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2B1Q 发布于:

2B1Q是一种四级脉冲幅度调制(Pulse Amplitude Modulatnon,PAM)技术,将一个2b数据调制成一个四进制数据信号,每一个信号对应线路中振幅和极性的4种变化之一。因此,信令速率为比特速率的一半,而传输速率提高了一倍。ISDN的主要调制技术是2B1Q,它是在交替传号反转(Alternate Mark Inversion,AMI)技术的基础上发展起来的基带调制技术,能够利用AMl一半的频带达到与AMI同样的传输速率。

2B1Q是在综合业务数字网(ISDN)基本速率接口(BRI)和高比特率数字用户线(HDSL)的U接口中使用的线路代码。2B1Q是没有冗余的四电平脉冲幅度调制(PAM-4)方案,将两个比特(2B)映射成一个四元符号(1Q) 。

为了最大限度地减少错误传播,根据格雷码将位对(双位)分配给电压电平,其编码规则如下:

如果电压被误读为相邻电平,则这仅导致解码数据中的1位错误。2B1Q代码不是DC平衡的。符号率是数据速率的一半。

2B1Q主要应用于ISDN、HDSL和SDSL等技术中。由于降低了对带宽的要求,提高了传输距离。在网络综合方面最早的尝试开始于20世纪80年代初期。首先提出了综合业务数字网(ISDN,Integrated Service Digital Network)的概念及技术。在ITU的建议中,ISDN是一种在数字电话网IDN(该网能够提供端到端的的数字连接)的基础上发展起来的通信网络,ISDN能够支持多种业务(包括电话业务以及非电话业务)。

1. 单极性码

在这种编码方案中,只用正的(或负的)电平表示数据。例如,在图2-3中我们用+3 V表示二进制数字“0”,而用 0 V表示二进制数字“1”。单极性码用在电传打字机(TTY)接口以及PC机与TTY兼容的接口中,这种代码需要单独的时钟信号配合定时,否则当传送一长串0或1时,发送机和接收机的时钟将无法同步。另外单极性码的抗噪声特性也不好,而且这种编码的功率谱中有丰富的低频分量,不能用于基带传输。

2. 极性码

在这种编码方案中,分别用正和负电平表示二进制数“0”和“1”,例如在图2-3中用+3 V表示二进制数字“0”,而用-3V表示二进制数字“1”。由于这种编码有正负极性的差别,因而抗干扰特性较好,但仍然需要另外的同步信号。另外,这种二元码中“1”或“0”分别对应某个电平,相邻电平不存在制约关系,没有纠错能力。

3. 归零码

在归零码(Return to Zero,RZ)中,码元中间的信号回归到0电平,因此任意两个码元之间被0电平隔开,与以上仅在码元之间有电平转换的编码方案相比,这种编码方案有更好的噪声抑制特性。因为噪声对电平的干扰比对电平转换的干扰要强,而这种编码方案是以识别电平转换边来判别“0”和“1”信号的。图2-3中表示出的是一种双极性归零码。可以看出,从正电平到零电平的转换边表示码元“0”,而从负电平到零电平的转换边表示码元“1”,同时每一位码元中间都有电平转换,使得这种编码成为自定时的编码。

4. 不归零码

整个码元期间电平保持不变的代码称为不归零码(Not Return to Zero,NRZ)。图2-3中所示的不归零码的规律是当“1”出现时电平翻转,当“0”出现时电平不翻转,也叫做见一就翻不归零码(NRZ-1)。这种代码也叫差分码,用于区别数据“1”和“0”的不是电平高低,而是电平是否转换。NRZ-1用在终端到调制解调器的接口中。这种编码实现简单而且费用低,但不是自定时的,长串的“0”会使得码流失去同步。

5. 双相码

双相码要求每一比特中都要有一个电平转换,因而这种编码的最大优点是自定时,同时双相码也有检测错误的功能,如果某一位中间缺少了电平翻转,则被认为是违例代码。

6. 双极性码

在双极性编码方案中,信号在正、负、零3个电平之间变化。一种典型的双极性码就是所谓的信号交替反转编码(Alternate Mark Inversion,AMI)。在AMI信号中,数据流中遇到“1”时使电平在正和负之间交替翻转,而遇到“0”时则保持零电平。双极性是三进制编码方法,脉冲宽度是码元周期的一半,它比二进制编码的抗噪声特性更好,如图中a所示。AMI具有内在的检错能力,当正负脉冲交替出现的规律被打乱时容易识别出来,这种情况叫AMI违例。AMI编码用在T1线路中。

这种编码方案的缺点是传送长串“0”时会失去位同步信息,对此改进的方案有两种。一种是3阶高密度双极性码HDB3,这种码流中连续“0”的个数不能大于3,当出现4个连续“0”时用B00V或000V代替,这里B表示正常的信号交替,V表示AMI违例,如图中b所示;另一种是双极性6零取代编码B6ZS,即把连续6个“0”用0VB0VB来代替,如图中c所示。HDB3用在E1~E3通信系统中,B6ZS用在贝尔系统的T2标准中。

7. 曼彻斯特编码

曼彻斯特编码(Manchester Code)是一种双相码(或称分相码)。在图2-3中,我们用高电平到低电平的转换边表示“0”,而用低电平到高电平的转换边表示“1”,相反的表示也是允许的。比特中间的电平转换边既表示了数据代码,同时也作为定时信号使用。曼彻斯特编码用使在以太网中。

8. 差分曼彻斯特编码

差分码又称相对码,在差分码中利用电平是否跳变来分别表示“1”或“0”,分为传号差分码和空号差分码。传号差分码是输入数据为“1”时,编码波型相对于前一代码电平产生跳变;输入为“0”时,波型不产生跳变。空号差分码是当输入数据为“0”时,编码波型相对于前一代码电平产生跳变;输入为“1”时,波型不产生跳变。

差分曼彻斯特编码兼有差分码和曼彻斯特编码的特点,与曼彻斯特编码不同的是,这种码元中间的电平转换边只作为定时信号,而不表示数据。差分曼彻斯特编码用在令牌环网中。

9. 4B/5B编码

在曼彻斯特和差分曼彻斯特编码中,每比特中间都有一次电平跳变,因此波特率是数据速率的两倍。对于100Mb/s的高速网络,如果采用这类编码方法,就需要200M的波特率,其硬件成本是100M波特率硬件成本的5~10倍 。

为了提高编码的效率,降低电路成本,可以采用4B/5B编码。这种编码方法的原理,如图所示。

其编码规则如下:


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