示：

B8ZS码

B8ZS即Bipolar with eigth-zero substitution，八阶双极性码，如果源码中没有8个或以上连“0”串时，这时AMI码就是B8ZS码，如果有8个或以上连“0”时，将8个“0”替换成“000VB0VB”，其他规则同HDB3码。T1线路采用此编码。如下所示：

CMI码

CMI即Code Mark Inversion，信号反转码。编码规则：输入的“1”交替用-1和+1表示，“0”用电平从-1到+1的跳变表示，也就是一个上升沿。E4和SMT-1e线路采用此编码，编码后信号速率被提高，其实是以牺牲带宽来换取传输特性。如下图所示：

Manchester码

使用电平从+1到-1的变化表示“0”，使用电平从-1到+1的变化表示“1”,编码效率低，只有50％，同CMI一样，是拿带宽换取传输特性，10Base-T使用此编码。

如下图所示：

各种链路与码型对应表：