数字-数字编码中的极性码技术深度解析

极性码采用两个电压值编码：正电平代表一种信号逻辑状态，负电平代表另一种状态。极性码包括：归零码、不归零码、双相位码、块编码等。下面就进行详细介绍。

RZ Encoding

归零编码使用两组电平值：正-零，负-零。

信号变化不是发生在比特之间而是发生在每个比特内。在每个比特间隙的中段，信号将归零。比特“1”实际上是用正电平跳变到零表示，比特“0”则用负电平跳变到零表示，而不是仅仅通过电平的正负来表示。在每个比特内产生信号变化可以解决同步问题。但这种编码方案中每比特需要两次信号变化，从而占用了更多的带宽。

NRZ Encoding

用两个电压来表示两个二进制数字。例如，单极性NRZ：无电压表示数字0，恒定的正电压表示数字1；双极性NRZ：恒定的正电压表示数字1，恒定的负电压表示数字0。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电位分别表示二进制的“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，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。

USB接口使用的NRZI编码规则是遇到比特0时发生跳变，遇到比特1时保持不变。为了防止长‘1’的出现，采用位填充。

目前，绝大多数的信号均采用了非归零码（NRZ）的编码方式，这种方式可以降低信号的谱宽，但由于占空比较大，前后脉冲的间隔较小，较容易发生重叠，造成码间串扰。而归零码（RZ）的占空比通常只有普通非归零码的34％～67％，拉开了相邻脉冲的间隔，在信号平均能量不变的基础上，大大提高了峰值功率，为接收端提供了更高的光信噪比，同时也提高了对光纤中极化模色散造成的时延的抵抗能力。朗讯科技公司在其最新的40G远距离传输技术采用了一种称为载波抑制的归零码调制技术(CSRZ)，该技术可以最大程度地减小编码造成的频谱展宽，同时保留了归零码所拥有的一切优点。

CMI Encoding

CMI即Code Mark Inversion，信号反转码。

编码规则如下：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。

Biphase Encoding

现代网络中常用的双相位编码方式：曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。信号在比特间隔中发生改变但并不归零，它是解决同步问题的最佳方案。

曼彻斯特编码的每个比特间隔的中间位置处都存在一个跳变。这种中间处的跳变既含有时钟信息，也含有数据信息：从低到高的跳变代表1，从高到低的跳变代表0(有些系统也可能相反)。
差分曼彻斯特编码的比特间隔中间位置处的跳变仅含有时钟信息。在比特间隔开始处如果出现跳变表示0，如果没有跳变表示1。

曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码每个比特需要多达两次信号状态跳变，10Mbps的数据率将使线路上信号状态每秒变化20M次(20M波特)，编码效率只有50%（常用于10Mbps的LAN中）。

曼彻斯特编码是IEEE 802.3（以太局域网）标准规定的编码（使用同轴电缆和双绞线），标准以太网（10base-T）采用这种编码方式。。差分曼彻斯特编码是IEEE802.5（令牌局域网）标准规定的编码（使用屏蔽双绞线）。

Block Encoding

块编码主要是指nB/mB（一般n小于m）的编码形式，即以n比特为一组进行编码，编码位数为m，其编码效率为n/m。

4b/5b编码以4个比特为一组进行编码，编码位数为5个。其编码效率达80%（100Mbps→125Mbps）。

4b/5b编码确保无论4比特符号为何种组合(包括全“0”)，其对应的5比特编码中至少有2位“1”，从而保证所传输的这组信号中至少发生两次跳变，以利于接收端的时钟提取。

为了得到信号同步，可以采用二级编码的方法。即先按4b/5b编码，然后再利用NRZI编码。

4b/5b编码用于百兆位以太网和FDDI网等。此外，还有可用于千兆位以太网的8b/10b（在多模光纤上支持高达149.76Mbps速率）等编码技术。

4b/5b编码从25=32个可能的编码中取出24=16个来表示0～F，使每组编码中0的个数不超过3个，1的个数不少于2个。

常用的块编码还有8b/10b、64b/66b、128b/130b等。

编辑：hfy