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4B/5B编码原理

2018-05-17 08:00 星期四 所属: 大数据教程 浏览:3371

  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。那这时候我们就要了解了解4B/5B编码了,来吧,小编带你学习咯!
  在IEEE 802.9a等时以太网标准中的4B:5B编码方案,因其效率高和容易实现而被采用。在同样的20MHz钟频下,利用4B:5B编码可以在10兆位/秒的10 Base-T电缆上得到16兆位/秒的带宽。其优势是可想而知的。4B:5B编码方案是把数据转换成5位符号,供传输。这些符号保持线路的交流(AC)平衡,在传输中,其波形的频谱为最小。信号的直流(DC)分量变化小于额定中心点的10%。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。
  什么是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。

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。
  TAXI 4B/5B
  用于ATM网络和FDDI局域网的4-字节/5-字节异步透明反射机/接收机接口方案。在多模光纤上可支持速率达到100 Mbps。TAXI是芯片集,在多模光纤上产生4B/5B编码。
  4B/5B local fiber
  指的是4字节/5字节的局部光纤。它是用于FDDI和ATM的光纤信道物理介质,它支持在多模光纤上高达100 Mbps的速率 。
  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。

Manchester(曼切斯特)
  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 
  8B/10B,也叫做8字节/10字节或8B10B。8B/10B方式最初由IBM公司于1983年发明并应用于ESCON(200M互连系统),由Al Widmer和Peter Franaszek在IBM的刊物“研究与开发”上描述。
  8b/10b编码的特性之一是保证DC 平衡,采用8b/10b编码方式,可使得发送的“0”、“1”数量保持基本一致,连续的“1”或“0”不超过5位,即每5个连续的“1”或“0”后必须插入一位“0”或“1”,从而保证信号DC平衡,它就是说,在链路超时时不致发生DC失调。通过8b/10b编码,可以保证传输的数据串在接收端能够被正确复原,除此之外,利用一些特殊的代码( 在PCI-Express总线中为K码) ,可以帮助接收端进行还原的工作,并且可以在早期发现数据位的传输错误,抑制错误继续发生。
  8b/10b编码是将一组连续的8位数据分解成两组数据,一组3位,一组5位,经过编码后分别成为一组4位的代码和一组6位的代码,从而组成一组10位的数据发送出去。相反,解码是将1组10位的输入数据经过变换得到8位数据位。数据值可以统一的表示为DX.Y或KX.Y,其中D表示为数据代码,K表示为特殊的命令代码,X表示输入的原始数据的低5位EDCBA,Y 表示输入的原始数据的高3位HGF。
  8b/10b编码是目前许多高速串行总线采用的编码机制,如 USB3.0、1394b、Serial ATA、PCI Express、Infini-band、Fiber Channel、RapidIO等总线或网络等。
  曼彻斯特编码(Manchester Encoding),也叫做相位编码(PE),是一个同步时钟编码技术,被物理层使用来编码一个同步位流的时钟和数据。曼彻斯特编码被用在以太网媒介系统中。曼彻斯特编码提供一个简单的方式给编码简单的二进制序列而没有长的周期没有转换级别,因而防止时钟同步的丢失,或来自低频率位移在贫乏补偿的模拟链接位错误。在这个技术下,实际上的二进制数据被传输通过这个电缆,不是作为一个序列的逻辑1或0来发送的(技术上叫做反向不归零制(NRZ))。相反地,这些位被转换为一个稍微不同的格式,它通过使用直接的二进制编码有很多的优点。

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曼彻斯特编码
  PCM 脉冲编码调制是Pulse Code Modulation的缩写。(又叫脉冲编码调制):数字通信的编码方式之一。主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间进行取样,使其离散化,同时将抽样值按分层单位四舍五人取整量化,同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值。
  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”;
  以上就是4B/5B的主要内容了,大家是不是都掌握了呢!如果哪里描述的不好的,请进行补充哦!虚心请教。小编带你在课课家教育里遨游!

 

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