4B5b编码方案

4B/5B编码方案 在IEEE 802.9a等时以太网中的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－FX 8B/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。 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 。 4B/5B编码是一种冗余编码体制，用5比特的码组来编码4比特的输入数据。这种编码方式要求每个5比特码组中不含多于3个“0”，或者不会少于2个“1”。将5比特码组转换成电信号的波形采用了NRZI，即不归零制，且在每个比特“1”的持续期间的开始处都有电平跳变.该编码已广泛用于100Mbps以太网和FDDI环形网. FDDI网络是由许多通过光传送媒体连接成一个或多个逻辑环的站点组成的，因此与令牌环相类似地也是把信息发送到环上，从一个站到下一个站依次传递。当它经过指定的目的站时就被拷贝、接收，最后，发送信息的站再把信息从环上移走。因此FDDI标准和令牌环媒体访问控制标准IEEE 802.5十分接近。表6.3列出了FDDI和802.5的主要区别。                   表6.3 FDDI和802.5的区别 FDDI 802.5 光纤 屏蔽双绞线 100bps 4Mbps 可靠性规范 4B/5B 编码 差分曼彻斯特编码 分布式时钟 集中式时钟 令牌循环时间 优先和保留位 发送后产生新令牌 接收完后产生新令牌    6.8.1数据编码 FDDI规定了一种很特殊的定时和同步方法。在网络中使用的代码最好是那种信号状态变化频繁的代码，这些状态变化使得接收器能够持续地与输入信号相适应，这样就保证了发送设备和接收之间的同步。在IEEE 802.3标准中使用的曼彻斯特码只有50%的效率，因为每一比特都要求线路上有2次状态变化（即2波特）。如果采用曼彻斯特编码，那么100Mbit/s传输速率要求200M波特带宽，换言之，曼彻特编码需要发送数据的2倍带宽。    考虑到生产200MGz的接口和时钟设备会大大增加成本，ANSI设计了一种称为4B/5B的代码，在这种编码技术中，每次对四位数据进行编码，每四位数据编码成五位符号，用光的有和无代表五位符号中每一位是1还是0。对于100Mbps的光纤网只需125MHz的元件就可实现。使效率为80%，十分可观，大大节省了元件的费用。一对200MHz的LED和PIN元件比125MHz的元件要贵5~10倍。    为了得到信号同步采用二级编码的方法，先按4B/5B编码，然后再利用一种称为倒相的不归零制NRZI编码，其原理类似于第一章中介绍的差分编码。表6.4列出了4B/5B编码的数据编码部分，所有16个4位编码中，编码后的五位码中0的码都不超过三位，按NRZI编码原理，至少有两次瞬变，因此可得到足够的同步信息。 6.8.2时钟偏移   在一般的环型网中，有一个主时钟的集中式时钟方案，在绕环运行时，钟信号会偏移，每个站点产生的偏移，积累起来还是很可观的。为了消除种领衔现象，采用一种称为弹性的缓冲器来消除这种偏移。即使采用了这种措施，由于偏移积累的缘故，限制了环网的规模。   这种集中式时钟方案，对100Mbps高速率的光纤网是不适用的。100Mbps光纤网中每一位的时间10ns（而在4Mbps环网中，一位的时间为250ns），因此，时钟偏移的影响更严重，如采用集中式时钟方案，就需在每一个站点配置锁相电路，成本也很高，因此FDDI标准规定使用分布式时钟方案，每个站有独立的时钟和弹性缓冲器。进入站点缓冲器的数据时钟是按照输入信号的时钟确定的，但是，从缓冲器输出的信号时钟是根据站的时钟确定的，这种方案使环中中继器的数目不受时钟偏移因素的限制。      表6.4  4B/5B 编码（数据部分） 符 号 4位二进制数 4B/5B代码 0 0000 11110 1 0001 01001 2 0010 10100 3 0011 10101 4 0100 01010 5 0101 01001 6 0110 01110 7 0111 01111 8 1000 10010 9 1001 10011 10 1010 10110 11 1011 10111 12 1100 11010 13 1101 11011 14 1110 11100 15 1111 11101 总之，4B/5B编码方案，是把4bit的数据，根据表格转换成5bit的传输数据。